Giáo trình Hàn điện cơ bản (Nghề: Chế tạo thiết bị cơ khí - Trình độ: Cao đẳng) - CĐ Kỹ thuật Công nghệ Quy Nhơn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:88

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Hàn điện cơ bản (Nghề: Chế tạo thiết bị cơ khí - Trình độ: Cao đẳng)" biên soạn với mục tiêu giúp người học nêu được thực chất, đặc điểm, công dụng của hàn điện hồ quang que thuốc bọc; phân loại được các phương pháp hàn; trình bày được cách gây hồ quang và sự cháy của hồ quang;... Mời các bạn cùng tham khảo giáo trình.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Hàn điện cơ bản (Nghề: Chế tạo thiết bị cơ khí - Trình độ: Cao đẳng) - CĐ Kỹ thuật Công nghệ Quy Nhơn

UBND TỈNH BÌNH ĐỊNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ QUY NHƠN GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: HÀN ĐIỆN CƠ BẢN NGHỀ:CHẾ TẠO THIẾT BỊ CƠ KHÍ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: 99/QĐ-CĐKTCNQN ngày 14 tháng 3 năm 2018 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Quy Nhơn Bình Định, năm 2018
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU Hướng tới mục tiêu nâng cao chất lượng giáo dục nghề nghiệp, nhằm đáp ứng yêu cầu của thị trường lao động kỹ thuật và hội nhập, Bộ Lao động Thương binh và Xã hội đã ban hành chương trình khung Cao Đẳng, Trung Cấp Chế tạo thiết bị cơ khí. Là một Trường đào tạo nghề đã có bề dày hơn 55 năm của Tỉnh Bình Định, khu vực Miền trung và Tây nguyên; với quy mô trang thiết bị luôn được đầu tư mới, năng lực đội ngũ giáo viên ngày càng được tăng cường. Việc biên soạn giáo trình phục vụ công tác đào tạo của nhà Trường, đáp ứng yêu cầu mục tiêu của chương trình khung do Bộ LĐTB và XH ban hành cũng nhằm đáp ứng các yêu cầu sau đây: - Yêu cầu của người học. - Nhu cầu về chất lượng nguồn nhân lực. - Cung cấp lao động kỹ thuật cho Doanh nghiệp và xuất khẩu lao động. Dưới sự chỉ đạo của Ban Giám Hiệu nhà trường trong thời gian qua các giáo viên trong khoa Hàn và Chế tạo thiết bị Cơ khí đã dành thời gian tập trung biên soạn giáo trình, cải tiến phương pháp giảng dạy nhằm tạo điều kiện cho học sinh hiểu biết kiến thức và rèn luyện kỹ năng nghề. Nhóm biên soạn đã vận dụng sáng tạo vào việc biên soạn giáo trình các mô đun chuyên môn Chế tạo thiết bị cơ khí. Nội dung giáo trình có thể đáp ứng để đào tạo cho từng cấp trình độ và có tính liên thông cho 3 cấp trình độ ( Sơ cấp, Trung cấp, Cao đẳng). Mặt khác nội dung của mô đun phải đạt được các tiêu chí quan trọng theo mục tiêu, hướng tới đạt chuẩn quốc tế cho ngành Chế tạo thiết bị cơ khí. Vì thế giáo trình mô đun đã bao gồm các nội dung như sau: - Trình độ kiến thức - Kỹ năng thực hành - Tính quy trình trong công nghiệp - Năng lực người học và tư duy về mô đun được đào tạo ứng dụng trong thực tiễn. - Phẩm chất văn hóa nghề được đào tạo. Trong quá trình biên soạn giáo trình Khoa đã tham khảo ý kiến từ các Doanh nghiệp trong nước, giáo trình của các trường Đại học, học viện... Nhóm biên soạn đã hết sức cố gắng để giáo trình đạt được chất lượng tốt nhất. Do trình độ còn nhiều hàn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ các đồng nghiệp, các bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn. Trân trọng cảm ơn! 1.Chủ biên: Trương Văn Nga 3
MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU.................................................................................................. 3 MỤC LỤC......................................................................................................... 4 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN.......................................................................................6 Bài 1. BÀI MỞ ĐẦU....................................................................................... 8 MĐ13-01............................................................................................................... 8 Giới thiệu:..............................................................................................................8 1. Lý thuyết liên quan:.................................................................................. 8 1.1 Khái niệm chung:................................................................................8 1.2 Sự tạo thành mối hàn và tổ chức kim loại mối hàn- Hồ quang hàn....9 1.3 Dụng cụ-Thiết bị hàn điện hồ quang tay:......................................... 16 2. Trình tự thực hiện:.................................................................................. 24 2.1 Vận hành thiết bị hàn hồ quang tay:................................................. 24 3. Củng cố kiến thức:.................................................................................. 26 3.1 Câu hỏi tự học:..................................................................................26 3.2 Bài tập thực hiện:Duy trì hồ quang ở dòng điện I= 75A.................. 27 Bài 2. HÀN ĐƯỜNG THẲNG TRÊN MẶT PHẲNG THÉP TẤM............ 28 Giới thiệu:............................................................................................................28 1. Lý thuyết liên quan:................................................................................ 28 1.1 Kỹ thuật hàn đường thẳng trên mặt phẳng thép tấm:....................... 28 2. Trình tự thực hiện....................................................................................44 2.1 Kỹ thuật hàn đường thẳng trên mặt phẳng thép tấm.........................44 3. Củng cố kiến thức................................................................................... 46 3.1 Câu hỏi tự học:..................................................................................46 3.2 Bài tập ứng dụng: PL:(BVGC; 2.2.).................................................46 Bài 3. HÀN GIÁP MỐI VỊ TRÍ HÀN BẰNG (1G).......................................47 Giới thiệu:............................................................................................................47 1. Lý thuyết liên quan:................................................................................ 47 1.1 Kỹ thuật hàn giáp mối không vát cạnh vị trí hàn bằng 1G:..............47 2. Trình tự thực hiện:.................................................................................. 48 3. Củng cố kiến thức................................................................................... 51 4
3.1 Câu hỏi tự học:..................................................................................51 3.2 Bài tập luyên tập:PL:( BVGC:3.2)................................................... 52 Bài 4. HÀN THÉP TẤM VỊ TRÍ HÀN 2G....................................................53 Giới thiệu:............................................................................................................53 1. Lý thuyết liên quan:................................................................................ 53 1.1 Kỹ thuật hàn giáp mối không vát cạnh vị trí hàn ngang...................53 2. Trình tự thực hiện:.................................................................................. 54 3. Củng cố kiến thức................................................................................... 60 3.1 Câu hỏi tự học:..................................................................................60 3.2 Bài tập luyện tập: PL:( BVGC 4.2).................................................. 61 Bài 5. HÀN GÓC CHỮ T VỊ TRÍ HÀN NGANG (2F)................................62 Giới thiệu:............................................................................................................62 1. Lý thuyết liên quan:................................................................................ 62 1.1 Kỹ thuật hàn góc chữ T vị trí 2F.......................................................62 2. TRÌNH TỰ THỰC HIỆN:...................................................................... 65 3. Củng cố kiến thức................................................................................... 68 3.1 Câu hỏi ôn tập:..................................................................................68 3.2 Bài tập luyện tập:PL ( BVGC 5.2.)...................................................69 Bài 6. HÀN GIÁP MỐI VỊ TRÍ HÀN ĐỨNG (3G)...................................... 69 Giới thiệu:............................................................................................................69 1. Lý thuyết liên quan:................................................................................ 70 1.1 Kỹ thuật hàn giáp mối ở vị trí 3G:....................................................70 2. Trình tự thực hiện:.................................................................................. 74 Bước 1: Đọc bản vẽ:PL:( BVGC6.1).......................................................... 74 Bước 2: Chuẩn bị thiết bị và dụng cụ:......................................................... 74 3. Củng cố kiến thức................................................................................... 79 3.1 Câu hỏi tự học:..................................................................................79 3.2 Bài tập luyện tập ( BVGC 6.2)......................................................... 80 Phần 2: phụ lục.................................................................................................... 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 88 5
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Hàn điện cơ bản Mã số mô đun: MĐ 13 Thời gian mô đun: 90 giờ (Lý thuyết: 30; Thực hành: 58, Kiểm tra: 2 ) I. Vị trí, tính chất của mô đun: - Vị trí: Mô đun Hàn điện cơ bản là mô đun nghề bổ trợ trong danh mục các môn học, mô đun đào tạo nghề Chế tạo thiết bị cơ khí, được học sau các môn học cơ sở, được bố trí sau môn Sử dụng dụng cụ, thiết bị cơ khí . - Tính chất: Mô đun Hàn điện cơ bản mang tính tích hợp và độc lập. II. Mục tiêu mô đun: - Kiến thức: + Nêu được công dụng, cấu tạo và cách sử dụng thiết bị, dụng cụ hàn điện. + Trình bày được kỹ thuật hàn mối hàn vị trí hàn bằng, hàn ngang, hàn đứng. - Kỹ năng: + Chọn được chế độ hàn thích hợp. + Hàn được các mối hàn ở vị trí hàn bằng, hàn ngang, hàn đứng đảm bảo ngấu chắc, ít biến dạng, không có khuyết tật, theo đúng yêu cầu của bản vẽ hoặc sản phẩm mẫu. - Năng lực tự chủ và chịu trách nhiệm: + Bố trí chỗ làm việc khoa học, hợp lý. Đảm bảo tốt an toàn lao động và vệ sinh công nghiệp. + Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập. III. Nội dung mô đun: 1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: Thời gian (giờ) Số Tên các bài trong mô đun T TT TS LT KT H 1 Bài 1: Mở đầu 9 6 3 1.lý thuyết: 1.1. Khái niệm chung: 1.2. Sự tạo thành mối hàn và tổ chức kim loại mối hàn- Hồ quang hàn: 1.3. Dụng cụ-Thiết bị hàn hồ quang tay: 2.Trình tự thực hiện: 3.Củng cố kiến thức 2 Bài 2: Hàn đường thẳng trên mặt phẳng thép 12 3 9 tấm 1.Lý thuyết: 1.1. Kỹ thuật hàn đường thẳng trên mặt phẳng thép tấm: 2. Trình tự thực hiện: 2.1.Đọc bản vẽ: 3. Củng cố kiến thức: 3.1. Câu hỏi tự học 3.2. Bài tập ứng dụng 3 Bài 3: Hàn giáp mối không vát cạnh vị trí hàn 21 6 14 1 bằng (1G) 6
Thời gian (giờ) Số Tên các bài trong mô đun T TT TS LT KT H 1. Lý thuyết: 1.1. Kỹ thuật hàn giáp mối không vát cạnh vị trí hàn bằng (1G): 2. Trình tự thực hiện: 2.1.Đọc bản vẽ: 3. Củng cố kiến thức: 3.1. Câu hỏi tự học 3.2. Bài tập ứng dụng 4 Bài 4: Hàn giáp mối không vát cạnh vị trí hàn 15 6 9 ngang (2G) 1. Lý thuyết: 1.1. Kỹ thuật hàn giáp mối không vát cạnh vị trí hàn ngang (2G), δ< 5mm: 2. Trình tự thực hiện 2.1.Đọc bản vẽ: 3. Củng cố kiến thức: 3.1. Câu hỏi tự học 3.2. Bài tập ứng dụng 5 Bài 5: Hàn góc chữ T vị trí hàn ngang (2F) 15 3 11 1 1.Lý thuyết: 1.1. Kỹ thuật hàn góc chữ T vị trí hàn ngang (2F): 2. Trình tự thực hiện 2.1.Đọc bản vẽ: 3. Củng cố kiến thức: 3.1. Câu hỏi tự học 3.2. Bài tập ứng dụng 6 Bài 6: Hàn giáp mối không vát cạnh vị trí hàn 18 6 12 đứng (3G) 1. Lý thuyết: 1.1. Kỹ thuật hàn giáp mối không vát cạnh vị trí hàn 2. Trình tự thực hiện 2.1.Đọc bản vẽ: 3. Củng cố kiến thức: 3.1. Câu hỏi tự học 3.2. Bài tập ứng dụng Tổng Cộng 90 30 58 2 7
Bài 1. BÀI MỞ ĐẦU MĐ13-01 Giới thiệu: Phương pháp hàn ĐIỆN CƠ BẢN còn có tên gọi là Hàn hồ quang tay que thuốc bọc. Tên quốc tế là SMAW (Gas Metal Arc Welding), Hồ quang này sẽ được bảo vệ bằng lớp thuốc bọc. Sự cháy của hồ quang được duy trì nhờ các hiệu chỉnh đặc tính của hồ quang. Chiều dài hồ quang và cường độ dòng điện hàn được duy trì người thợ hàn. Mục tiêu: - Nêu được thực chất, đặc điểm, công dụng của hàn điện hồ quang que thuốc bọc - Phân loại được các phương pháp hàn. - Trình bày được cách gây hồ quang và sự cháy của hồ quang. - Nêu được công dụng và cách sử dụng thiết bị, dụng cụ hàn điện. - Phân biệt được vật liệu và các loại que hàn thông thường. - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập. Nội dung: 1. Lý thuyết liên quan: 1.1 Khái niệm chung: a. Thực chất: Hàn là quá trình nối hai đầu của một chi tiết hoăc nhiều chi tiết với nhau bằng cách nung nóng mép của chúng đến trạng thái chảy hay dẻo. Khi hàn ở trạng thái chảy chỗ nối của vật hàn chảy ra sau đông đặc ta nhận được mối hàn. Khi hàn ở trạng thái dẻo: Chỗ nối được nung nóng đến trạng thái mềm dẻo khi ấy khả năng thẩm thấu và chuyển động của các phần tử kim loại tăng làn, chúng có thể dính lại với nhau. Nhiều khi như vậy không đảm bảo mối hàn bền người ta tác dụng vào mối nối một P lực (ví dụ: P, dập…). a. Đặc điểm. Hàn có những đặc điểm sau : a) So với tán ri vê. Hàn tiết kiệm được từ (10-20)% khối lượng kim loại do sử dụng mặt cắt làm viêc của chi tiết, hàn triệt để hơn. hình dáng chi tiết cân đối hơn giảm được khối lượng kim loại như phấn đầu ri-vê, đột lỗ. So với đúc tiết kiệm 50% vì không cần hệ thống rót . Sử dụng hàn trong xây nhà cao tầng cho phép giảm 15% trọng lượng sườn, kèo đồng thời việc chế tạo và lặp ráp chung được giảm nhẹ, độ cứng vững của kết cấu lại tăng. b) Giảm được thời gian và giá thành chế tạo kết cấu. 8
Hàn có năng suất cao giảm được số lượng nguyên công, giảm cường độ lao động và tăng độ bền chặt của kết cấu. c) Hàn có thể nối được những kim loại có tính chất khác nhau. Ví dụ: kim loại đen với nhau, kim loại màu với nhau và cả kim loại đen với kim loại màu. Ngoài ra hàn có thể nối các loại vật liệu không kim loại với nhau. d) Thiết bị hàn đơn giản và dễ chế tạo. Khi tán đinh ri- vê ta phải dùng rất nhiều máy móc như máy khoan, lò nung, may đột v.. v… Còn khi hàn chỉ dùng máy hàn xoay chiều gồm một máy hạ thế 220V hay 380V xuống nhỏ hơn 80V. e) Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín. Do kim loại mối hàn tốt hơn kim loại vật hàn nên mối hàn chịu tải trọng tĩnh tốt. Mối hàn chịu áp suất cao nên hàn làmột phương pháp chủ yếu dùng chế tạo bình hơi, nồi chứa ống dẫn … Chiụ áp lực cao. g) Giảm được tiếng động khi sản xuất. Tuy nhiên hàn còn nhược điểm là: sau khi hàn tồn tại ứng suất dư, tổ chức kim loại gần mối hàn không tốt. Giảm khả năng chịu tải trọng động của mối hàn, vết hàn bị cong vênh… b. Công dụng: Hàn được dùng rộng rãi trong nền công nghiệp hiện đại, trong quá trình công nghệ: chế tạo và sửa chữa Về chế tạo như nồi hơi, bình chứa, sườn vì kèo, tàu , cầu, thân máy bay, vỏ máy, ô tô, tên lửa, ngay cả ngành du hành vũ trụ … Nói chung những bộ phận máy có hình dạng phức tạp chịu tải trọng lớn đều được chế tạo bằng hàn . Sửa chữa những bộ phận hỏng cũ, ví dụ: như xy lanh, bánh răng, trục, vật đúc bị khuyết … Đều dùng phương pháp hàn vừa nhanh, rẻ. Ngoài chỗ chịu tác dụng của lực chấn động không nên hàn, không có chỗ nào là không hàn được. Do đó công nghệ hàn đóng góp rất nhiều cho nền công nghiệp hiện đại. 1.2 Sự tạo thành mối hàn và tổ chức kim loại mối hàn- Hồ quang hàn 1.2.1. Sự tạo thành mối hàn: c. Định nghĩa: Mối hàn là một bộ phận của liên kết hàn tạo nên do kim loại nóng chảy kết tinh hoặc do biến dạng dẻo tạo thành, sự liên kết có thể : Liên kết hàn đồng nhất: Trong đó kim loại hàn và kim loại cơ bản không có sự khác nhau đáng kể về tính chất cơ học và hoặc thành phần hoá học ( một liên kết hàn được chế tạo từ kim loại cơ bản tương tự như nhau, không có kim loại bổ sung được coi là liên kết hàn đồng nhất . 9
Liên kết hàn không đồng nhất: Là kim loại mối hàn và kim loại cơ bàn có sự khác nhau đáng kể về tính chất cơ học và hoặc thành phần hoá học . Tương tự như các mối noi bằng đinh tán và bu lông. Mối nối hàn là mối nối được thực hiện bằng hàn gọi là mối nối hàn. Nó là mối nối liền. Trong hàn nóng chảy mối hàn gồm: - Mối hàn (1) - Vùng tiệm cận mối hàn (2) - Kim loại cơ bản không bị tác dụng nhiệt trong quá trình hàn (3) - Mối hàn gồm hỗn hợp kim loại phụ (que hàn) và kim loại vật hàn kết tinh lại. - Vùng tiệm cận là vùng kim loại cơ bản bị nung nóng từ 1000C đến nhiệt độ nóng chảy. Hình 1.1 1. Mối hàn ; 2. Vùng tiệm cận ; 3. Kim loại cơ bản. d. Sự tạo thành bể hàn. Trong qúa trình hàn nóng chảy mép kim loại vật hàn và kim loại phụ chảy tạo ra bể kim loại lỏng, bể hàn chung cho cả hai chi tiết (H 1.2.): Hình 1.2 : Bể hàn và chuyển động của kim loại lỏng. Trong quá trình hàn nguồn nhiệt chuyển dời theo kẽ hàn, bể hàn đồng thời chuyển động theo. Theo quy ước chia bể hàn ra làm hai phần. Phần đầu I: Bể hàn diễn ra quá trình nấu chảy kim loại cơ bản và kim loại phụ (que hàn). Phần đuôi II: Diễn ra quá trình kết tinh hình thành mối hàn. 10
Kim loại lỏng trong bể hàn ở trạng thái chuyển động và xáo trộn không ngừng. Sơ đồ chuyển động kim loại trong bể hàn (Hình.18.1. 2). Sự chuyển động đó gây ra do áp suất dòng khí lên mặt kim loại lỏng (vùng đầu), đồng thời do những yếu tố khác như lực điện trường khi hàn bằng hồ quang ngắn. Dưới tác dụng của khí, kim loại lỏng bị đẩy từ vùng tác dụng nhiệt về hướng ngược với sự chuyển động của nó tạo nên chỗ lõm trong bể hàn. Hình 1.3 : Kích thước mối hàn. Hình dạng bể hàn và hình dạng mối hàn ảnh hưởng đến tính chất, đặc biệt tính chống rạn nứt của mối hàn. Hình dạng, kích thước bề hàn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công suất nguồn nhiệt, chế độ hàn, loại chiều dòng điện, tính chất lý nhiệt của vật hàn… Hình dạng mối hàn đặc trưng bằng chiều dài bể hàn Lb, chiều rộng b và chiều sâu nóng chảy h (Hình 18.1.3). Ngoài ra chiều dài phần kết tinh (phần đuôi Lk của bể hàn) tỷ số b/Lk gọi là hệ số hình dạng bể hàn cũng ảnh hưởng đến điều kiện kết tinh của kim loại mối hàn. Chiều dài bề hàn khong phụ thuộc vào tốc độ hàn mà chỉ phụ thuộc vào công suất nguồn nhiệt, còn hệ số hình dáng bể hàn phụ thuộc vào tốc độ hàn. - Khi tốc độ hàn lớn hình dáng K bể hàn sẽ nhỏ và ngược lại… - Hệ số hình dạng ảnh hưởng lớn đến quá trình kết tinh dẫn đến chất lượng mối hàn. Khi hệ số hình dạng bể hàn lớn (bể hàn rộng) điều kiện kết tinh và chất lượng mối hàn tốt, ngược lại (bể hàn hẹp) có thể sinh ra nứt ở trục mối hàn. * Sự chuyển dịch kim loại lỏng từ đầu cực ( que hàn) vào bể hàn. Nghiên cứu sự chuyển dịch kim loại khi hàn hồ quang có ý nghĩa thực tiễn lớn: - Đối với sự tạo thành mối hàn, quá trình luyện kim trong vùng hàn. - Ảnh hưởng đến thành phần, chất lượng mối hàn. Kim loại que hàn chuyển vào bể hàn ở dạng những giọt nhỏ, khi hàn hồ quang bất cứ ở vị trí tư thế nào kim loại cũng đều chuyển từ que hàn vào bể hàn.Điều này giải thích bởi các nhân tố sau: Trọng lực của các giọt kim loại lỏng. Những giọt kim loại hình thành trong mặt đầu que hàn dịch chuyển theo phương thẳng đứng từ trên xuống dưới. Lực này làm chuyển dịch giọt kim loại 11
vào để hàn khi hàn bằng (sấp) và tác dụng ngược lại khi hàn trần (ngửa).Còn hàn đứng một phần kim loại chuyển dịch từ trên xuống dưới. Sức căng bề mặt . Sức căng bề mặt sinh ra do tác dụng của lực phân tử. Lực phân tử luôn luôn có khunh hướng tạo cho bề mặt chất lỏng một năng lượng nhỏ nhất. Vì vậy, sức căng tạo cho bề mặt những giọt kim loại lỏng có dạng hình cầu. Những giọt này chỉ mất đi khi chúng rơi vào bể hàn và bị sức căng kéo thành dạng chung của bể hàn. Sức căng bề mặt giữ cho kim loại lỏng của bể hàn khi hàn trần không bị rơi và tạo thành mối hàn. Cường độ điện trường. Dòng điện đi qua que hàn sinh ra quanh nó một điện trường ép lên que hàn, tác dụng làm giảm mặt cắt ngang của que hàn đến không. Lực này cắt kim loại đầu que hàn thành những giọt. Cường độ điện trường ở ranh giới nóng chảy que hàn thắt lại (Hình 18.1.4) mặt cắt ngang giảm, mật độ dòng điện tăng lên, mặt khác ở đây điện trở rất cao nên nhiệt lớn. Do đó kim loại lỏng đạt đến trạng thái sôi, tạo ra áp lực đẩy giọt kim loại vào bể hàn. Lực điện trường có khả năng chuyển dịch kim loại lỏng từ que hàn vào bể hàn đối với tất cả vị trí hàn. Cường độ điện trường trên bề mặt bể hàn không lớn bởi vì mật độ dòng điện nhỏ, mật độ dòng điện giảm dần từ que hàn đến vật hàn do đó không có hiện tượng kim loại lỏng từ vật hàn vào que hàn được. Hình 1.4 : Tác dụng nén của điện trường lên que hàn nóng chảy Kim loại lỏng ở đầu que hàn bị quá nhiệt rất mạnh, nhiều phản ứng hoá học xảy ra ở đó và sinh ra chất khí. Ví dụ khi có phản ứng hoàn nguyên ôxít sắt sẽ tạo ra ôxýt cácbon ( CO). Ở nhiệt độ cao thể tích các chất khí tăng lên gây nên khá lớn và gây nên một áp lực mạnh, đẩy giọt kim loại lỏng tách khỏi que hàn. 12
Trong quá trình những giọt kim loại lỏng chuyển vào bể hàn thì phản ứng vẫn tiếp tục nên những giọt lớn bị chia nhỏ ra và bị áp lực đẩy vào bể hàn. 1.2.2. Tổ chức kim loại của mối hàn. Sau khi hàn, kim loại lỏng ở bể hàn gồm: (kim loại que hàn và kim loại vật hàn) sẽ nguội và kết tinh tạo thành mối hàn. Vùng kim koại vật hàn quanh mối hàn do ảnh hưởng của tác dụng nhiệt nên có sự thay đổi tổ chức và tính chất của nó gọi là vùng ảnh hưởng nhiệt. Nghiên cứu mối hàn bằng thép ít cac bon qua kính hiển vi, ta sẽ thấy có nhiều phần riêng có tổ chức khác nhau sau đây. Trong vùng này, kim loại nóng chảy hoàn toàn khi nguội có tổ chức tương tự tổ chức thỏi đúc, thành phần và tổ chức khác với kim loại que hàn và vật hàn. Vùng sát với kim loại cơ bản do tản nhiệt nhanh, tốc độ nguội lớn nên hạt rất nhỏ. Vùng tiếp theo kim loại sẽ kết tinh theo hướng thẳng góc với mặt tản nhiệt tạo nên dạng nhánh cây kéo dài, vùng trung tâm do nguội chậm nên hạt lớn và có lẫn chất không kim loại (xỉ…) Hình 1.5.Sự kết tinh của kim loại mối hàn Sự tạo thành vùng ảnh hưởng nhiệt là điều tất nhiên trong quá trình hàn nóng chảy. Chiều rộng của vùng ảnh hưởng nhiệt phụ thuộc vào phương pháp hàn và chế độ hàn, thành phần và chiều dày của kim loại hàn. 13
Hình 1.6 : Tổ chức của vùng ảnh hưởng nhiệt khi hàn thép ít cacbon Trong trường hợp nguồn nhiệt tập trung, tốc độ hàn lớn, chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt sẽ nhỏ. Có thể phân chia vùng ảnh hưởng nhiệt ra thành các phần dưới đây: * Viền chảy 1: Trong quá trình hàn, kim loại cơ bản của vùng này bị nung nóng đến nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ nóng chảy và ở trạng thái rắn lỏng. Ơ phần này thực chất quá trình hàn đã được thực hiện và gồm những hạt kim loại chưa nóng chảy hoàn toàn. Hạt kim loại nhỏ và ảnh hưởng tốt đến cơ tính mối hàn. * Vùng quá nhiệt 2: Là vùng kim loại cơ bản bị nung nóng từ 11000C đến gần nhiệt độ nóng chảy. Kim loại ở vùng này chịu sự biến đổi về thù hình , đồng thời do quá nhiệt nên các hạt ôstenít bắt đầu phát triển mạnh. Vùng này hạt kim loại lớn có độ dai va chạm và tính dẻo kém, là vùng yếu nhất của vật hàn. * Vùng thường hoá 3: Là vùng kim loại bị nung nóng từ 900 ÷ 11000C. Tổ chức gồm những hạt ferít nhỏ và một số hạt péc lít, vì thế nó có cơ tính rất cao. * Vùng kết tinh lại không hoàn toàn 4: Là vùng kim loại bị nung nóng từ 720 ÷ 9000C. Kim loại vùng này chỉ bị kết tinh lại một phần, do đó bên cạnh những tinh thể kim loại cơ bản chưa bị thay đổi trong quá trình nung nóng có những tinh thể được tạo nên trong quá trình kết tinh lại. Tổ chức gồm các hạt peclít to và Ostenít nhỏ, vì thế cơ tính của vùng này giảm. * Vùng kết tinh lại 5 (còn gọi là vùng hoá già) : Là vùng kim loại bị nung nóng từ 500 ÷ 7200C. Trong vùng này diễn gia quá trình kết hợp những hạt tinh thể nát vụn với nhau trong trạng thái biến dạng dẻo. Trong quá trình kết tinh lại phát sinh và phát triển những tinh thể mới. Nếu giữ ở nhiệt độ kết tinh lại quá lâu thì không diễn ra quá trình kết hợp mà lại diễn ra quá trình phát triển mạnh các tinh thể. Khi hàn kim loại không có biến dạng dẻo (như hợp kim đúc) sẽ không xảy ra quá trình kết tinh lại. Vùng này có độ cứng giảm, tính dẻo tăng. * Vùng giòn xanh 6: Là vùng kim loại bị nung nóng từ 100 ÷ 5000c. Vùng này trong quá trình hàn không có những thay đổi rõ về tổ chức, nhưng do ảnh hưởng nhiệt nên tồn tại ứng suất dư. 1.2.3. Hồ quang hàn e. Khái niệm về hàn hồ quang . Khi ta hàn đầu tiên cho que hàn tiếp xúc với vật hàn để sinh ra chập mạch do điện trở tiếp xúc và dòng điện chập mạch sinh ra nhiệt độ cao làm cho điểm tiếp xúc giữa 2 điện cực lên đến trạng thái nóng chảy. Sau đó nhanh chóng nâng ngay que hàn lên cách vật hàn 1 ít, lúc này không khí giữa 2 đầu que hàn với vật hàn biến thành thể khí dẫn điện sinh ra nhiệt độ cao và ánh sang mạnh gọi là hồ quang điện 14
b-Định nghĩa: Hồ quang điện là sự phóng điện liên tục qua đường dẫn dạng khí giữa hai điện cực. Dòng điện hồ quang được dẫn qua khí ion hóa được gọi là plasma. Trong hồ quang hàn plasma có thể được pha trộn với các trạng thái khác của vật chất chẳng hạn như kim loại nóng chảy, xỉ, hơi, các nguyên tử khí bị trung hòa hoặc bị ion hóa. Nhiệt độ hồ quang hàn thường 5000 đến 30.000 0K, tùy theo bản chất plasma và dòng điện đi qua hồ quang . Trong điện cực hàn que hàn có thuốc bọc nhiệt độ cực đại của hồ quang là 0 6000 K. Nhiệt tập trung cao của hồ quang và kích thước nhỏ cho phép hàn các tiết diện kim loại dày với tốc độ tương đối cao, tổn thất nhiệt thấp. Trong hồ quang hàn sự phát sinh nhiệt ở cực âm và cực dương với dòng DC khác nhau rõ rệt mặt khác tùy theo kim loại điện cực và kim loại nền và bản chất của plasma, sự phân phối nhiệt giữa các khu vực cực âm và khu cực cực dương thường được xác định tốc độ nóng chảy điện cực và độ ngấu sâu vào kim loại nền. Trong khi hàn nhiệt phát ra do hồ quang được dùng để nung nóng và nóng chảy kim loại nền, hay chất trợ dug một phần bị tổn thất do bức xạ và đối lưu. Chiều dài hồ quang là yếu tố quan trọng, do chiều dài này quyết định điện áp hồ quang. Hồ quang ngắn nghĩa là điện áp hồ quang thấp và dòng điện cao nên làm tăng tốc độ hàn. Hồ quang dài có nghĩa là điện áp hồ quang cao thì dòng điện lại thấp dẫn đến làm giảm năng suất hàn. Khi hồ quang quá dài nhiệt bị tổn thất sự bắn tóe tăng lên làm kim loại mối hàn dễ hấp thụ Nitơ làm giảm độ dai và gây rỗ xốp mối hàn. Trong quá trình hàn khi sử dụng dòng hàn DC thì phải dùng hồ quang ngắn để hàn để giảm sự lệch hồ quang và sự xâm nhập của các phần tử khí từ không khí xung quanh - Điện kiện để xuất hiện hồ quang và hồ quang cháy Hình.1.7. Nguyên lý hàn hồ quang tay 1. Nguồn điện hàn; 2. Cáp hàn; 3. Kìm hàn; 4. Que hàn; 5. Chi tiết hàn; 6. Hồ quang hàn; 7. Môi trường khí; 8. Vũng hàn; 9. Giọt kim loại lỏng 15
Sở dỉ hồ quang được xuất hiện là dưới tác dung của điện từ trường các điện tử trong môi trường khí sẽ chuyển động từ catot(-)đến anot(+) và phát triển với vận tốc rất lớn. Các điện tử chuyển đọng va đập vào các phân tử, nguyên tử trung hoà, truyền năng lượng cho chúng, kết quả là giữa 2 điện cực đã xuất hiện các phần tử mang điện (điện tử, ion dương, âm) và hồ quang sẽ xuất hiện Như vậy để hồ quang cháy có 2 cách: Tăng hiệu điện thế giữa 2 cực, tăng dòng điện bằng cách cho ngắn mạch Tăng hiệu điện thế: Phương pháp này ít dùng vì nguy hiểm cho người sử dụng, để đảm bảo an toàn người ta sử dụng máy khuyết đại hiệu điện thế Phương pháp ngắn mạch ( cho que hàn tiếp xúc với vậy hàn): P2 này có 2 cách gây hồ quang 1.3 Dụng cụ-Thiết bị hàn điện hồ quang tay: 1.3.1. Dụng cụ : a. Kìm kẹp que hàn. Hình 1.8.cấu tạo kìm kẹp que hàn - Tác dụng của kìm hàn: Dẫn điện và cặp chặt que hàn, cấu tạo của kìm hàn tốt xấu sẽ ảnh hưởng rất lớn tới việc hàn. - Phân loại: Kìm hàn được chia làm 2 loại 300A và 500A - Yêu cầu của kìm hàn: Tính năng dẫn điện tốt, trọng lượng nhẹ, thay đổi que hàn dễ dàng. Bộ phận dẫn điện của kìm hàn làm bằng đồng, tiết diện của nó to hay nhỏ do dòng điện hàn quyết định. Tay cầm làm bằng chất cách điện, dựa vào lò xo cặp chặt các loại que hàn có đường kính khác nhau theo các chiều khác nhau. b. Kẹp nối mát. Hình 1.9.Kìm kẹp mát 16
Kẹp này nối dây nối mát đến chi tiết hàn. Đây là bộ phận rất quan trọng nếu nối mát không tốt ( tiếp xúc ), hồ quang sẽ không ổn định và không cung cấp đủ nhiệt cho quá trình hàn, kẹp phải đảm bảo tiếp xúc điện tốt, dễ thao tác dễ sử dụng . c. Dụng cụ phụ trợ: - Dụng cụ phụ trợ gồm: búa đầu nhọn (búa gõ xỉ hàn), bàn chải thép, hộp đựng que hàn, búa đầu tròn, đục. d. Dụng cụ bảo hộ lao động trong hàn hồ quang tay: + Miếng kính màu: Có tác dụng giảm bớt cường độ ánh sáng hồ quang mặt khác còn có tác dụng lọc tia hồng ngoại, tia tử ngoại. Thợ hàn thông qua 17
miếng kính bảo hộ mà quan sát vùng nóng chảy nắm vững quá trình hàn. - Chọn kính bảo hộ tham khảo bảng sau: Số hiệu ghi trên miếng Màu xẫm hay nhạt Phạm vi dòng điện hàn kính bảo hộ thích hợp (Ampe) 9 Hơi nhạt 100(A) 10 Trung bình 100 ÷ 350 (A) 11 Hơi xẫm 350 (A) - Để tránh những hạt kim loại nóng chảy bắn vào miếng kính bảo hộ lao động mắt làm hỏng kính. Ta lồng những miếng kính trắng lên trên miếng kính màu. - Những dụng cụ bảo hộ lao động khác: Quần áo bảo hộ bằng vải bạt, găng tay da, miếng áp chân làm bằng vải dạ, giày cách điện, kính trắng thường. 1.3.2. Máy hàn điện: a.Máy hàn xoay chiều Máy hàn xoay chiều được chia thành hai nhóm chính : nhóm có từ thông tán bình thường và nhóm có từ thông tán cao . Theo thứ tự mỗi nhóm đó lại gồm hai kiểu. - Máy hàn xoay chiều với bộ tự cảm riêng. Máy này dùng để giảm điện thế mạng điện từ 220 vôn hoặc 380 vôn xuống điện thế không tải từ 75 đến 60 vôn để đảm bảo an toàn khi làm việc. Máy kiểu BX6-250AC ARC là đại diện cho nhóm máy này. Bộ tự cảm riêng mắc nối tiếp với cuộn dây thứ cấp của máy để tạo ra sự lệch pha của dòng điện và điện thế, tạo ra đường đặc tính dốc liên tục và đieu chỉnh cường độ dòng điện hàn Hình 1.1 Giới thiệu hình dáng bên ngoài của máy và hình 1.2, giới thiệu sơ đồ nguyên lý của máy Hình 1.10. Hình dáng bên ngoài máy hàn xoay chiều với bộ tự cảm riêng Nguyên lý làm việc của máy : Máy chạy không tải (là lúc máy chưa làm việc). Điện thế U1 trong cuộn dây sơ cấp W1, bang điện thế của mạng điện, trong cuộn dây sơ cấp này có 18
dòng điện sơ cấp I1, chạy qua và tạo ra từ thông Φ 0 chạy trong lõi của máy, từ thông Φ 0 gây ra trên cuộn dây thư cấp W2. Lúc chưa làm việc: Ih = 0 ; Ih – Dòng điện hàn (Ampe). Ukt = U2 ; Ukt - Điện thế không tải ( vôn); U2 – Hiệu điện thế trên hai đầu dây của cuộn thứ cấp (vôn). Hình 1.11. Sơ đồ nguyên lý của máy hàn xoay chiều có bộ tự cảm riêng Máy chạy có tải ( là lúc máy làm việc ) Ih ≠ 0. U2 = Uh +Utc : Uh –điện thế hàn , Utc – Điện thế trong bộ tự cảm(vôn) Điện thế bộ tự cảm bằng: Utc = Ih(Rtc + Xtc) Rtc – Điện trở thuận của bộ tự cảm (ôm). Xtc – Trở kháng của bộ tự cảm (ôm). Xtc = 2ƒL ƒ - Tần số dòng điện xoay chiều (Hz). L – Hệ số tự cảm của bộ tự cảm. Điện trở Rtc nhỏ hơn Xtc , nếu không tính đến Rtc thì có thể kết luận rằng: Dòng điện hàn càng lớn , trở kháng của bộ tự cảm và điện thế trong bộ tự cảm càng lớn thì điện thế hàn lúc điện thứ cấp không đổi càng giảm. Hành trình ngắn mạch: (Lúc điện thế hàn giảm xuống bằng không). Ih Tăng lên bằng Id Id Có thể tính theo công thức sau: f – Tần số dòng xoay chiều (Hz). Rt –Từ trở của bộ tự cảm. tc –Số vòng cuấn trong cuộn tự cảm. Từ đây ta có thể điều chỉnh được dòng điện ngắn mạch cũng như dòng điện hàn bằng hai cách: 19
- Thay đổi số vòng quấn trong cuộn tự cảm tc . - Thay đổi từ trở trong bộ tự cảm Rt. Muốn thay đổi Rt ta chỉ việc thay đổi khe hở không khí (a) trong bộ tự cảm. Tăng khe hở (a) thì Rt tăng, L giảm nên Xtc và Utc giảm xuống, do đó cường độ dòng điện hàn tăng . Giảm khe hở thì Xtc và Utc tăng nên cường độ dòng điện hàn giảm xuống. Điều chỉnh cường độ dòng điện bằng hai phương pháp, thay đổi số vòng quấn wtc của bộ tự cảm thì chỉ có khả năng điều chỉnh từng cấp một do đó ít dùng. Điều chỉnh dòng điện hàn bằng phương pháp thay đổi khe hở không khí a trong bộ tự cảm thì có thể điều chỉnh được từng cấp dòng điện hàn. Mặt khác điều chỉnh dòng điện hàn theo phương pháp này dễ dàng và thuận lợi hơn. ⮚ Máy hàn xoay chiều có lõi di động: Hình1.12. Hình dáng bên ngoài máy hàn xoay chiều có lõi di động hồng ký Hình1.13. : Sơ đồ nguyên lý của máy hàn xoay chiều có lõi di động . Từ thông rẽ 2 thay đổi và phụ thuộc vào vị trí của lõi A. Nếu lõi A nằm trong mặt phẳng gông từ B thì trị số từ thông rẽ càng lớn, phần từ thông 2 đi qua lõi của cuộn dây thứ cấp giảm, sức điện động sinh ra trong cuộn thứ cấp nhỏ và dòng điện hàn sinh ra trong mạch nhỏ. Ngược lại nếu điều chỉnh lõi A chạy ra và tạo nên khoảng không khí lớn, thì số lượng từ thông rẽ nhỏ đi, lúc này sức điện động cảm ứng lớn và dòng điện chạy trong mạch hàn lớn. Đặc điểm của máy hàn này là điều chỉnh được vô cấp dòng điện hàn và điều chỉnh được rất chính xác. 20