Sửa chữa máy xây dựng, xếp dỡ và thiết kế xưởng ( PGS.TS Nguyễn Đăng Điệm ) - Chương 3

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:49

Thêm vào BST

Báo xấu

213
lượt xem 71
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CÔNG NGHỆ PHỤC HỒI CHI TIẾT MÁY 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG Trong quá trình sửa chữa máy, chúng ta gặp những chi tiết máy có khuyết tật mà trị số còn nằm trong giới hạn cho phép. Đối với những chi tiết này, một vấn đề đặt ra là phải phục hồi, sửa chữa để sử dụng lại. Tuy vậy, trong thực tế không phải tất cả các chi tiết thuộc đối tượng trên đều được sửa chữa, phục hồi. Do vậy trước khi quyết định công nghệ phục hồi một chi tiết máy nào đó chúng ta phải xem...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sửa chữa máy xây dựng, xếp dỡ và thiết kế xưởng ( PGS.TS Nguyễn Đăng Điệm ) - Chương 3

CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ PHỤC HỒI CHI TIẾT MÁY 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG Trong quá trình sửa chữa máy, chúng ta gặp những chi tiết máy có khuyết tật mà trị số còn nằm trong giới hạn cho phép. Đối với những chi tiết này, một vấn đề đặt ra là phải phục hồi, sửa chữa để sử dụng lại. Tuy vậy, trong thực tế không phải tất cả các chi tiết thuộc đối tượng trên đều được sửa chữa, phục hồi. Do vậy trước khi quyết định công nghệ phục hồi một chi tiết máy nào đó chúng ta phải xem xét đến tính hợp lý phục hồi đối với chi tiết đó, tức là phải so sánh xem chi tiết có nên phục hồi hay không, hay là nên thay chi tiết mới, hoặc nếu phục hồi thì phục hồi bằng phương pháp nào là hiệu quả nhất. Kinh nghiệm của các nhà máy sửa chữa trong nước cũng như nước ngoài đều cho rằng những chi tiết có khối lượng kim loại lớn nếu được phục hồi sửa chữa thì giá thành thấp hơn rất nhiều so với thay chi tiết mới, trong đó sẽ tiết kiệm được một khối lượng kim loại lớn. Công nghệ hiện thời về sửa chữa máy đã tạo ra một cơ hội để lựa chọn các phương pháp khác nhau cho việc phục hồi chi tiết máy, bởi vì các chi tiết có cùng một khuyết tật nhưng có thể phục hồi bằng các phương pháp khác nhau. Những yếu tố về kinh tế, về công nghệ và về tổ chức đều có ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp phục hồi chi tiết máy. Do tính đa dạng của các chi tiết máy cấu thành máy xây dựng -xếp dỡ, nên chúng ta không thể đề xuất một cách cụ thể cho việc phục hồi từng chi tiết riêng biệt. Việc lựa chọn một phương pháp hợp lý cho việc sửa chữa chi tiết được tiến hành theo 2 bước. Trước hết, nên dự kiến tất cả các phương pháp phục hồi có thể áp dụng để khắc phục hoàn toàn các khuyết tật của chi tiết, sau đó mới chọn một phương pháp hiệu quả nhất. Việc chọn phương pháp phục hồi hợp lý được tiến hành theo các chỉ tiêu khác nhau. Phổ biến hơn cả là chỉ tiêu kinh tế Ke: C m − Csc Ke = (3.1) Cm Trong đó: Cm- Giá mua chi tiết mới; Csc- Giá thành sửa chữa chi tiết cũ theo phương pháp được chọn. Giá thành sửa chữa chi tiết bao gồm: Csc = CL + CVL + CK (3.2) Trong đó: 100 http://www.ebook.edu.vn
CL- Tiền lương trả cho công nhân; CVL- Tiền mua vật liệu; CK- Các chi phí khác như khấu hao máy móc, năng lượng, vật tư nhiên liệu v.v… Trong quá trình sửa chữa chi tiết, việc đánh giá công nghệ phục hồi còn được dựa theo chỉ tiêu kỹ thuật, thông thường người ta đánh giá theo hệ số tuổi thọ (Kt): t sc Kt = (3.3) tm Trong đó: tSC- Tuổi thọ của chi tiết được phục hồi bằng phương pháp đã chọn; tm- Tuổi thọ của chi tiết mới. Phương pháp phục hồi hợp lý nhất là phương pháp có hệ số tuổi thọ lớn và chỉ tiêu kinh tế lớn. Những yêu cầu đặt ra đối với các phương pháp phục hồi: 1- Bảo đảm phục hồi chi tiết đạt chế độ lắp ráp yêu cầu. 2- Có khả năng gia công cơ khí. 3- Bảo toàn được cơ tính ban đầu của chi tiết. 4- Bảo đảm được độ chống mòn ban đầu hoặc tăng thêm được độ chống mòn của chi tiết. Tất cả các phương pháp phục hồi được phân ra theo các nhóm sau đây: • Phương pháp phục hồi tạo ra sự thay đổi kích thước ban đầu của chi tiết. • Phương pháp phục hồi không làm thay đổi kích thước ban đầu của chi tiết. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỤC HỒI CHI TIẾT MÁY 3.2.1. Phục hồi bằng phương pháp gia công cơ khí Đây là một phương pháp phục hồi với sự thay đổi kích thước ban đầu của chi tiết. Phương pháp này thường được áp dụng để phục hồi các chi tiết bị mòn. Trong thực tế, khi sửa chữa các chi tiết máy bị mòn người ta dùng các dụng cụ cắt gọt để gia công chi tiết, làm cho kích thước của chi tiết thay đổi tạo thành cặp chi tiết lắp ráp mới. Người ta còn gọi là phương pháp phục hồi theo kích thước mới. Có 2 phương pháp phục hồi theo kích thước mới: - Phục hồi theo kích thước phù hợp. - Phục hồi theo kích thước sửa chữa. Sau đây chúng ta xem xét từng phương pháp một: 1. Phục hồi chi tiết theo kích thước phù hợp 101 http://www.ebook.edu.vn
Bản chất của phương pháp này như sau: khi chi tiết bị mòn, người ta dùng các dụng cụ cắt gọt để bóc đi một lớp kim loại của chi tiết cho đến khi khử hết độ mòn trên chi tiết thì thôi (Hình 3.1). Còn chi tiết lắp ráp với chi tiết được phục hồi thì phải lựa chọn hoặc hiệu chỉnh sao cho thỏa mãn được chế độ lắp ráp ban đầu. Trong sơ đồ bên, Dm là đường kính của chi tiết bị mòn, Dp là kích thước phù hợp của chi tiết được phục hồi. Phương pháp phục hồi này có những đặc điểm sau đây: • Các chi tiết sau khi phục hồi không có tính lắp Hình 3.1. Sơ đồ phục hồi chi tiết lẫn, bởi vì kích thước của chi tiết phục hồi đạt được theo kích thước phù hợp chỉ phù hợp với độ mòn thực tế của chi tiết mà không 1- Chi tiết bị mòn; theo một giá trị qui định. 2- Chi tiết được phục hồi. • Số lượng các chi tiết có kích thước khác nhau sẽ tăng lên. • Trong quá trình gia công phục hồi và trong quá trình lắp ráp, đòi hỏi người công nhân phải có tay nghề cao mới bảo đảm khâu hiệu chỉnh lắp ráp được chính xác. • Năng suất thấp và chất lượng các mối ghép bị giảm sút. • Cách phục hồi này chủ yếu được áp dụng tại những nhà máy có qui mô sản xuất nhỏ, các xe - máy sửa chữa bao gồm nhiều chủng loại khác nhau. 2. Phục hồi theo kích thước sửa chữa Bản chất của phương pháp này là như sau: Khi chi tiết bị mòn, người ta sẽ gia công chi tiết đó bằng cách bóc đi một lớp kim loại đến khi nào kích thước của chi tiết đạt đến một kích thước mới được qui định trong hồ sơ kỹ thuật sửa chữa chi tiết. Kích thước mới này gọi là kích thước sửa chữa. Còn chi tiết lắp ráp với chi tiết phục hồi thì đã được chế tạo sẵn có kích thước lắp ráp đúng bằng kích thước sửa chữa. Phục hồi theo kích thước sửa chữa thường được áp dụng để phục hồi trục cơ, ống lót xilanh hoặc blốc xylanh của động cơ đốt trong. Về mặt lý thuyết, kích thước sửa chữa được xác định như sau: • Xác định kích thước sửa chữa cho chi tiết trục (hình 3.2). Kích thước sửa chữa thứ nhất: Hình 3.2. Sơ đồ xác định kích thước sửa chữa của trục dH- Kích thước danh định của trục; 102 http://www.ebook.edu.vn d1- Kích thước mòn của trục; δ'- Độ mòn min của trục; δ''- Độ mòn max của trục; Z- Dung sai gia công; dp1- Kích thước sửa chữa thứ nhất của trục.
dp1 = dH - 2(δ'' + z) (3.4) Độ mòn tổng cộng tính theo đường kính trục: δ = δ' + δ'' Nếu đề cập tới sự mòn không đều của trục, ta có hệ số mòn không đều là: δ' ' ρ= δ Lúc đó: δ'' = ρ.δ và dp1 = dH - 2(ρδ + z). Giới hạn của hệ số mòn không đều sẽ là: 1- Khi mòn đều: δ'' = δ' δ" Cho nên: δ = δ" và ρ = = 0,5 2δ" 2- Khi mòn lệch một bên: δ' = 0 δ" δ" Lúc đó: δ = δ" và ρ = = =1 δ δ" Như vậy có nghĩa là hệ số mòn không đều của trục sẽ dao động trong khoảng ρ = 0,5 ữ 1 Ta ký hiệu: 2(ρδ + z) = γt (3.5) γt- Miền sửa chữa của trục, được xác định cho từng mối ghép cụ thể. Lúc đó ta có: dp1 = dH - γt (3.6) Kích thước sửa chữa thứ hai và thứ ba sẽ là: dp2 = dp1 - γt = dH - 2γt dp3 = dp2 - γt = dH - 3γt Tương tự ta có: dpn = dH - nγt (3.7) Trong quá trình sửa chữa trục, để bảo đảm độ bền của cổ trục người ta phải hạn chế số lần sửa chữa. Do vậy kích thước sửa chữa (hay còn gọi là số lần sửa chữa) có liên quan đến kích thước tối thiểu của cổ trục và chỉ giới hạn như Hình 3.3. Sơ đồ xác định kích thước sửa chữa của lỗ 103 http://www.ebook.edu.vn thước danh định của lỗ; DH- Kích D1- Kích thước mòn của lỗ; δ'- Độ mòn tối thiểu của lỗ; δ''- Độ mòn tối đa của lỗ; Z- Dung sai gia công; Dp1- Kích thước sửa chữa thứ nhất của lỗ.
sau: d H − d min nt = (3.8) γt Trong đó: dmin- Kích thước tối thiểu cho phép của cổ trục, kích thước này được xác định theo điều kiện và độ cứng vững của trục trong điều kiện làm việc của nó. • Xác định kích thước sửa chữa cho chi tiết lỗ (Hình 3.3): Kích thước sửa chữa thứ nhất của lỗ là: Dp1 = DH + 2(δ'' + z) (3.9) Diễn giải tương tự như đối với trục, ta có: γ1 =2 (ρδ + z) (3.10) và lúc đó: Dp1 = DH + γ1 (3.11) Dpn = DH + nγ1 (3.12) Số kích thước sửa chữa đối với chi tiết lỗ sẽ là: D max − D H n1 = (3.13) γ1 Trong đó: Dmax- Kích thước tối đa cho phép của lỗ, kích thước này cũng được xác định dựa trên độ bền của chi tiết lỗ trong quá trình làm việc. 3.2.2. Phục hồi chi tiết máy bằng phương pháp gia công tạo biến dạng 1. Giới thiệu chung Phương pháp phục hồi bằng biến dạng được dựa trên cơ sở sử dụng phần dự trữ của vật liệu chi tiết và dựa vào tính chất dẻo của nó. Khả năng biến dạng dẻo của chi tiết phục thuộc vào thành phần, cấu trúc của kim loại và vào các điều kiện tạo biến dạng. Khi bị đốt nóng, tính dẻo của chi tiết sẽ tăng và độ kháng biến dạng sẽ giảm. Trị số và phương chiều của ứng suất (lực tác dụng) cũng ảnh hưởng đến mức độ biến dạng của kim loại. Trong trường hợp xuất hiệu ứng suất nén, biến dạng dẻo của kim loại sẽ tăng. Kết quả tốt nhất sẽ nhận được trong trường hợp nếu lực nén tác dụng theo một phương, còn lực kéo lại tác dụng theo phương vuông góc. Thành phần hóa học của kim loại cũng ảnh hưởng lớn tới quá trình biến dạng dẻo của nó. Nếu trong thành phần kim loại có nhiều chất hợp kim thì khả năng biến dạng dẻo sẽ giảm. Sửa chữa chi tiết bằng phương pháp tạo biến dạng dẻo thường được tiến hành theo hai dạng. Dạng thứ nhất được thực hiện với chi tiết nguội, dạng thứ hai với chi tiết được nung nóng đến nhiệt độ hơn 4000C. 104 http://www.ebook.edu.vn
2. Phân loại các phương pháp sửa chữa bằng gia công tạo biến dạng Phụ thuộc vào chiều tác dụng của ngoại lực và của biến dạng dẻo, ta có các phương pháp công nghệ sau đây để sửa chữa chi tiết bằng áp lực: chồn, nong, ép, nén, tóp, cán, nắn và gia công cường bền cơ học bề mặt. a) Phương pháp chồn Phương pháp chồn được tác dụng để làm tăng đường kính ngoài của chi tiết đặc hoặc để giảm đường kính trong của chi tiết hình ống. Trong trường hợp này, phương của lực tác dụng P (Hình 3.4) cần phải vuông góc với phương của biến dạng δ. Kết quả của phương pháp chồn là làm tăng diện tích mặt cắt ngang chi tiết, đồng thời làm giảm chiều cao của chi tiết. Chi tiết sau khi chồn phải được gia công cắt gọt để tạo độ chính xác về kích thước. Bằng phương pháp chồn, người ta có thể sửa chữa các chi tiết bị mòn đường kính ngoài hoặc đường kính trong (các ống lót, các chốt). Những Hình 3.4. Sơ đồ biến dạng ống lót chịu tải lớn có thể chồn, làm giảm chiều của chi tiết do bị chồn cao ≤ 8%, còn các trường hợp khác có thể đến Hình 3.5. Sơ đồ biến dạng 15%. của chi tiết do bị nong Lực tác dụng trong khi chồn được xác định như sau: ⎛ d⎞ P = σ τ ⎜1 + ⎟ (3.14) ⎝ 6h ⎠ Trong đó: στ- Giới hạn chảy của vật liệu, N/m2; d- Đường kính chi tiết, m; h- Chiều cao (chiều dài) chi tiết, m; P- Lực tác dụng khi chồn, N. b) Phương pháp nong Hình 3.6. Sơ đồ biến dạng Phương pháp nong được thực hiện bằng một của chi tiết khi bị ép thiết bị nong hình côn. Phương của lực tác dụng trong trường hợp này trùng với phương của biến dạng (Hình 3.5). Người ta áp dụng phương pháp nong để làm tăng đường kính ngoài của chi tiết hình ống. Sau khi nong, chi tiết phải được gia công cắt gọt để tạo độ chính xác về kích thước và 105 http://www.ebook.edu.vn Hình 3.7. Sơ đồ biến dạng của chi tiết khi bị tóp
gia công nhiệt luyện ở chế độ giống như khi chế tạo chi tiết mới. Nếu chi tiết có độ cứng không lớn (HRC < 30) thì có thể gia công ở trạng thái nguội. c) Phương pháp ép Phương pháp ép là tổng hợp đồng thời cả hai phương pháp chồn và nong, bởi vì trong đa số các trường hợp lực tác dụng có phương hợp với phương của biến dạng một góc nào đó (Hình 3.6). Vì vậy trong khi sửa chữa chi tiết bằng phương pháp ép sẽ đồng thời xảy ra chồn và nong, nhưng độ dài của chi tiết không thay đổi. Phương pháp ép được áp dụng để sửa chữa các bánh răng, trục then hoa v.v… Trong trường hợp này chi tiết phải được đốt nóng đến nhiệt độ 680 ữ 9200C. Sau khi ép, chi tiết phải được nhiệt luyện lại. d) Phương pháp tóp Người ta áp dụng phương pháp tóp để làm giảm kích thước trong của chi tiết hình ống bằng cách làm giảm đường kính ngoài của nó (Hình 3.7). Lúc này phương của lực tác dụng trùng với phương của biến dạng δ. Hình 3.8 biểu thị dụng cụ dùng cho quá trình sửa chữa một chi tiết hình ống bằng phương pháp tóp. e) Phương pháp cán Phương pháp cán được áp dụng để tăng chiều dài chi tiết bằng cách làm giảm tiết diện ngang của nó. Theo sơ đồ tác dụng của lực P so với phương của biến dạng δ thì phương pháp cán được tổng hợp từ chồn và ép. Bằng phương pháp này, người ta có thể sửa chữa các chi tiết dạng thanh đòn hoặc trục. f) Phương pháp nắn Phương pháp nắn được áp dụng để khắc phục các khuyết tật như cong, vênh, xoắn. Phương của lực tác Hình 3.8. Dụng cụ để tóp chi tiết dụng trong trường hợp này trùng với phương của biến dạng δ và đa số là vuông góc với trục của chi tiết. 1- Chầy; 2- Chi tiết; 3- Cối; 4- Đế. Dùng phương pháp nắn người ta có thể sửa chữa các chi tiết trục, các thanh biên, khung, thanh dằng, các chi tiết hình tấm, hình đĩa. Trong thực tế người ta có thể nắn chi tiết ở trạng thái nguội hoặc trạng thái nóng, điều đó phụ thuộc vào trị số của biến dạng. • Nắn nguội: Trong quá trình nắn nguội, do hậu quả biến dạng dẻo cục bộ của kim loại chi tiết mà cấu trúc và cơ tính của chi tiết sẽ thay đổi. Đặc điểm của nắn nguội là tính không đồng nhất của biến dạng kim loại theo mặt cắt ngang, tức là biểu đồ biến dạng của chi tiết và biểu đồ ứng suất dư của nó không mang tính đối 106 http://www.ebook.edu.vn
xứng, điều này sẽ có ảnh hưởng lớn tới độ bền tĩnh và độ bền động của chi tiết máy. ứng suất dư xuất hiện trong quá trình nắn nguội có khả năng làm cho biến dạng phục hồi trở lại. Do vậy để làm tăng độ ổn định của biến dạng, người ta áp dụng cách nắn quá (tức là nắn cho chi tiết cong quá đi một chút sang chiều cong ngược lại), sau đó đốt nóng chi tiết đến nhiệt độ 400 ữ 5000C (nhưng không được lớn hơn nhiệt độ ủ chi tiết khi chế tạo) và giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 1 giờ. Việc nung nóng này sẽ phục hồi lại khả năng cân bằng của chi tiết. • Nắn nóng: Nắn nóng được tiến hành ở nhiệt độ 800 ữ 9000C. Lúc này lực biến dạng bị giảm đi rất nhiều, kim loại được biến dạng đồng đều theo mặt cắt ngang. Tuy vậy, khi nắn nóng, cấu trúc và cơ tính của kim loại sẽ bị thay đổi và chi tiết có khả năng bị vênh. Vì vậy để cho chi tiết hồi phục lại cấu trúc và tính chất cơ học cần thiết của nó thì sau khi nắn người ta tiến hành nhiệt luyện chi tiết theo một chế độ nhất định. • Gia cường bền cơ học bề mặt được áp dụng để làm tăng tính chất khai thác của chi tiết. Trong lĩnh vực sửa chữa, phương pháp này được áp dụng với mục đích làm tăng độ bền mỏi của các chi tiết được phục hồi bằng hàn đắp, mạ hoặc phun phủ kim loại. Phương pháp công nghệ này được thể hiện trong quá trình cắt lăn bề mặt bằng con lăn, trong gia công bằng phun hạt hoặc gia công bằng búa hơi ép. • Công nghệ cắt lăn bằng con lăn thông thường được thực hiện nhờ các đồ gá chuyên dùng trên máy tiện, máy Rơvonve, máy bào v.v… (Hình 3.9). Phục thuộc vào vật liệu chi tiết, áp lực tác dụng lên con lăn thường vào khoảng 5 ữ 20 MN/m2 với số lượt cắt lăn từ 2 ữ 4. • Công nghệ gia công bằng phun hạt được thực hiện trên các thiết bị chuyên dùng có tác dụng cơ học hoặc tác dụng khí nén. Sự hoạt động của các thiết bị cơ học dựa trên cơ sở của lực ly tâm phát sinh trong rôto có cánh đang phun hạt. Còn các thiết bị hơi ép thì hoạt động với áp suất 0,4 ữ 0,6 MN/m2 theo nguyên lý hoạt động của thiết bị phun cát làm sạch bề mặt chi tiết. Hình 3.9. Sơ đồ cắt lăn bề mặt Hình 3.10. Sơ đồ nắn trục cơ bằng phương pháp chi tiết hình trụ tán vai cổ trục. a', b' và c', d'- Vị trí đường tâm cổ trục trước lúc nắn a) Bằng 1 con lăn; b) Bằng 3 con lăn. a, b và c, d- Vị trí đường tâm cổ trục sau khi nắn. 107 http://www.ebook.edu.vn
Trong thực tế các thiết bị cơ học được sử dụng rộng rãi hơn, bởi vì chúng cho năng suất cao với chi phí năng lượng ít, có khả năng điều chỉnh được cường độ hoạt động của quá trình và bảo đảm tính ổn định, không đòi hỏi thiết bị nén khí. • Gia cường bề mặt chi tết bằng búa hơi ép. Trong quá trình gia công này, trên các lớp bề mặt chi tiết tạo ra ứng suất nén có khả năng làm trung hòa sự ảnh hưởng của ứng suất kéo cục bộ. Phương pháp này được áp dụng có hiệu quả để nắn trục cơ hoặc các trục có hình dáng phức tạp. Phục thuộc vào chiều cong của trục cơ, người ta tán vào các bề mặt tương ứng của vai cổ trục sang phải hoặc sang trái sao cho do ứng suất nén xuất hiện và do biến dạng của vai cổ trục mà người ta nhận được sự chuyển dịch cần thiết của tâm trục (Hình 3.10). 3. Ảnh hưởng của các điều kiện biến dạng dẻo đến cơ tính của chi tiết Trong quá trình biến dạng dẻo, có khả năng xảy ra hiện tượng giảm bền. a) Bản chất vật lý của hiện tượng giảm bền Trong sự biến dạng của các tinh thể kim loại xuất hiện sự sai lệch (biến hình) của lưới tinh thể, do vậy tính chất cơ lý của nó bị thay đổi. Lúc này có thể xảy ra hiện tượng cắt hoặc hiện tượng nhập vào của các tinh thể kim loại. Tất cả những hiện tượng đó đều dẫn tới sự cân bằng không ổn định của tinh thể. Trạng thái không ổn định này của chi tiết biến dạng trong giai đoạn tiếp theo sẽ tạo ra quá trình giảm bền (hiện tượng nghỉ của kim loại), tức là hiện tượng giảm một phần ứng suất và biến tinh thể trở về trạng thái cân bằng hơn. Nhờ kết quả này mà tính chất dẻo của kim loại được phục hồi từng bước. Hiện tượng nghỉ của kim loại là một quá trình khuyếch tán, trong đó các nguyên tử của lưới tinh thể biến hình bị dịch chuyển, vì thế cho nên ứng suất trong tinh thể bị giảm. Do vậy nhiệt độ trong quá trình xảy ra biến dạng càng cao thì hiện tượng giảm bền của kim loại xảy ra càng nhanh. b) Nhiệt độ nung nóng kim loại Trong quá trình sửa chữa chi tiết nhiệt độ nung nóng kim loại cần phải đạt trị số tối thiểu nhưng phải đủ để tạo ra cho chi tiết độ dẻo cần thiết. c) Tốc độ biến dạng Tốc độ biến dạng của kim loại có ảnh hưởng ít hơn tới hiện tượng giảm bền so với sự ảnh hưởng của nhiệt độ nung nóng. Nếu tốc độ biến dạng tăng thì thời gian của quá trình giảm bền càng giảm và quá trình nghỉ của kim loại không kịp kết thúc. Như vậy, khi ta áp dụng các phương pháp tạo biến dạng khác nhau với những điều kiện biến dạng khác nhau, ta sẽ nhận được những lớp bề mặt chi tiết có cơ tính khác nhau. d) Độ bền mỏi của chi tiết biến dạng Tính chất này của chi tiết phụ thuộc vào chiều và trị số của ứng suất bên trong tạo ra trên lớp bề mặt do sự tác dụng của ngoại lực. Nếu ứng suất tạo ra trên lớp bề mặt của kim loại là ứng suất kéo thì độ bền mỏi của chi tiết sẽ giảm, trong trường hợp ngược lại thì độ bền mỏi chi tiết sẽ tăng. Chính vì lý do này mà khi lựa chọn phương pháp gia công tạo biến dạng cần phải 108 http://www.ebook.edu.vn
chú ý đến các điều kiện làm việc của chi tiết (đặc điểm và trị số của tải trọng v.v…). e) Cấu trúc và độ cứng của lớp bề mặt kim loại Phụ thuộc vào điều kiện biến dạng và phương pháp tạo biến dạng, cấu trúc và độ cứng của lớp bề mặt kim loại sẽ thay đổi trong độ sâu 0,1 ữ 0,4mm. Trong đó cấu trúc sẽ biến thành dạng cấu tạo định hình (kiểu có vân), còn độ cứng của thép cácbon loại thường không tôi sẽ tăng lên 30 ữ 40%. Những loại thép được gia công nhiệt đạt độ cứng HRC 40-45, trong quá trình tán độ cứng sẽ tăng lên 5 ữ 10%. 3.2.3. Sửa chữa bằng phương pháp hàn và hàn đắp 1. Giới thiệu chung Hàn là một quá trình công nghệ tạo ra mối liên kết không tháo được của các chi tiết kim loại khi người ta đốt nóng cục bộ các chi tiết đó đến nhiệt độ chảy hoặc đến trạng thái dẻo để cho chúng hoà trộn và liên kết với nhau. Hàn đắp là một dạng của công nghệ hàn và chính là quá trình đắp một lớp kim loại lên bề mặt chi tiết. Hàn và hàn đắp được phân chia thành 2 nhóm. Hàn nóng chảy và hàn bằng biến dạng dẻo (hàn bằng áp lực). Trong lĩnh vực sửa chữa, công nghệ hàn nóng chảy được áp dụng phổ biến hơn, thông qua phương pháp hàn điện hồ quang và hàn hơi. 2. Hàn điện hồ quang và hàn đắp Theo mức độ cơ giới hoá quá trình hàn, người ta chia ra các loại sau: • Hàn bằng tay: Tất cả các nguyên công cần thiết để tạo ra mối hàn đều do người thợ hàn thực hiện bằng tay. • Hàn hoặc hàn đắp bán tự động là quá trình hàn mà trong đó việc dịch chuyển vật liệu hàn được thực hiện bằng cơ giới hoá. • Hàn hoặc hàn đắp tự động là quá trình hàn mà trong đó tất cả các nguyên công đều được cơ giới hóa. Theo mức độ bảo vệ cung hồ quang khỏi sự tác dụng của ôxy, người ta phân biệt hàn và hàn đắp như sau: a) Hàn bằng que hàn trần. b) Hàn bằng que hàn có bọc lớp bảo vệ. c) Hàn bằng que hàn có chất bột bảo vệ ở bên trong (loại que hàn tròn, loại que hàn dẹt v.v…). d) Hàn dưới chất trợ dung. e) Hàn trong môi trường khí bảo vệ h) Hàn có nước làm mát. f) Hàn với sự bảo vệ tổng hợp của cung hồ quang (chất trợ dung, môi trường khí v.v…). Hai cách hàn đầu tiên được dùng phổ biến trong quá trình hàn bằng tay, còn các cách sau được dùng trong hàn và hàn đắp bán tự động và tự động. 109 http://www.ebook.edu.vn
Trong quá trình hàn và hàn đắp bằng que hàn trần sẽ xảy ra hiện tượng tác dụng tương hỗ giữa kim loại nóng chảy với ôxy và nitơ của không khí, dẫn tới có sự thay đổi thành phần hóa học và làm giảm cơ tính của kim loại mối hàn. Khi hàn bằng que hàn có bọc lớp bảo vệ thì cung hồ quang được bảo vệ từng phần khỏi sự tác dụng của không khí. Bảo vệ mối hàn bằng chất trợ dung nóng chảy hoặc bằng các khí trơ v.v.. được sử dụng rộng rãi cho hàn và hàn đắp tự động hoặc bán tự động nhất là trong lĩnh vực sửa chữa. 3. Hàn hơi Hàn hơi sử dụng nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cháy hỗn hợp khí đốt (Axetylen, metan, propan-butan v.v…) với ôxy. Trong lĩnh vực sửa chữa, được sử dụng phổ biến nhất là hàn axetylen - ôxy. Phụ thuộc vào O2 tỷ lệ giữa axetylen và ôxy α = , người ta phân chia ngọn lửa hàn thành 3 loại: C2 H 2 • Ngọn lửa hàn trung hòa (α = 1 ữ 1,25). • Ngọn lửa hàn thừa axetylen (α < 1). • Ngọn lửa hàn thừa ôxy (α > 1,25). Thông thường khi hàn và hàn đắp các chi tiết chế tạo từ thép, gang hoặc kim loại màu, người ta sử dụng ngọn lửa trung hòa. Ngọn lửa thừa axetylen được sử dụng để hàn các chi tiết từ thép cácbon cao hoặc thép hợp kim, hoặc để hàn đắp các bề mặt bị mòn bằng các hợp kim cứng. Ngọn lửa thừa ôxy được dùng để cắt kim loại. Trong trường hợp hàn đồng thau có thể sử dụng ngọn lửa hàn có thừa một ít ôxy. Để bảo vệ kim loại nóng chảy khỏi bị ôxy hóa, người ta sử dụng chất trợ dung. Chúng được phân chia thành chất trợ dung tác dụng theo hoá học và chất trợ dung tác dụng như các chất dung môi lý học. Chất trợ dung tác dụng hoá học sẽ tạo với các ôxít của kim loại một hợp chất hóa học nhẹ có tỷ trọng nhỏ hơn tỷ trọng của kim loại nóng chảy và nổi lên bề mặt ở dạng chất xỉ. Chất trợ dung tác dụng như các chất tan (dung môi) lý học sẽ làm tan các ôxít kim loại để tạo thành xỉ và chúng cũng nổi lên bề mặt kim loại nóng chảy. Thực tế cho hay rằng chất lượng hàn và hàn đắp phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hóa học của vật liệu hàn và sự lựa chọn đúng chất trợ dung. Nếu lượng cácbon trong thành phần vật liệu hàn hơi nhiều một chút sẽ làm xuất hiện các vết rỗ trong mối hàn và làm tăng độ dòn của nó. Nếu trong thành phần vật liệu hàn có khoảng 0,6 ữ 1,2% mănggan thì chất lượng mối hàn sẽ được tăng lên. Tương tự như vậy, niken, crôm, môlipđen cũng có những ảnh hưởng tốt tới chất lượng mối hàn. 4. Các quá trình nóng chảy, chuyển dịch kim loại và hình thành mối hàn khi hàn điện hồ quang Quá trình nóng chảy và chuyển dịch kim loại khi hàn hồ quang có thể xảy ra cùng với hiện tượng đoản mạch của khe hồ quang hoặc có thể không. 110 http://www.ebook.edu.vn
Khi hàn và hàn đắp cùng với hiện tượng đoản mạch của khe hồ quang ngay sau khi phóng hồ quang que hàn bắt đầu nóng chảy (Hình 3.11a). Giọt kim loại lỏng ở phía đầu que hàn cứ tăng dần (Hình 3.11b). Hình dáng và kích thước của giọt này cơ bản được xác định bằng trọng lực, bằng sức căng mặt ngoài của kim loại và bằng áp lực của hơi. Sau một khoảng thời Hình 3.11. Sơ đồ nóng chảy và chuyển dịch gian rất ngắn giọt kim loại đạt đến kích kim loại khi hàn đắp chi tiết. thước nhất định, hồ quang tắt và bắt đầu quá trình đoản mạch. Trong lúc này điện áp trên que hàn bị giảm, còn cường độ dòng điện thì tăng lên cao (Hình 3.11c). Đồng thời xuất hiện một lực dọc trục P0 hướng từ trên xuống dưới và có xu hướng kéo giọt kim loại hàn co thắt lại. Đến một lúc giọt kim loại bị đứt, sau đó hồ quang lại bắt đầu phóng và quá trình cứ thế tiếp tục (Hình 3.11d). Như vậy, quá trình hàn đắp bằng đoản mạch của khe hồ quang được tạo thành từ các chu trình lặp, trong đó tại mỗi chu trình đều trải qua hai gian đoạn: phóng hồ quang và đoản mạch. Trong trường hợp dòng tự cảm của mạch hàn bị yếu, do không đủ năng lượng nên hồ quang bị tắt sớm hơn so với giọt kim loại bị đứt và sau một khoảng thời gian nhất định bắt đầu sự đoản mạch. Khoảng thời gian đó người ta gọi là chu trình không tải. Tấn số đoản mạch chủ yếu phục thuộc vào cường độ đốt nóng đầu que hàn hoặc mật độ dòng điện trên que hàn. Cùng với sự tăng mật độ dòng điện, tần số đoản mạch cũng sẽ tăng. Que hàn bị đốt nóng chảy và kim loại nóng chảy đó chuyển dịch từ que hàn sang chi tiết hàn chỉ trong trường hợp dòng điện hàn vượt quá trị số giới hạn, tức là: Ith ≥ (140 ữ 150)dqh (3.15) Quá trình nóng chảy của que hàn được đánh giá bằng hệ số nóng chảy: Qc αc = , g/A.h (3.16) I.t Trong đó: Qc- Khối lượng kim loại nóng chảy, g; I- Cường độ dòng điện hàn, A; t- Thời gian hàn, h. Hệ số nóng chảy phụ thuộc vào chiều cực của hồ quang, phương pháp bảo vệ vùng hồ quang, đặc tính và bề dày lớp thuốc bọc, loại và vị trí của mối hàn trong không gian. Tương tự như trên, người ta có thể xác định hệ số hàn đắp: 111 http://www.ebook.edu.vn
Q hñ α hñ = , g/A.h (3.17) I.t Trong đó: Qhđ- Khối lượng kim loại hàn đắp, g. Sự hình thành mối hàn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần hóa học của kim loại vật liệu hàn, hình dáng của lớp kim loại hàn nóng chảy và tốc độ đông cứng của nó, kích thước của chi tiết hàn v.v… Sự hình thành này được coi là tốt nếu đạt được các chỉ tiêu sau đây: 1) Tạo thành được đường viền hình dáng bên ngoài của mối hàn đều đặn trên toàn bộ bề mặt chi tiết. 2) Sự nóng chảy của kim loại chính (kim loại chi tiết) không quá sâu, giữa phần kim loại nóng chảy và không nóng chảy có sự chuyển tiếp cong lượn. 3) Sự chuyển dịch kim loại từ que hàn sang chi tiết xảy ra đồng đều và liên tục. Tiết diện của mối hàn đắp tự động chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ dịch chuyển của que hàn (vph), tốc độ hàn đắp (vh), hệ số tiêu hao vật liệu hàn (ψ) và chiều sâu nóng chảy của kim loại chính. Tiết diện đó được xác định sơ bộ như sau: v qh Fmh = (1 − ψ ) (3.18) vh Trong đó: ψ- Hệ số tiêu hao vật liệu hàn được xác định như sau: Q c − Q hd ψ= Qc (3.19) Hình dáng của mối hàn và bể hàn chịu sự ảnh hưởng của các yếu tố sau đây: • Điện áp • Tốc độ hàn (vh) • Góc nghiêng và đường kính que hàn, góc nghiêng chi tiết hàn. • Số lượng que hàn và sự xếp đặt chúng khi hàn. Sự ảnh hưởng trên đây được thể hiện rõ trên hình 3.12. Thực nghiệm cho thấy rằng cùng với việc tăng điện áp hàn, tăng số lượng 112 http://www.ebook.edu.vn Hình 3.12. Sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ hàn đắp tới tiết diện mối hàn 1- Điện áp hàn; 2- Tốc độ hàn đắp; 3- Độ nghiêng chi tiết; 4- Độ nghiêng que hàn; 5- Đường kính que hàn; 6- Số lượng que hàn và sự xếp đặt chúng.
que hàn và khoảng cách giữa chúng thì bề rộng của mối hàn càng tăng, còn chiều sâu nóng chảy của kim loại chi tiết sẽ giảm. Tăng tốc độ hàn sẽ làm tăng bề rộng mối hàn. Ngoài ra, phương pháp hàn cũng ảnh hưởng tới chiều cao mối hàn. Ví dụ như hàn dưới chất trợ dung thì mối hàn có chiều cao nhỏ. Tương tự như vậy, chất khí bảo vệ, dòng hơi nước hoặc không khí đều có ảnh hưởng tới hình dáng mối hàn. Que hàn nghiêng khoảng 150 sẽ làm tăng chất lượng hình dáng mối hàn, làm giảm độ sâu phần kim loại nóng chảy và tăng bề rộng mối hàn. Việc tăng cường độ dòng điện hàn sẽ làm tăng độ sâu lớp kim loại nóng chảy trên chi tiết và tạo nên mối hàn cao nhưng có bề rộng nhỏ. Bước hàn, tức là sự dịch chuyển que hàn khi hàn đắp thành các mối hàn theo thứ tự sẽ xác định độ bằng phẳng của bề mặt hàn và tỷ lệ kim loại chính trong thành phần mối hàn. Bước hàn lớn sẽ tạo nên bề mặt hàn nhấp nhô. Bước hàn hợp lý nhất thường có giá trị khoảng 0,4 ữ 0,75 bề rộng mối hàn. Độ lệch giữa vị trí đặt que hàn và đường tâm của mặt cắt ngang chi tiết cũng có sự ảnh hưởng đáng kể đến sự hình thành lớp kim loại hàn (Hình 3.13). Khi đường kính chi tiết và cường độ dòng điện hàn tăng thì độ lệch này phải tăng. Ví dụ như khi hàn đắp các chi tiết có đường kính từ 100 ữ 800mm, độ lệch tâm que hàn với tâm mặt cắt ngang chi tiết phải vào khoảng 10 ữ 40mm. Hình 3.13. ảnh hưởng của độ lệch đường tâm que hàn so với đường tâm mặt cắt ngang chi tiết hàn tới tiết diện mối hàn a) Que hàn được đặc lệch về phía ngược với chiều quay chi tiết; b) Qua hàn được đặt trùng với đường tâm mặt cắt ngang chi tiết; 113 http://www.ebook.edu.vn
c) Que hàn được đặt lệch về phía theo chiều quay của chi tiết. T- Đường tâm mặt cắt ngang chi tiết; θ- Đường tâm que hàn. Hình dáng và cấu trúc của mối hàn cũng phụ thuộc vào tốc độ làm mát và thành phần hóa học của kim loại. Trong quá trình làm mát kim loại nóng chảy, không những chỉ xảy ra hiện tượng tinh thể hóa mối hàn mà còn xảy ra hiện tượng tái tinh thể hóa kim loại chính (kim loại chi tiết) và tạo thành vùng ảnh hưởng nhiệt. Độ sâu vùng ảnh hưởng nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ ban đầu của kim loại chi tiết sửa chữa, vào tốc độ làm mát, vào phương pháp hàn đắp và tính dẫn nhiệt của kim loại chính. Độ sâu này thường dao động trong khoảng 1,5 đến 2,5mm. 5. ứng suất trong và các khuyết tật thường gặp trong mối hàn a) Trong quá trình hàn, chi tiết bị đốt nóng không đều dẫn tới sự phân bố không đều về biến dạng nhiệt, điều này gây nên ứng suất dư bên trong mối hàn. Trong mối hàn xuất hiện ứng suất kéo, còn tại những vùng cách xa mối hàn xuất hiện ứng suất nén. ứng suất kéo có ảnh hưởng không tốt đến khả năng của chi tiết hàn chống sự tác dụng của tải trọng thay đổi và làm giảm độ bền mỏi của chi tiết. Độ không đồng đều về sự đốt nóng càng lớn và tiết diện mối hàn càng lớn thì biến dạng xảy ra càng lớn. Biến dạng uốn tăng tỷ lệ thuận với bình phương chiều dài mối hàn, do vậy những mối hàn đắp không đối xứng có chiều dài lớn sẽ gây độ biến dạng rất lớn đối với chi tiết. b) Một đặc điểm thường gặp của sự hình thành mối hàn là trong mối hàn và trong vùng ảnh hưởng nhiệt của chi tiết xuất hiện những vết nứt. Các vết nứt này được phân chia thành 2 loại: Vết nứt nóng (vết nứt tinh thể) và vết nứt nguội. Vết nứt nóng thường xuất hiện trong khoảng nhiệt độ tinh thể hóa của kim loại. Ví dụ như khi hàn các chi tiết thép kết cấu, vết nứt tinh thể sẽ xuất hiện ở nhiệt độ từ 1200 ữ 13500C. Vết nứt nguội thường xuất hiện ở nhiệt độ nhỏ hơn 4000C, khi mà kim loại của mối hàn và của vùng ảnh hưởng nhiệt hấp thụ tính chất dòn rất lớn. Các vết nứt nguội gồm 2 loại: • Vết nứt tôi xuất hiện trong vùng ảnh hưởng nhiệt tại ranh giới giữa phần kim loại nóng chảy và không nóng chảy. • Vết nứt dòn thường xuất hiện trong lớp kim loại hàn đắp và sau đó chúng lan truyền sang phần kim loại chính. Tốc độ lan truyền của loại vết nứt này rất nhanh (từ 1200 ữ 1800 m/s). Để khắc phục sự xuất hiện vết nứt dòn trong các mối hàn đắp, người ta phải đốt nóng sơ bộ chi tiết trước lúc hàn và làm nguội từ từ sau khi hàn. c) Trong mối hàn có vết rỗ. Những vết rỗ này tạo thành do sự xuất hiện trong lớp kim loại lỏng các bọt khí CO, CO2, H2 v.v… Kết quả nghiên cứu của I.A.Anđreep và P.I.A.Ageep cho thấy rằng bọt khí chỉ xuất hiện tại miền ranh giới giữa kim loại lỏng và kim loại rắn. Do vậy, nếu thời gian tồn tại của bể hàn càng dài thì tốc độ tinh thể hóa của kim loại càng chậm, dẫn tới khả năng tạo bọt khí trong đó càng ít, bởi vì trong trường hợp này các chất khí đều bị đẩy ra khỏi kim loại lỏng. Việc giảm khả năng tạo bọt khí (tạo vết rỗ) trong mối hàn sẽ đạt được bằng các biện pháp sau đây: 114 http://www.ebook.edu.vn
1- Bảo vệ vùng hồ quang hàn khỏi sự tác dụng của không khí, không cho khí hyđro và nitơ lọt vào trong bể hàn. 2- Khử ôxy ra khỏi bể hàn để làm giảm phản ứng hóa học tạo thành ôxít cácbon hoặc hơi nước. 3- Làm chậm quá trình tinh thể hóa bể hàn để cho tốc độ đẩy các bọt khí ra khỏi bể hàn lớn hơn tốc độ đông cứng của kim loại. 4- Cho vào trong thành phần kim loại hàn những thành phần có tác dụng làm giảm tính tan của hyđrô trong kim loại lỏng và làm tăng tính tan của nó trong trạng thái rắn. 5- Sử dụng dòng điện một chiều và đấu cực ngược trong khi hàn, bởi vì trong trường hợp này sẽ làm giảm khả năng hòa tan proton hyđrô trong kim loại lỏng. 6. Hàn và hàn đắp bằng tay Trong lĩnh vực sửa chữa, hàn bằng tay được dùng để khắc phục các khuyết tật như nứt, gãy, tróc, thủng hoặc các vị trí lắp ráp bị mòn của các chi tiết thân vỏ hoặc các chi tiết thuộc kết cấu thép. Các chi tiết thân vỏ thường được chế tạo từ thép trung bình hoặc ít cácbon, từ gang các loại và từ hợp kim nhôm, do vậy chúng ta sẽ xem xét những đặc điểm của công nghệ hàn tay đối với các kim loại này. a) Hàn các chi tiết bằng thép (hàn thép) Chất lượng hàn các chi tiết bằng thép phụ thuộc vào que hàn và chế độ hàn. Que hàn được phân loại theo nhiều cách: Theo công dụng, theo chất lượng lớp bọc, theo cơ tính của kim loại mối hàn, theo thành phần hóa học của thân que hàn và lớp bọc và theo đặc điểm của lớp xỉ tạo thành khi hàn. Các số liệu chi tiết về tính chất và phân loại que hàn được trình bày cụ thể trong [10]. Chế độ hàn được lựa chọn dựa theo kích thước, hình dáng vật liệu của chi tiết hàn và dựa theo que hàn. Đường kính que hàn (từ 2 ữ 8mm) phụ thuộc vào bề dày chi tiết hàn, vào loại mối hàn và vị trí của nó. Cường độ dòng điện hàn được xác định theo công thức: I = (β + αdqh)dqh (3.20) Trong đó: dqh- Đường kính que hàn; α và β- Các hệ số thực nghiệm (đối với hàn bằng tay với que hàn bằng thép α = 6, β = 20). Nếu bề dày chi tiết hàn lớn hơn 3dqh thì cường độ dòng điện hàn phải lấy tăng lên 10 ữ 15% so với trị số tính toán, còn nếu bề dày chi tiết hàn nhỏ hơn 1,5dqh thì cường độ dòng điện hàn buộc phải giảm xuống 10 ữ 15 so với tính toán. Năng suất hàn và hàn đắp phụ thuộc vào trị số cường độ dòng điện hàn, vào thời gian cháy 115 http://www.ebook.edu.vn
hồ quang và vào loại que hàn. Khối lượng kim loại hàn đắp được xác định theo công thức: G = αđIt (3.21) Trong đó: G- Khối lượng kim loại hàn đắp, g; I- Cường độ dòng điện hàn, A; αđ- Hệ số hàn đắp, g/A.h; t - Thời gian hàn, h. Đối với loại que hàn có lớp bọc bảo vệ mỏng, hệ số αđ = 7,8 - 8,5 g/A.h, đối với que hàn có lớp bọc dày αđ = 10 ÷ 14 g/A.h. Điện áp dùng cho hàn bằng tay thường ở trong khoảng 20 ữ 35 vôn. Trong sửa chữa, đòi hỏi phải tạo được lớp kim loại hàn đắp có độ cứng và độ bền mòn cao, do vậy phải dùng loại que hàn chuyên dùng. b) Hàn các chi tiết bằng gang (hàn gang) Hàng gang là một công nghệ hàn có nhiều khó khăn do nhiều nguyên nhân. Nguyên nhân cơ bản nhất là do tính chất của gang chịu được hiện tượng nguội cứng, hiện tượng này được đặc trưng bởi thành phần hóa học của gang (cácbon hơn 2%, silic 1,6 ữ 2,0%, mănggan 0,5 ữ 1,2%, lưu huỳnh 0,12% và phốt phát 0,8%) đồng thời do tốc độ nguội nhanh của gang. Xuất phát từ những khó khăn trên đây, trong thực tế đã xuất hiện nhiều phương pháp công nghệ hàn gang, đó là hàn nóng, hàn nửa nóng và hàn nguội. I- Hàn nóng: Trước khi hàn người ta phải đốt nóng chi tiết đến nhiệt độ 600 ữ 7000C trong các lò nung chuyên dùng. Nếu trên chi tiết có nhiều khuyết tật cần phải hàn, thì với mục đích làm giảm tốc độ nguội của chi tiết người ta phải đặt nó trong một thiết bị giữ nhiệt có kết cấu đặc biệt. Khi đốt nóng gang, thể tích của nó sẽ tăng lên dẫn tới tăng ứng suất gây nên các vết nứt. Tuy vậy nếu đốt nóng chỉ đến nhiệt độ 600 ữ 7000C thì thể tích thích của nó chỉ tăng thêm 0,4% và không ảnh hưởng đến sự xuất hiện vết nứt. Vì vậy nhiệt độ nêu trên được coi là nhiệt độ tối ưu. Công nghệ đốt nóng hợp lý nhất là theo 2 giai đoạn: giai đoạn đầu đạt nhiệt độ 200 ữ 3000C với tốc độ 6000C trong 1 giờ, giai đoạn hai đến nhiệt độ 600 ữ 7000C với tốc độ 16000C trong 1 giờ. Nhiệt độ thấp nhất tại thời điểm kết thúc hàn không được nhỏ hơn 4000C. Hàn nóng các chi tiết bằng gang có thể hàn bằng ngọn lửa ôxy-axetylen hoặc hàn điện hồ quang. Chất lượng mối hàn sẽ cao nếu sử dụng ngọn lửa trung hòa hoặc ngọn lửa thừa một ít axetylen. Trong trường hợp này thì mối liên kết hàn có cấu trúc và cơ tính không khác mấy so với phần kim loại chính của chi tiết. Vật liệu hàn trong trường hợp này là que hàn bằng gang có đường kính 6 ữ 8mm. Thành phần hóa học của que hàn loại này được trình bày trong bảng 3.1. Bảng 3.1 116 http://www.ebook.edu.vn
Loại Tỷ lệ các thành phần hóa học, % que hàn C Si Mn S P Cr Ni A 3 ữ 3,6 3 ữ 3,5 0,5 ữ 0,8 0,08 0,2 ữ 0,5 0,05 0,3 B 3 ữ 3,6 3,6 ữ 4,8 0,5 ữ 0,8 0,08 0,3 ữ 0,5 0,50 0,3 Hàn điện hồ quang đối với các chi tiết bằng gang được sử dụng rất ít, chủ yếu để hàn các chi tiết không quan trọng mà có bề dày lớn. Trong trường hợp này vẫn phải dùng các que hàn bằng gang có đường kính 6 ữ 15mm (loại A hoặc B). II- Hàn nửa nguội: Công nghệ hàn này được tiến hành bằng cách đốt nóng toàn bộ hay đốt nóng cục bộ chi tiết hàn đến nhiệt độ 300 ữ 4000C, còn các điều kiện công nghệ khác vẫn theo đúng như hàn nóng. III- Hàn nguội: Công nghệ hàn nguội đối với các chi tiết bằng gang được áp dụng tương đối phổ biến trong sửa chữa máy. Tuy hàn nóng sẽ tạo nên chất lượng mối hàn cao, nhưng về mặt kỹ thuật và kinh tế thì vẫn còn nhiều trở ngại, do vậy mức độ áp dụng vẫn chưa nhiều. Trong thực tế tồn tại các phương pháp hàn và hàn đắp nguội đối với các chi tiết bằng gang như sau: • Hàn bằng que hàn thép ít cácbon có lớp bọc đặc biệt. • Hàn bằng que hàn tổng hợp (bimetal). • Hàn bằng que hàn hợp kim mômen (có thành phần: 68 Ni; 2,5 Fe; 1,5 Mn; 28 Cu). Tùy thuộc vào yêu cầu của mối hàn, vào loại khuyết tật của chi tiết v.v… mà người ta chọn loại que hàn cho phù hợp. Ví dụ như que hàn bimetal được dùng để hàn đắp các vết nứt nhỏ trên những phần của chi tiết không chịu lực lớn. Hoặc que hàn hợp kim mômen được sử dụng trong trường hợp cần tạo lớp kim loại hàn có tính gia công tốt và để giảm đến mức tối đa vùng ảnh hưởng nhiệt trong chi tiết hàn. c) Hàn các chi tiết bằng nhôm và hợp kim nhôm Điều khó khăn cơ bản nhất đối với hàn các chi tiết bằng nhôm và hợp kim nhôm là cần phải tẩy ra khỏi bề mặt hàn lớp màng ôxít chịu lửa (nhiệt độ nóng chảy là 20500C). Lớp màng này tạo ra trên bề mặt chi tiết và cản trở sự nóng chảy của kim loại que hàn cùng với kim loại chính (kim loại chi tiết). Ngoài ra, màng ôxít này sẽ lẫn vào trong mối hàn tạo thành hợp chất phi kim loại, làm giảm chất lượng mối hàn. Để nhận được chất lượng hàn nhôm tốt hơn, ta nên sử dụng dòng điện một chiều, đấu cực ngược. Bề mặt bể hàn thường được làm sạch khỏi màng ôxít nhôm bằng phương pháp hòa tan catốt. Nhưng như vậy cũng chỉ mới tẩy được những màng ôxít mỏng, còn đối với những lớp màng ôxít dày, muốn tẩy được ra khỏi bề mặt hàn cần phải dùng chất trợ dung đặc biệt hoặc que hàn có lớp bọc đặc biệt - tẩy bằng phương pháp hoá học. Cũng có thể sử dụng các phương pháp cơ học để tẩy sạch bề mặt hàn (dùng chổi sắt, giấy ráp để đánh sạch lớp ôxít nhôm). Những chi tiết được chế tạo từ hợp kim nhôm, người ta thường hàn bằng hàn hơi (ôxi - 117 http://www.ebook.edu.vn
axetylen) có sử dụng chất trợ dung đặc biệt với thành phần: 28% NaCl, 50% KCl, 14% Clorua Liti (LiCl) và 8% Natri Florua (NaF). Vật liệu que hàn cũng có thành phần hoá học giống như vật liệu chính (vật liệu chi tiết). Những chi tiết quan trọng có hình dáng phức tạp, trước khi hàn nên đốt nóng sơ bộ đến nhiệt độ 200 ữ 3000C. Nếu dùng hàn điện để hàn hợp kim nhôm, người ta sử dụng que hàn với lớp bọc đặc biệt có pha thêm 35% Na3AlF6 (Criolít). Việc pha thêm criolít vào trong lớp bọc que hàn có tác dụng làm ổn định quá trình phóng hồ quang. Trong thực tế, phụ thuộc vào thành phần hợp kim nhôm, người ta lựa chọn que hàn và chất trợ dung cho phù hợp để cho quá trình hàn đạt được chất lượng cao. Chế độ hàn điện đối với hàn các hợp kim nhôm được trình bày trong bảng 3.2. Bảng 3.2 Bề dày chi tiết hàn,mm Đường kính que hàn,mm Cường độ dòng điện, A 3ữ4 4 110 ữ 140 4ữ6 5 140 ữ 170 8 ữ 10 6 180 ữ 240 7. Hàn đắp tự động a) Hàn đắp dưới chất trợ dung Trong quá trình hàn đắp dưới chất trợ dung, cung hồ quang cháy trong buồng khí (6) dưới lớp chất trợ dung nóng chảy (3), (Hình 3.14). Lớp chất trợ dung có các tác dụng sau đây. • Bảo vệ lớp kim loại lỏng khỏi bị ôxi hóa. • Bảo toàn nhiệt cho hồ quang hàn. • Bản thân lớp trợ dung (Dạng lỏng và dạng hạt) tác dụng áp lực lên lớp kim loại hàn nóng chảy làm cho nó dễ tạo hình và bám vào chi tiết. • Chất trợ dung sẽ hoà tan các thành phần kim loại của mình vào trong kim loại Hình 3.14. Sơ đồ hàn đắp dưới chất trợ dung mối hàn, làm tăng chất lượng mối hàn. 1- Nguồn điện; 2- Thiết bị cấp chất trợ dung; Que hàn được sử dụng trong trường hợp 3- Lớp màng bao bọc bằng chất trợ dung này là que hàn trần (không có lớp bọc), lỏng; 4- Đầu hàn; 5- Que hàn; 6- Buồng khí; 7- Lớp xỉ; 8- Lớp kim loại hàn đắp; 9- Chi đường kính que hàn thường từ tiết hàn; 10- Đầu đấu dòng điện với chi tiết. 118 http://www.ebook.edu.vn
1 ữ 6mm. Que hàn được cung cấp chuyển dịch liên tục vào cung hồ quang bằng một thiết bị chuyên dùng kiểu con lăn (Rulô). Trong thực tế cũng có những trường hợp người ta sử dụng que hàn dẹt có bề dày 0,4 - 0,8mm, bề rộng 20 - 100mm. Khi hàn các chi tiết thép cácbon trung bình, người ta thường sử dụng que hàn cácbon thấp, que hàn có pha mănggan hoặc que hàn có pha mănggan - silíc. Còn đối với các chi tiết thép hợp kim thì phải hàn bằng các loại que hàn hợp kim chuyên dùng. Theo phương pháp chế tạo, chất trợ dung được phân thành 2 loại: loại trợ dung nóng chảy và loại không nóng chảy (loại gốm). - Loại trợ dung nóng chảy nhận được bằng cách cho nóng chảy các thành phần hóa học hợp thành trong lò điện, sau đó gia công tạo thành dạng hạt nhỏ. Phụ thuộc vào thành phần các nguyên tố hợp kim chứa trong chất trợ dung, những chất trợ dung này được phân thành loại silíc cao (SiO2 > 30%), loại silíc thấp và loại trợ dung mănggan (MnO > 12%). Trong sửa chữa máy, người ta thường sử dụng chất trợ dung mănggan và silíc cao (bảng 3.3). Bảng 3.3 Ký hiệu Tỷ lệ các thành phần, % chất trợ SiO2 MnO Al2O3 CaO MgO Na2O Fe2O3 CaF2 S P FeO dung 36÷38 15÷16 13÷15 11÷12 2÷3 16÷18 AH-1 - - - - - 48÷50 15÷18 15÷18 8÷10 2÷35 AH-3 - - - - - - 20÷23 29÷33 19÷21 3÷7 0,4÷0,8 18÷24 AH-10 ≤2 12 0.15 0,20 - AH-20 22 ≤ 0,5 30 0,5 11 27 - 29 0,08 0,05 1 AH-30 3 ≤ 0,5 41,5 18,0 14,5 - - 21 0,08 0,05 1 41÷44 34÷38 4÷5,5 AH-348A 4,5 6,5 5,75 - 2 0,15 0,12 - 38÷44 38÷47 6÷9 OCệ-45 4,5 6,5 2,5 - 2 0,15 0,15 - Loại chất trợ dung được dùng nhiều nhất là AH - 348A. Loại này có cỡ hạt 0,35 ữ 3mm. Khi sử dụng chất trợ dung này ta có thể nhận được lớp kim loại hàn có độ cứng HB 380. - Loại trợ dung không nóng chảy (loại gốm) là một hỗn hợp cơ học gồm các thành phần khác nhau, như thành phần hợp kim, thành phần tẩy oxít, thành phần tạo xỉ v.v… Các thành phần này liên kết lại thành một khối chung nhờ có chất liên kết là thủy tinh lỏng (chiếm khoảng 17 ữ 18% so với khối lượng các thành phần khô nêu trên). Chất trợ dung loại gốm thường có những mã hiệu sau đây: KC-X12T, KC-X12M, KC-X14P, KC-18P, KC-P9P, KC- 3X2B8. Thành hần hóa học của các chất trợ dung này được liệt kê như sau (các con số theo dòng ngang biểu thị tỷ lệ % các thành phần hợp thành). 119 http://www.ebook.edu.vn