Giáo trình Công nghệ hàn - Phần 1: Hàn và cắt kim loại

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

Hµn vµ c¾t kim lo¹i

Ch−¬ng 1: Kh¸i niÖm chung

1.1. Thùc chÊt vµ ®Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh hµn

1.1.1. Thùc chÊt cña qu¸ tr×nh hµn

Hµn lµ ph−¬ng ph¸p nèi hai hay nhiÒu chi tiÕt kim lo¹i thµnh mét mµ kh«ng

thÓ th¸o rêi ®−îc b»ng c¸ch nung nãng chóng t¹i vïng tiÕp xóc ®Õn tr¹ng th¸i nãng

ch¶y hay dÎo, sau ®ã kh«ng dïng ¸p lùc hoÆc dïng ¸p lùc ®Ó Ðp chi tiÕt hµn dÝnh chÆt

víi nhau.

Khi hµn nãng ch¶y, kim lo¹i bÞ nãng ch¶y, sau ®ã kÕt tinh hoµn toµn t¹o thµnh

mèi hµn.

Khi hµn ¸p lùc, kim lo¹i ®−îc nung ®Õn tr¹ng th¸i dÎo, sau ®ã ®−îc Ðp ®Ó t¹o

nªn mèi liªn kÕt kim lo¹i vµ t¨ng kh¶ n¨ng thÈm thÊu, khÕch t¸n cña c¸c phÇn tö vËt

chÊt gi÷a hai mÆt chi tiÕt cÇn hµn lµm cho c¸c chi tiÕt liªn kÕt chÆt víi nhau t¹o thµnh

mèi hµn.

1.1.2. §Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh hµn

- TiÕt kiÖm kim lo¹i: so víi t¸n ri vª tiÕt kiÖm tõ 10÷20 %, so víi ph−¬ng ph¸p ®óc

cã thÓ tiÕt kiÖm ®−îc tõ 30÷50 % l−îng kim lo¹i ...

- Gi¶m ®−îc thêi gian vµ gi¸ thµnh chÕ t¹o kÕt cÊu nh− dÇm, giµn, khung v.v...

- Cã thÓ t¹o ®−îc c¸c kÕt cÊu nhÑ nh−ng kh¶ n¨ng chÞu lùc cao.

- §é bÒn vµ ®é kÝn cña mèi hµn lín.

- Cã thÓ hµn ®−îc hai kim lo¹i cã tÝnh chÊt kh¸c nhau.

- ThiÕt bÞ hµn ®¬n gi¶n, vèn ®Çu t− kh«ng cao.

- Trong kÕt cÊu hµn tån t¹i øng suÊt nhiÖt lín, nªn vËt hµn dÔ bÞ biÕn d¹ng vµ cong

vªnh.

- Tæ chøc kim lo¹i gÇn mèi hµn bÞ dßn nªn kÕt cÊu hµn chÞu xung lùc kÐm.

Hµn ®−îc sö dông réng r·i ®Ó t¹o ph«i trong tÊt c· c¸c ngµnh kinh tÕ quèc d©n,

®Æc biÖt trong ngµnh chÕ t¹o m¸y, chÕ t¹o c¸c kÕt cÊu d¹ng khung, giµn trong x©y

dùng, cÇu ®−êng, c¸c b×nh chøa trong c«ng nghiÖp.

1.2. Ph©n lo¹i c¸c ph−¬ng ph¸p hµn

1.2.1.Theo tr¹ng th¸i hµn

a. Hµn nãng ch¶y:

Hµn hå quang, hµn khÝ, hµn ®iÖn xØ, hµn b»ng tia ®iÖn tö, hµn b»ng tia laze, hµn

plasma ... Khi hµn nãng ch¶y, kim lo¹i mÐp hµn ®−îc nung ®Õn tr¹ng th¸i nãng ch¶y

kÕt hîp víi kim lo¹i bæ sung tõ ngoµi vµo ®iÒn ®Çy khe hë gi÷a hai chi tiÕt hµn, sau ®ã

®«ng ®Æc t¹o ra mèi hµn.

b. Hµn ¸p lùc

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

1

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

Hµn tiÕp xóc, hµn ma s¸t, hµn næ, hµn siªu ©m, hµn khÝ Ðp, hµn cao tÇn, hµn

khuÕch t¸n ... Khi hµn b»ng ¸p lùc kim lo¹i ë vïng mÐp hµn ®−îc nung nãng ®Õn

tr¹ng th¸i dÎo sau ®ã hai chi tiÕt ®−îc Ðp l¹i víi lùc Ðp ®ñ lín, t¹o ra mèi hµn.

c. Hµn nhiÖt

Hµn nhiÖt lµ sö dông nhiÖt cña c¸c ph¶n øng hãa häc ph¸t nhiÖt ®Ó nung kim lo¹i

mÐp hµn ®Õn tr¹ng th¸i nãng ch¶y ®ång thêi kÕt hîp víi lùc Ðp ®Ó t¹o ra mèi hµn

1.2.2. Theo n¨ng l−îng sö dông

a. §iÖn n¨ng: Hµn hå quang, hµn ®iÖn tiÕp xóc ...

b. Ho¸ n¨ng: Hµn khÝ, hµn nhiÖt ...

c. C¬ n¨ng: Hµn ma s¸t, hµn nguéi ...

1.2.3. Theo møc ®é tù ®éng ho¸

a. Hµn b»ng tay.

b. Hµn b¸n tù ®éng.

c. Hµn tù ®éng.

1.3. Tæ chøc kim lo¹i mèi hµn vµ vïng phô cËn

Sau khi hµn, kim lo¹i láng ë vòng hµn sÏ nguéi vµ kÕt tinh t¹o thµnh mèi hµn.

Do ¶nh h−ëng cña t¸c dông nhiÖt nªn cã sù thay ®æi tæ chøc vµ tÝnh chÊt cña vïng mèi

hµn. Quan s¸t tæ chøc kim lo¹i vïng mèi hµn h×nh ch÷ V cã thÓ ph©n biÖt ba vïng

kh¸c nhau: vïng vòng hµn (1), vïng viÒn ch¶y (2) vµ vïng ¶nh h−ëng nhiÖt (3).

1.3.1. Vïng mèi hµn

PhÇn phi kim

ViÒn ch¶y

Trong vïng nµy, kim lo¹i

nãng ch¶y hoµn toµn, thµnh phÇn

bao gåm c¶ kim lo¹i vËt hµn vµ

kim lo¹i bæ sung tõ ngoµi vµo, ë

líp biªn cã h¹t nhá mÞn, líp tiÕp

theo cã h¹t h×nh nh¸nh c©y kÐo dµi

vµ vïng t©m cã h¹t lín vµ cã lÉn

chÊt phi kim (xÜ v.v...).

Vïng KL kÕt tinh

cã ®é h¹t lín

Vïng KL kÕt tinh

cã ®é h¹t nhá

Vïng KL ch¶y

kh«ng hoµn toµn

H.1.1. Vïng kim lo¹i mèi hµn

1.3.2. Vïng viÒn ch¶y

Trong vïng nµy kim lo¹i nãng ch¶y kh«ng hoµn toµn, do sù thÈm thÊu qua l¹i

cña kim lo¹i vïng vòng hµn vµ kim lo¹i vËt hµn nªn vïng nµy cã thµnh phÇn trung

gian gi÷a kim lo¹i vòng hµn vµ kim lo¹i vËt hµn. ChiÒu dµy cña vïng nµy rÊt hÑp.

Vïng chảy

1.3.3. Vïng ¶nh h−ëng nhiÖt

0⁰C

1500

Vïng chảy kh«ng ho n

1

Vïng qu¸ nhiÖt

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

2

1100

800

Vïng th−êng hãa

3

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

Kim lo¹i vËt hµn trong

vïng nµy bÞ nung nãng sau

®ã nguéi cïng mèi hµn. Do

¶nh h−ëng cña nung nãng vµ

lµm nguéi, tæ chøc kim lo¹i

trong vïng nµy thay ®æi, dÉn

®Õn c¬ lý tÝnh thay ®æi theo.

Tuú thuéc vËt liÖu hµn, nhiÖt

®é nung nãng, trong vïng

nµy cã thÓ nhËn ®−îc nhiÒu

tæ chøc kh¸c nhau.

XÐt tr−êng hîp khi hµn thÐp c¸c bon, tæ chøc cña vïng ¶nh h−ëng nhiÖt cã thÓ

chia thµnh n¨m miÒn (tõ líp gi¸p víi viÒn ch¶y) :

a. MiÒn qu¸ nhiÖt 2: s¸t víi viÒn ch¶y, cã nhiÖt ®é trªn 1100⁰C kim lo¹i bÞ qu¸

nhiÖt m¹nh, c¸c h¹t «stenit b¾t ®Çu ph¸t triÓn m¹nh, vïng nµy cã h¹t rÊt lín cã ®é dai

va ch¹m vµ tÝnh dÎo kÐm, ®é bÒn thÊp vµ tÝnh dßn cao lµ miÒn yÕu nhÊt cña vËt hµn.

b. MiÒn th−êng hãa 3: lµ miÒn cã nhiÖt ®é 900⁰÷ 1100⁰C, kim lo¹i cã tæ chøc

cã c¸c h¹t ferit nhá vµ mét sè h¹t peclit, nã cã c¬ tÝnh rÊt cao.

c. MiÒn kÕt tinh l¹i kh«ng hoµn toµn 4: lµ miÒn cã nhiÖt ®é 720⁰÷ 900⁰C cã

tæ chøc h¹t lín cña pherit lÉn víi h¹t «stenit nhá, v× thÕ c¬ tÝnh kh«ng ®Òu.

d. MiÒn kÕt tinh l¹i 5: lµ miÒn cã nhiÖt ®é 500⁰÷ 700⁰C. MiÒn nµy tæ chøc

gièng tæ chøc kim lo¹i vËt hµn, nh−ng ë nhiÖt ®é nµy lµ nhiÖt ®é biÕn mÒm lµm mÊt

hiÖn t−îng biÕn cøng, c¸c sai lÖch m¹ng ®−îc kh¾c phôc, ®é dÎo kim lo¹i phôc håi.

®. MiÒn dßn xanh 6: lµ miÒn cã nhiÖt ®é < 500⁰C tæ chøc kim lo¹i trong vïng

nµy hoµn toµn gièng víi tæ chøc ban ®Çu nh−ng do ¶nh h−ëng nhiÖt nªn tån t¹i øng

suÊt d− nªn khi thö mÉu hµn, miÒn nµy th−êng bÞ ®øt.

Vïng ¶nh h−ëng nhiÖt cã chiÒu réng thay ®æi tuú thuéc rÊt lín vµo chiÒu dµy

vËt hµn, nguån nhiÖt hµn, ®iÒu kiÖn tho¸t nhiÖt khái vïng hµn.

Ch−¬ng 2: Hµn hå quang tay

2.1. Kh¸i niÖm vÒ hå quang hµn

2.1.1. Thùc chÊt cña hå quang hµn

Hµn hå quang lµ ph−¬ng ph¸p hµn nãng ch¶y dïng nhiÖt cña ngän löa hå quang

sinh ra gi÷a c¸c ®iÖn cùc hµn. Hå quang hµn lµ dßng chuyÓn ®éng cña c¸c ®iÖn tö vµ

ion vÒ hai ®iÖn cùc, kÌm theo sù ph¸t nhiÖt lín vµ ph¸t s¸ng m¹nh.

Trong c¸c ®iÒu kiÖn b×nh th−êng, kh«ng khÝ kh«ng dÉn ®iÖn, gi÷a 2 ®iÖn cùc cña

c¸c lo¹i m¸y hµn hå quang cã ®iÖn ¸p kh«ng t¶i nhá thua 80 v«n, v× vËy kh«ng cã sù

phãng ®iÖn gi÷a chóng. §Ó g©y hå quang, ng−êi ta g©y ra hiÖn t−îng ®o¶n m¹ch lóc

®ã mËt ®é dßng ®iÖn t¹i chæ tiÕp xóc cña 2 ®iÖn cùc rÊt lín, theo ®Þnh luËt Jun-lenc th×

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

3

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

Q = 0,24 RI²t, nhiÖt l−îng nµy ®−îc c¸c ®iÖn tö tù do ë mÆt ®Çu catèt hÊp thô. Sau khi

nhËn ®−îc n¨ng l−îng d−íi d¹ng nhiÖt c¸c ®iÖn tö nµy cã thÕ n¨ng lín vµ bøt ra khái

quü ®¹o cña m×nh vµ phãng vÒ anèt, trªn ®−êng ®i chóng sÏ b¾n ph¸ lªn c¸c nguyªn

vµ ph©n tö chÊt khÝ b¶o hoµ ®Ó cho hoÆc lÊy ®i cña chóng mét vµi ®iÖn tö (tuú theo

ho¸ trÞ cña chóng) vµ biÕn chóng thµnh nh÷ng ion. M«i tr−êng ion lµ m«i tr−êng dÉn

®iÖn rÊt tèt cho nªn qu¸ tr×nh g©y hå quang chØ x¶y ra ë giai ®o¹n ban ®Çu. Nh− vËy

hå quang hµn lµ dßng chuyÓn dÞch cña c¸c ion d−¬ng vÒ catèt; ion ©m vµ c¸c ®iÖn tö

vÒ anèt. C¸c h¹t nµy sÏ b¾n ph¸ lªn c¸c vÕt cùc, c¬ n¨ng sÏ biÕn thµnh nhiÖt n¨ng ®Ó

lµm nãng ch¶y hoÆc hao mßn c¸c ®iÖn cùc.

Qu¸ tr×nh g©y hå quang khi hµn x¶y ra ba giai ®o¹n:

-

+

H.2.1. Qu¸ tr×nh g©y hå quang khi hµn

a. Giai ®o¹n ch¹m m¹ch ng¾n (a): cho hai ®iÖn cùc ch¹m vµo nhau, do diÖn

tÝch tiÕt diÖn ngang cña m¹ch ®iÖn bÐ vµ ®iÖn trë vïng tiÕp xóc gi÷a c¸c ®iÖn cùc lín

v× vËy trong m¹ch xuÊt hiÖn mét dßng ®iÖn c−êng ®é lín, hai mÐp ®iÖn cùc bÞ nung

nãng m¹nh.

b. Giai ®o¹n ion ho¸ (b): Khi n©ng mét ®iÖn cùc lªn khái ®iÖn cùc thø hai mét

kho¶ng tõ 2÷5 mm. C¸c ®iÖn tö bøt ra khá quü ®¹o cña m×nh vµ chuyÓn ®éng nhanh

vÒ phÝa an«t (cùc d−¬ng), trªn ®−êng chuyÓn ®éng chóng va ch¹m vµo c¸c ph©n tö khÝ

trung hoµ lµm chóng bÞ ion hãa. Sù ion ho¸ c¸c ph©n tö khÝ kÌm theo sù ph¸t nhiÖt lín

vµ ph¸t s¸ng m¹nh.

c. Giai ®o¹n hå quang ch¸y æn ®Þnh (c): Khi møc ®é ion ho¸ ®¹t tíi møc b·o

hßa, cét hå quang ngõng ph¸t triÓn, nÕu gi÷ cho kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÖn cùc kh«ng

®æi, cét hå quang ®−îc duy tr× ë møc æn ®Þnh.

Khi hµn, ®iÖn ¸p cÇn thiÕt ®Ó g©y hå quang kho¶ng tõ 35÷55 V ®èi víi dßng

®iÖn mét chiÒu, tõ 55÷80 V ®èi víi dßng ®iÖn xoay chiÒu. §iÖn ¸p ®Ó duy tr× hå

quang ch¸y æn ®Þnh kho¶ng 16÷35 V khi dïng dßng ®iÖn mét chiÒu vµ tõ 25÷45 V

khi dïng dßng ®iÖn xoay chiÒu.

2.1.2. Sù ch¸y cña hå quang

Sù ch¸y cña hå quang phô thuéc vµo: ®iÖn thÕ gi÷a 2 ®iÖn cùc khi m¸y ch−a lµm

viÖc, c−êng ®é dßng ®iÖn vµ kho¶ng c¸ch gi÷a chóng. Quan hÖ gi÷a ®iÖn thÕ víi

c−êng ®é dßng ®iÖn gäi lµ ®−êng ®Æc tÝnh tÜnh cña hå quang.

Khi hå quang ch¸y æn ®Þnh, nhiÖt ®é trong cét hå quang ®¹t tíi 6000^oC, ë ca-tèt

kho¶ng 2400^oC vµ ë a-nèt kho¶ng 2600^oC.

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

4

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

§Æc tÝnh tÜnh V-A cña hå quang hµn

U_hq(V)

cã ba vïng ®Æc tr−ng: vïng ®iÖn ¸p gi¶m (I),

vïng ®iÖn ¸p kh«ng ®æi (II), vµ vïng ®iÖn ¸p

t¨ng (III). §iÖn ¸p kh«ng ®æi cña cét hå

quang cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

U_hq= a + b. L_hq

U_h

III

I

II

I_hq(A)

Trong ®ã: a - lµ tæng ®iÖn thÕ r¬i trªn 2

cùc, ®èi víi que hµn nãng ch¶y a = 15÷20 v;

víi que hµn kh«ng nãng ch¶y a = 30÷35 V

H.2.2. §−êng ®Æc tÝnh tÜnh

cña hå quang hµn

b - ®iÖn thÕ r¬i trªn 1 ®¬n vÞ chiÒu dµi hå quang lÊy b = 15,7 v/cm. L_hq- lµ chiÒu

dµi cét hå quang.

2.1.2. T¸c dông cña ®iÖn tr−êng ®èi víi hå quang hµn

Cét hå quang cã thÓ xem nh− lµ mét d©y dÉn mÒm vµ d−íi t¸c dông cña ®iÖn

tr−êng cét hå quang còng bÞ chuyÓn dÞch, h×nh d¸ng bÞ thay ®æi.

Khi hµn, lùc ®iÖn tr−êng t¸c dông lªn hå quang gåm cã lùc ®iÖn tr−êng tÜnh cña

m¹ch hµn vµ lùc ®iÖn tr−êng sinh ra bëi s¾t tõ lµm hå quang bÞ lÖch ®i rÊt nhiÒu do ®ã

lµm ¶nh h−ëng xÊu ®Õn qu¸ tr×nh hµn.

§èi víi dßng xoay chiÒu do cùc thay ®æi, do ®ã chiÒu cña ®iÖn tr−êng còng thay

®æi theo vµ hiÖn t−îng lÖch hå quang kh«ng ®¸ng kÓ. Chóng ta chØ quan t©m ®Õn ¶nh

h−ëng cña dßng mét chiÒu ®Õn hå quang hµn.

a. ¶nh h−ëng cña ®iÖn tr−êng tÜnh

§iÖn tr−êng tÜnh ph¸t sinh khi cã dßng ®iÖn ch¹y qua d©y dÉn, que hµn vµ cét

hå quang. Chóng lµm cho hå quang bÞ thæi lÖch ®i ph¸ ho¹i qu¸ tr×nh hµn b×nh

th−êng. Cã 3 tr−êng hîp cã thÓ x¶y ra khi nèi m¹ch hµn:

-

+

c/

a/

b/

H.2.3. ¶nh h−ëng cña ®iÖn tr−êng tÜnh ®Õn hå quang hµn

- Hå quang bÞ lÖch do t¸c dông cña ®iÖn tr−êng kh«ng ®èi xøng (a): tõ phÝa

dßng ®iÖn ®i vµo mËt ®é ®−êng søc dµy h¬n, thÕ ®iÖn tr−êng m¹nh h¬n. Do ®ã hå

quang bÞ x« ®Èy vÒ phÝa ®iÖn tr−êng yÕu h¬n.

- §iÖn tr−êng ®èi xøng xung quanh hå quang (b): hå quang c©n b»ng kh«ng

bÞ thæi lÖch.

- §é nghiªng cña que hµn (c): Chän gãc nghiªng que hµn thÝch hîp cã thÓ thay

®æi tÝnh chÊt ph©n bè ®−êng søc vµ cã thÓ t¹o ra ddiÖn tr−êng ®ång ®Òu kh¾c phôc

®−îc hiÖn t−îng thæi lÖch hå quang.

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

5

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

b. ¶nh h−ëng cña s¾t tõ

VËt liÖu s¾t tõ ®Æt gÇn hå quang th× t¨ng ®é tõ

thÈm lªn hµng ngµn lÇn so víi kh«ng khÝ. Tõ th«ng

®i qua s¾t tõ cã ®é trë kh¸ng nhá sÏ lµm cho hå

quang bÞ thæi lÖch vÒ h−íng ®ã.

V× vËy khi hµn gãc, hµn ®Õn ®o¹n cuèi cÇn

chó ý ®Õn vÞ trÝ cña que hµn cho phï hîp.

H.2.4. ¶nh h−ëng cña

s¾t tõ ®Õn hå quang

2.1.3. T¸c dông nhiÖt cña hå quang

a. NhiÖt vµ nhiÖt ®é cña hå quang hµn

Hå quang hµn lµ mét nguåi nhiÖt tËp trung rÊt lín, ®iÖn n¨ng ®· biÕn thµnh nhiÖt

n¨ng. N¨ng l−îng nµy ph¸t ra tõ cùc d−¬ng, cùc ©m vµ trong cét hå quang dïng ®Ó

nung nãng ch¶y que hµn, vËt hµn ë gÇn cét hå quang. NhiÖt ®é ë vïng cùc d−¬ng, cùc

©m xÊp xØ b»ng nhiÖt ®é s«i vµ nhiÖt ®é bèc h¬i cña vËt liÖu ®iÖn cùc.

NhiÖt ®é cao nhÊt lµ ë trung t©m cét hå quang do sù ion ho¸ c¸c chÊt khÝ; cßn

nhiÖt ®é ë c¸c vÕt cùc lµ do sù b¾n ph¸ cña c¸c ®iÖn tö vµ ion t¹o nªn, cßn ë vïng l©n

cËn nhiÖt ®é thÊp h¬n vµ kim lo¹i bÞ qu¸ nhiÖt. NhiÖt do hå quang sinh ra sÏ ph©n bè

qua m«i tr−êng, vËt hµn, que hµn, kim lo¹i mèi hµn.

b. Qu¸ tr×nh chuyÓn dÞch kim lo¹i láng tõ que hµn vµo vòng hµn

Kim lo¹i tõ que hµn vµo vòng hµn ë d¹ng nh÷ng giät nhá cã kÝch th−íc kh¸c nhau.

Khi hµn, ë bÊt cø vÞ trÝ nµo trong kh«ng gian kim lo¹i láng bao giê còng chuyÓn tõ

que hµn vµo vòng hµn nhê c¸c lùc sau ®©y:

- Träng lùc cña giät kim lo¹i láng: lùc nµy cã kh¶ n¨ng chuyÓn dÞch kim lo¹i

láng vµo vòng hµn khi hµn sÊp vµ cã t¸c dông ng−îc l¹i khi hµn trÇn.

- Søc c¨ng bÒ mÆt: lùc nµy sinh ra do t¸c

dông cña lùc ph©n tö. Lùc ph©n tö lu«n lu«n cã

khuyªnh h−íng t¹o cho bÒ mÆt chÊt láng mét n¨ng

l−îng nhá nhÊt, nªn c¸c giät kim lo¹i cã d¹ng h×nh

cÇu. Nh÷ng giät nµy chØ mÊt ®i khi r¬i vµo vòng hµn

vµ bÞ søc c¨ng bÒ mÆt cña vòng hµn kÐo vµo thµnh

d¹ng chung cña vòng hµn.

Søc c¨ng bÒ mÆt gi÷ cho kim lo¹i láng cña vòng hµn khi hµn trÇn kh«ng bÞ r¬i vµ

®Ó h×nh thµnh mèi hµn.

- C−êng ®é ®iÖn tr−êng: dßng ®iÖn ®i qua que

hµn sinh ra xung quanh nã mét ®iÖn tr−êng Ðp lªn

que hµn, lùc nµy c¾t kim lo¹i láng ë ®Çu que hµn

thµnh nh÷ng giät. Do søc c¨ng bÒ mÆt vµ c−êng ®é

P

+

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

6

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

®iÖn tr−êng, ë ranh giíi nãng ch¶y cña que hµn bÞ

th¾t l¹i, tiÕt diÖn ngang gi¶m xuèng, mËt ®é dßng

®iÖn t¨ng lªn. MÆt kh¸c ë ®©y ®iÖn trë cao nªn nhiÖt

sinh ra kh¸ lín vµ kim lo¹i láng ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i

s«i t¹o ¸p lùc ®Èy giät kim lo¹i ch¹y vµo vòng hµn.

MËt ®é dßng ®iÖn gi¶m dÇn tõ que hµn ®Õn vËt hµn,

nªn kh«ng bao giê cã hiÖn t−îng kim lo¹i láng

chuyÓn dÞch tõ vËt hµn vµo que hµn ®−îc.

- ¸p lùc trong: kim lo¹i ë ®Çu mót que hµn bÞ qu¸ nhiÖt rÊt lín, nhiÒu ph¶n øng

ho¸ häc x¶y ra ë ®ã vµ sinh ra c¸c chÊt khÝ. ë nhiÖt ®é cao thÓ tÝch cña cac chÊt khÝ

t¨ng lªn kh¸ lín vµ g©y nªn mét ¸p lùc m¹nh ®Èy c¸c giät kim lo¹i láng t¸ch khái que

hµn. VÝ dô khi cã ph¶n øng hoµn nguyªn «xyt s¾t sÏ t¹o ra khÝ «xyt c¸cbon (CO).

2.2. Ph©n lo¹i hµn hå quang tay

2.2.1. Ph©n lo¹i theo dßng ®iÖn hµn

a/ Hµn b»ng dßng ®iÖn xoay chiÒu

Hµn b»ng dßng ®iÖn cho ta mèi hµn cã chÊt l−îng kh«ng cao, khã g©y hå quang

vµ khã hµn song thiÕt bÞ hµn dßng xoay chiÒu ®¬n gi¶n vµ rÎ tiÒn nªn trªn thùc tÕ hiÖn

cã kho¶ng 80% lµ m¸y hµn xoay chiÒu.

b/ Hµn b»ng dßng ®iÖn mét chiÒu

Hµn b»ng dßng ®iÖn mét chiÒu tuy m¸y hµn ®¾t tiÒn nh−ng dÓ g©y hå quang, dÓ

hµn vµ chÊt l−îng mèi hµn cao. Hµn b»ng dßng ®iÖn mét chiÒu cã 2 c¸ch nèi d©y:

- Nèi thuËn: lµ nèi que hµn víi cùc ©m cña nguån ®iÖn, cßn vËt hµn nèi víi cùc

d−¬ng cña nguån. Do nhiÖt ®é ë vËt hµn lín nªn dïng ®Ó hµn thÐp cã chiÒu dµy lín.

Khi dïng ®iÖn cùc kh«ng nãng ch¶y th× nªn dïng c¸ch nèi nµy ®Ó ®iÖn cùc ®ì bÞ mßn.

- Nèi nghÞch: que hµn nèi víi cùc d−¬ng, vËt hµn nèi víi cùc ©m cña nguån

®iÖn. C¸ch nµy th−êng dïng khi hµn vËt máng, kim lo¹i mµu hoÆc gang b»ng que hµn

thÐp.

2.2.2. Ph©n lo¹i theo ®iÖn cùc

a. §iÖn cùc hµn kh«ng nãng ch¶y

§iÖn cùc hµn kh«ng nãng ch¶y ®−îc chÕ t¹o tõ c¸c vËt liÖu cã kh¶

n¨ng chÞu nhiÖt cao nh− grafit, vonfram. §−êng kÝnh que hµn d_q= 1÷5

mm ®èi víi que hµn vonfram vµ d_q= 6÷12 mm ®èi víi que hµn grafit,

chiÒu dµi que hµn th−êng lµ 250 mm, ®Çu v¸t c«n.

Que hµn kh«ng nãng ch¶y cho hå quang hµn æn ®Þnh, ®Ó bæ sung kim lo¹i cho

mèi hµn ph¶i sö dông thªm que hµn phô.

b. §iÖn cùc hµn nãng ch¶y

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

7

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

§iÖn cùc hµn nãng ch¶y (que hµn) ®−îc chÕ t¹o tõ kim lo¹i hoÆc hîp kim cã

thµnh phÇn gÇn víi thµnh phÇn kim lo¹i vËt hµn.

Lâi que hµn cã ®−êng kÝnh theo lý thuyÕt d_q= 6÷12 mm. Trong thùc tÕ th−êng

dïng d_q= 1÷6 mm. ChiÒu dµi cña que hµn L = 250÷450 mm; chiÒu dµi phÇn kÑp l₁=

±

5

30 mm; l₂< 15mm; l₃= 1÷2 mm.

2

1

Que hµn nãng ch¶y

1- lâi kim lo¹i

2- thuèc bäc

l₃

l₁

l₂

L

H.2.6. KÕt cÊu cña que hµn ®iÖn

Líp thuèc bäc ®−îc chÕ t¹o tõ hçn hîp gåm nhiÒu lo¹i vËt liÖu dïng ë d¹ng bét,

sau ®ã trén ®Òu víi chÊt dÝnh vµ bäc ngoµi lâi cã chiÒu dµy tõ 1-2 mm. T¸c dông cña

líp thuèc bäc que hµn:

• T¨ng kh¶ n¨ng ion hãa ®Ó dÔ g©y hå quang vµ duy tr× hå quang ch¸y æn ®Þnh.

Th«ng th−êng ng−êi ta ®−a vµo c¸c hîp chÊt cña kim lo¹i kiÒm.

• B¶o vÖ ®−îc mèi hµn, tr¸nh sù «xy ho¸ hoµ tan khÝ tõ m«i tr−êng.

• T¹o xØ láng vµ ®Òu, che phñ kim lo¹i tèt ®Ó gi¶m tèc ®é nguéi cña mèi hµn tr¸nh

nøt.

• Khö «xy trong qu¸ tr×nh hµn. Ng−êi ta ®−a vµo trong thÇnh phÇn thuèc bäc c¸c

lo¹i phe-r« hîp kim hoÆc kim lo¹i s¹ch cã ¸i lùc m¹nh víi «xy cã kh¶ n¨ng t¹o

«xyt dÔ t¸ch khái kim lo¹i láng.

2.2.3. Ph©n lo¹i theo c¸ch ®Êu d©y c¸c ®iÖn cùc khi hµn

a- ®Êu d©y trùc tiÕp

b- ®Êu d©y gi¸n tiÕp

c- ®Êu d©y 3 pha

H.2.7. C¸c c¸ch ®Êu d©y ®iÖn cùc hµn

2.3. Nguån ®iÖn vµ m¸y hµn

2.3.1. Yªu cÇu chung ®èi víi nguån ®iÖn vµ m¸y hµn

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

8

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

Nguån ®iÖn hµn trong hµn hå quang tay cã thÓ lµ nguån ®iÖn xoay chiÒu hoÆc

mét chiÒu. Nh×n chung nguån ®iÖn hµn vµ m¸y hµn ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu chung

sau:

• §iÖn ¸p kh«ng t¶i ph¶i H_h< U₀< 80 v.

u (V)

- §èi víi m¸y hµn xoay chiÒu:

1

U₀= 55÷80 V, H_h= 30÷55 V.

- §èi víi m¸y hµn mét chiÒu:

U₀= 25÷45 V, H_h= 16÷35 V.

• §−êng ®Æc tÝnh ®éng V-A cña

m¸y hµn ph¶i lµ ®−êng dèc liªn tôc.

• Cã kh¶ n¨ng chÞu qu¸ t¶i khi ng¾n

m¹ch I_®= (1,3÷1,4)I_h.

A

2

B

I (A)

H.2.8.1- ®−êng ®Æc tÝnh tÜnh cña hå quang

2- ®−êng ®Æc tÝnh ®éng cña m¸y hµn

• Cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn hµn trong ph¹m vi réng.

• M¸y hµn ph¶i cã khèi l−îng nhá, hÖ sè h÷u Ých lín, gi¸ thµnh rÎ, dÔ sö dông vµ dÔ

söa ch÷a.

2.3.2. M¸y hµn hå quang ®iÖn xoay chiÒu

M¸y hµn hå quang dïng dßng ®iÖn xoay chiÒu ®−îc sö dông réng r·i trong hµn

hå quang tay v× chóng cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n, gi¸ thµnh chÕ t¹o thÊp, dÔ vËn hµnh vµ söa

ch÷a. Tuy nhiªn chÊt l−îng mèi hµn kh«ng cao v× hå quang ch¸y kh«ng æn ®Þnh so

víi hå quang dïng dßng ®iÖn mét chiÒu.

M¸y hµn mét chiÒu cã nhiÒu lo¹i, mçi lo¹i cã tÝnh n¨ng vµ nh÷ng ®Æc ®iÓm

riªng, sau ®©y giíi thiÖu mét sè m¸y hµn xoay chiÒu ®−îc sö dông nhiÒu nhÊt trong

thùc tÕ c«ng nghiÖp.

a. M¸y biÕn ¸p hµn xoay chiÒu:

Lo¹i m¸y hµn nµy ®iÒu chØnh c−êng ®é dßng ®iÖn hµn b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn

¸p hµn nhê vµo sù thay ®æi sè vßng d©y cña cuén thø cÊp. M¸y hµn lo¹i nµy ®¬n gi¶n,

dÓ chÕ t¹o, gi¸ thµnh rÎ tuy nhiªn chØ thay ®æi dßng vµi ®−îc mét vµi cÊp gäi lµ ®iÒu

chØnh th«.

P = U.I = U₁.I₁= U₂.I₂

Φ

A

u₁

u₂

u_h

W₂

W₁

H.2.9. S¬ ®å nguyªn lý cña m¸y biÕn ¸p hµn xoay chiÒu

b. M¸y hµn xoay chiÒu víi lâi tõ di ®éng

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

9

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

Lo¹i m¸y hµn nµy cã thÓ ®iÒu chØnh tinh c−êng ®é hµn (I_h) b»ng c¸ch thay ®æi

tõ th«ng mãc vßng vµo cuén W₂nhê vµo sù thay ®æi vÞ trÝ cña lâi tõ trong khung tõ.

Φ₁= Φ_r+ Φ₂

Φ_rΦ₂

B

Φ₁

A

u₂

u₁

u_h

W₂

W₁

H.2.10. S¬ ®å nguyªn lý cña m¸y hµn xoay chiÒu víi lâi tõ di ®éng

c. M¸y hµn tæ hîp

M¸y hµn tæ hîp lµ lo¹i m¸y th«ng dông nhÊt hiÖn nay v× cã thÓ ®iÒu chØnh I_h

b»ng tæ hîp võa th« võa tinh cña 2 ph−¬ng ph¸p trªn ®−îc tr×nh bµy nh− h×nh vÏ sau:

Φ₂

Φ_r

B

Φ₁

A

u₁

u₂

u_h

W₂

W₁

H.2.11. S¬ ®å nguyªn lý cña m¸y hµn xoay chiÒu tæ hîp

M¸y hµn kiÓu nµy cã mét lâi tõ di ®éng (A) n»m trong g«ng tõ (B) cña m¸y biÕn

¸p. Khi lâi tõ (A) n»m hoµn toµn trong mÆt ph¼ng cña g«ng tõ (B) th× tõ th«ng do

cuén s¬ cÊp sinh ra cã mét phÇn rÏ nh¸nh qua lâi tõ lµm cho tõ th«ng ®i qua cuén thø

cÊp gi¶m, do ®ã ®iÖn ¸p trªn cuén thø cÊp (u₂) i¶m. Khi di ®éng lâi tõ (A) ra ngoµi

(theo ph−¬ng vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng cña g«ng tõ B), khe hë gi÷a lâi tõ vµ g«ng tõ

t¨ng, tõ th«ng rÏ nh¸nh gi¶m lµm cho tõ th«ng qua cuén thø cÊp t¨ng vµ ®iÖn ¸p trªn

cuén thø cÊp t¨ng. M¸y hµn nµy cã thÓ ®iÒu chØnh c−êng ®é dßng ®iÖn hµn b»ng 2

c¸ch:

• Thay ®æi ®iÖn ¸p cña m¹ch thø cÊp b»ng c¸ch thay ®æi sè vßng d©y W₂. C¸ch nµy

chØ thay ®æi ®−îc c−êng ®é dßng ®iÖn hµn ph©n cÊp.

• Thay ®æi vÞ trÝ lâi tõ trong khung tõ cã thÓ ®iÒu chØnh dßng ®iÖn hµn v« cÊp.

2.3.3. M¸y hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu

a/ M¸y ph¸t hµn hå quang

H×nh sau tr×nh bµy s¬ ®å nguyªn lý cña mét m¸y hµn mét chiÒu dïng m¸y ph¸t

cã cuén kÝch tõ riªng vµ cuén khö tõ m¾c nèi tiÕp.

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

10

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

M¸y hµn gåm m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu (M) cã cuén d©y kÝch tõ riªng (2) ®−îc

cÊp ®iÖn riªng tõ nguån ®iÖn xoay chiÒu qua bé chØnh l−u (1). Trªn m¹ch ra cña m¸y

ph¸t ®Æt cuén khö tõ (3).

Ng−êi ta bè trÝ sao cho tõ th«ng (φ_c) sinh ra trªn cuén khö tõ lu«n lu«n ng−îc

h−íng víi tõ th«ng (φ_kt) sinh ra trong cuén kÝch tõ. ë chÕ ®é kh«ng t¶i, dßng ®iÖn hµn

I_h= 0 nªn tõ th«ng φ_c= 0, m¸y ph¸t ®−îc kÝch tõ bëi tõ th«ng (φ_kt) do cuén d©y kÝch

tõ (2) sinh ra:

W

1

φ_kt= I_kt.

2

φ_kt

R_k

Trong ®ã I_ktlµ dßng ®iÖn kÝch tõ, W

vµ R_klµ sè vßng d©y vµ tõ trë cña cuén

kÝch tõ. Khi ®ã ®iÖn ¸p kh«ng t¶i x¸c ®Þnh

theo c«ng thøc:

M

æn ¸p

3

φ_c

u_kt= C.φ_kt

ë chÕ ®é lµm viÖc, dßng ®iÖn hµn I_h≠

0 nªn tõ th«ng φ_c≠ 0, m¸y ph¸t ®−îc kÝch

K

tõ bëi tõ th«ng tæng hîp (φ) do cuén d©y

kÝch tõ (2) vµ cuén khö tõ (3) sinh ra:

φ = φ_kt−φ_c

H.2.12. M¸y ph¸t hµn hå quang

Søc ®iÖn ®éng sinh ra trong phÇn c¶m cña m¸y phô thuéc vµo tõ th«ng kÝch tõ:

E = C.φ = C.(φ_kt− φ_c) .

Trong ®ã C lµ hÖ sè phô thuéc vµo m¸y.

b/ M¸y hµn dïng dßng ®iÖn chØnh l−u

M¸y hµn dïng dßng ®iÖn chØnh l−u cã hai bé phËn chÝnh: BiÕn ¸p hµn (1) vµ bé

chØnh l−u (2), bé biÕn trë R (3) dïng ®Ó ®iÒu chØnh c−êng ®é dßng ®iÖn hµn.

1

2

3

I_h(A)

R

U_h

t(s)

0

2π

a/

I_h(A)

R

0

2π

b/

H.2.13. a/ S¬ ®å nguyªn lý m¸y hµn chØnh l−u ba pha

b/ S¬ ®å nguyªn lý m¸y hµn chØnh l−u mét pha

M¸y hµn dïng dßng ®iÖn chØnh l−u cã hå quang ch¸y æn ®Þnh h¬n m¸y hµn xoay

chiÒu, ph¹m vi ®iÒu chØnh dßng ®iÖn hµn réng, hÖ sè c«ng suÊt h÷u Ých cao, c«ng suÊt

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

11

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

kh«ng t¶i nhá, kÕt cÊu ®¬n gi¶n h¬n. Nh−îc ®iÓm cña m¸y hµn chØnh l−u lµ c«ng suÊt

bÞ h¹n chÕ, c¸c ®i-«t dÔ bÞ háng khi ng¾n m¹ch l©u vµ dßng ®iÖn hµn phô thuéc lín

vµo ®iÖn ¸p nguån.

Ngoµi ra cßn mét sè lo¹i m¸y hµn mét chiÒu: m¸y ph¸t hµn mét chiÒu Diezen,

m¸y ph¸t hµn mét chiÒu ®éng c¬ ®iÖn v.v...

2.4. C«ng nghÖ hµn hå quang tay

60-120⁰

2.4.1. VÞ trÝ, ph©n lo¹i vµ chuÈn bÞ mÐp hµn

II

120-180⁰

III

0-60

⁰

I

a/ VÞ trÝ mèi hµn trong kh«ng gian

C«ng nghÖ hµn hå quang tay phô thuéc rÊt

lín vµo vÞ trÝ mèi hµn trong kh«ng gian vµ kÕt

cÊu mèi hµn. Theo vÞ trÝ mèi hµn trong kh«ng

gian, ng−êi ta ph©n ra c¸c d¹ng hµn sau: Hµn

sÊp, hµn ngang, hµn ®øng vµ hµn ngöa.

H.2.14. VÞ trÝ mèi hµn trong kh«ng gian

I- VÞ trÝ hµn sÊp; II- VÞ trÝ hµn ®øng; III-

VÞ trÝ hµn trÇn

• Hµn sÊp: mÆt ph¼ng hµn t¹o víi mÆt ph¼ng ngang mét gãc tõ 0÷60^o.

• Hµn ngang: ph−¬ng hµn song song víi mÆt ph¼ng ngang vµ n»m trong mÆt ph¼ng

hµn t¹o víi mÆt ph¼ng ngang mét gãc tõ 60÷120^o.

• Hµn ®øng: mÆt ph¼ng hµn t¹o víi mÆt ph¼ng ngang mét gãc tõ 60÷120^otrõ

ph−¬ng song song víi mÆt ph¼ng ngang.

• Hµn trÇn: mÆt ph¼ng hµn t¹o víi mÆt ph¼ng ngang mét gãc tõ 120÷180^o.

b/ C¸c lo¹i mèi hµn

- Mèi hµn gi¸p mèi (a): cã thÓ kh«ng cÇn v¸t mÐp khi

s ≤ 4 mm vµ v¸t mÐp khi s > 4 mm.

a/

- Mèi hµn gÊp mÐp (b): dïng khi s ≤ 2 mm.

- Mèi hµn chång (c): dïng khi söa chöa c¸c kÕt cÊu

hµn.

b/

c/

- Mèi hµn cã tÊm ®Öm (d): dïng khi söa chöa c¸c kÕt

d/

cÊu hµn.

- Mèi hµn gãc (®): cã thÓ v¸t mÐp hoÆc kh«ng v¸t

e/

®/

g/

mÐp.

- Mèi hµn ch÷ T (e): dïng trong c¸c kÕt cÊu chÞu uèn.

- Mèi hµn mÆt ®Çu (g): dïng khi l¾p ghÐp 2 tÊm cã bÒ

mÆt tiÕp xóc nhau.

h/

- Mèi hµn viÒn mÐp (h): dïng trong tr−êng hîp chi tiÕt

hµn kh«ng cho phÐp t¨ng kÝch th−íc.

- Mèi hµn kiÓu chèt (i): khoan lç lªn 2 chi tiÕt chång

lªn nhau, sau ®ã hµn theo tõng lç mét.

i/

H.2.15. C¸c lo¹i mèi hµn

c/ ChuÈn bÞ mÐp hµn

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

12

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

ChÊt l−îng mèi hµn phô thuéc rÊt lín vµo viÖc lµm s¹ch vµ chuÈn bÞ mÐp hµn.

Tuú thuéc kiÓu mèi hµn, chiÒu dµy vËt hµn... cã thÓ tiÕn hµnh chuÈn bÞ mÐp hµn trªn

m¸y bµo hay b»ng má c¾t khÝ theo c¸c c¸ch sau:

KiÓu chuÈn bÞ mÐp

D¹ng v¸t mÐp mèi hµn

KÝch th−íc

a

S = 5 ÷ 8

a = 1 ÷ 2

Kh«ng v¸t mÐp

S

S = 1 ÷ 3

a = 0 ÷ 1

b = S + 2

S = 4 ÷ 26

a = 2 ± 2

b = 2 ± 1

α = 60⁰±5⁰

GÊp mÐp

a

b

S

V¸t mÐp ch÷ V vµ nöa

ch÷ V

α

a

α/2

a

S = 20 ÷ 60

a = 2 ± 2

b = 2 ± 1

R = 5±1

V¸t mÐp ch÷ U vµ nöa

ch÷ U

R

a

H.2.16. C¸c kiÓu chuÈn bÞ mÐp hµn

2.4.2. ChÕ ®é hµn hå quang tay

a/ §−êng kÝnh que hµn

§−êng kÝnh que hµn phô thuéc vµo vËt liÖu hµn, chiÒu dµy vËt hµn, vÞ trÝ mèi hµn

trong kh«ng gian, kiÓu mèi hµn... ®Ó chän cã thÓ tra theo sæ tay c«ng nghÖ hµn hoÆc

x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc kinh nghiÖm.

§èi víi hµn thÐp, ®−êng kÝnh que hµn ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:

S

- Hµn gi¸p mèi:

d_q= +1

[mm]

2

K

- Hµn gãc, hµn ch÷ T:

d_q= + 2 [mm]

2

Trong ®ã S lµ chiÒu dµy vËt hµn, K lµ c¹nh cña mèi hµn.

K

b/ C−êng ®é dßng ®iÖn hµn (I_h)

C−êng ®é dßng ®iÖn hµn chän phô thuéc vµo vËt liÖu hµn, ®−êng kÝnh que hµn,

vÞ trÝ mèi hµn trong kh«ng gian, kiÓu mèi hµn...cã thÓ tra theo sæ tay c«ng nghÖ hoÆc

x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc kinh nghiÖm sau ®èi víi khi hµn sÊp:

I_h= (β + αd_q)d_q

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

13

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

Trong ®ã: α vµ β lµ c¸c hÖ sè phô thuéc vµo vËt liÖu vËt hµn, ®èi víi thÐp α = 6;

β = 20; d_q- ®−êng kÝnh que hµn lÊy theo mm.

Chó ý: - Khi chiÒu dµy chi tiÕt S > 3d_qth× nªn t¨ng c−êng ®é dßng ®iÖn kho¶ng

15% cßn S < 1,5d_qth× nªn gi¶m 15% so víi trÞ sè tÝnh to¸n.

- C−êng ®é dßng ®iÖn hµn khi hµn ®øng nªn gi¶m 10÷15% vµ khi hµn trÇn nªn

gi¶m 15÷20% so víi hµn sÊp.

c/ §iÖn ¸p hµn: ®iÖn ¸p hµn th−êng Ýt thay ®æi khi hµn hå quang tay.

d/ Sè l−ît cÇn ph¶i hµn

§Ó hoµn thµnh mét mèi hµn cã thÓ tiÕn hµnh trong mét lÇn hµn hoÆc mét sè lÇn

hµn. Khi tiÕt diÖn mèi hµn lín, th−êng tiÕn hµnh qua mét sè lÇn hµn.

Sè l−ît hµn cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc sau:

F_d− F₀

n =

+1

F_n

Trong ®ã F_d- lµ diÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña kim lo¹i ®¾p.

F₀- diÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña ®−êng hµn ®Çu tiªn:

F₀= (6 ÷ 8)d_q(mm²).

F_n- diÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña nh÷ng ®−êng hµn tiÕp theo:

F_n= (8 ÷ 12)d_q(mm²).

e/ Tèc ®é hµn (V_h): Tèc ®é hµn ®−îc x¸c ®Þnh bëi chiÒu dµi mèi hµn trong mét

®¬n vÞ thêi gian.

L

t

V_h=

[cm/s]

L - ChiÒu dµi mèi hµn (cm).

Tèc ®é hµn phô thuéc vµo c−êng ®é dßng ®iÖn hµn vµ tiÕt diÖn mèi hµn, cã thÓ

tÝnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm sau:

α_d.I_h

3600⋅γ ⋅F_d

V_h=

[cm/s]

Trong ®ã: α_dlµ hÖ sè ®¾p, α_d= 7 ÷ 11 [g/A.h]

γ - khèi l−îng riªng kim lo¹i que hµn [g/cm³]

I_h- c−êng ®é dßng ®iÖn hµn [A]

F_d- tiÕt diÖn ®¾p cña mèi hµn [cm²]

f/ Thêi gian hµn

Thêi gian hµn bao gåm thêi gian m¸y (thêi gian hå quang ch¸y) vµ thêi gian

t_h= t_m+ t_p.

phô:

t_m

G_d= α_d.I_d.

3600

MÆt kh¸c G_®= F_®L.γ cho nªn:

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

14

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

F_d. L

t_m= 3600.γ .

(s).

α_d.I_h

Thêi gian phô tÝnh to¸n rÊt khã kh¨n v× vËy khi tÝnh to¸n dùa vµo hÖ sè ®iÒu

chØnh K nh− sau:

t_m

K

t_h=

- Nõu tæ chøc s¶n xuÊt kh¸ th× lÊy K = 0,5÷0,6.

- Nõu tæ chøc s¶n xuÊt trung b×nh th× lÊy K = 0,3÷0,4.

- NÕu tæ chøc s¶n xuÊt kÐm th× lÊy K < 0,3.

2.4.3. Thao t¸c hµn

Khi hµn hå quang tay, gãc nghiªng que hµn so víi mÆt vËt hµn th−êng tõ

75÷85^o, que hµn ®−îc dÞch chuyÓn däc trôc ®Ó duy tr× chiÒu dµi cét hå quang, ®ång

thêi chuyÓn ®éng ngang mèi hµn ®Ó t¹o bÒ réng mèi hµn vµ chuyÓn ®éng däc ®−êng

hµn theo tèc ®é hµn cÇn thiÕt.

Khi hµn sÊp, nÕu mèi hµn cã bÒ réng bÐ, que hµn ®−îc dÞch chuyÓn däc ®−êng

hµn, kh«ng cã chuyÓn ®éng ngang. Khi mèi hµn cã bÒ réng lín, chuyÓn dÞch que hµn

cã thÓ thùc hiÖn theo nhiÒu c¸ch ®Ó ®¶m b¶o chiÒu réng mèi hµn B = (3÷5).d_q. Th«ng

th−êng chuyÓn ®éng que hµn theo ®−êng dÝch d¾c (1, 2, 3). Khi hµn c¸c mèi hµn gãc,

ch÷ T nÕu cÇn nung nãng phÇn gi÷a nhiÒu th× dÞch chuyÓn que hµn theo s¬ ®å (4) vµ

khi cÇn nung nãng nhiÒu hai bªn mÐp hµn nh− theo s¬ ®å (5).

5

4

3

2

1

H.2.17. C¸c ph−¬ng ph¸p chuyÓn ®éng que hµn

Ph−¬ng ph¸p hoµn thµnh mèi hµn phô thuéc vµo chiÒu dµy vµ chiÒu dµi cña chi

tiÕt hµn :

L < 250

L = 250

÷

1000

L > 1000

H.2.18. C¸c ph−¬ng ph¸p hoµn thµnh mèi hµn

2.5.4. Hµn c¸c vÞ trÝ kh¸c hµn sÊp

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

15

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

a/ hµn ®øng (H.2.15a)

Hµn ®øng rÊt phøc t¹p vµ khã kh¨n v× kim lo¹i láng dÓ ch¶y ra khái vòng hµn, cã

thÓ hµn tõ trªn xuèng hoÆc d−íi lªn. Khi hµn ph¶i nghiªng que hµn mét gãc: α =

10÷15⁰, chiÒu dµi hå quang ph¶i ng¾n, I_hph¶i gi¶m ®i so víi hµn sÊp 15÷20%; B =

(1,5÷2)d_q; d_q< 5 mm.

α

a/

b/

H.2.15. Kü thuËt hµn ®øng vµ hµn ngang

b/ Hµn ngang (H.2.15b)

Khi hµn ngang kim lo¹i láng th−êng bÞ ch¶y nhiÒu xuèng mÐp d−íi. Yªu cÇu

tr×nh ®é thî hµn ph¶i cao, khi hµn nªn v¸t mÐp trªn ®Ó que hµn dÓ chuyÓn ®éng. C¸c

c/ Hµn trÇn (H.2.16c)

Kim lo¹i láng ®−îc chuyÓn tõ que hµn vµo vòng hµn lµ nhê søc c¨ng bÒ mÆt,

c−êng ®é ®iÖn tr−êng vµ ¸p lùc khÝ.

Khi hµn trÇn nªn chän: d_q< 4 mm; I_hgi¶m tõ 15÷20%; chiÒu dµi hå quang ng¾n.

Dïng que hµn cã thuèc bäc dµy vµ cã nhiÖt ®é nãng ch¶y cao h¬n lâi que hµn ®Ó t¹o

ra h×nh phÔu ®ì lÊy kim lo¹i láng ë vòng hµn.

d/ Hµn gãc (d)

Khi hµn gãc, kim lo¹i bao giê còng cã khuynh h−íng ch¶y xuèng mÐp d−íi, nªn

nÕu vËt hµn nhÑ th× nghiªng ®i 45⁰®Ó thùc hiÖn mèi hµn sÊp. NÕu vËt nÆng th× khi hµn

45^o

c/

d/

H.2.16. Kü thuËt hµn trÇn (c) vµ hµn gãc (d)

^{Ch−¬ng 3:}Hµn hå quang tù ®éng vµ b¸n tù ®éng

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

16

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

3.1. Thùc chÊt vµ ®Æc ®iÓm

3.1.1. Thùc chÊt

vòng hµn ®Ó duy tr× hå quang ch¸y æn ®Þnh, dÞch chuyÓn ®iÓm hµn däc mèi hµn, cÊp

thuèc hµn hoÆc khÝ b¶o vÖ.

hµn vµo vòng hµn cßn di chuyÓn ®iÖn cùc thùc hiÖn b»ng tay.

3.1.2. §Æc ®iÓm

• N¨ng suÊt hµn cao (th−êng gÊp 5 - 10 so víi hµn hå quang tay) nhê sö dông dßng

®iÖn hµn cao.

• ChÊt l−îng mèi hµn tèt vµ æn ®Þnh.

• TiÕt kiÖm kim lo¹i nhê hÖ sè ®¾p cao.

• TiÕt kiÖm n¨ng l−îng v× sö dông triÖt ®Ó nguån nhiÖt.

• C¶i thiÖn ®iÒu kiÖn lao ®éng.

• ThiÕt bÞ hµn tù ®éng vµ b¸n tù ®éng ®¾t, kh«ng hµn ®−îc c¸c kÕt cÊu hµn vµ vÞ trÝ

hµn phøc t¹p.

3.2- hµn hå quang d−íi líp thuèc b¶o vÖ

3.2.1. Thùc chÊt, ®Æc ®iÓm vµ ph¹m vi øng dông

a. Thùc chÊt

Hµn hå quang d−íi líp thuèc b¶o vÖ cßn gäi lµ hµn hå quang ch×m, tiÕng Anh

viÕt t¾t lµ SAW (Submerged Arc Welding), lµ qóa tr×nh hµn nãng ch¶y mµ hå quang

mét c¬ cÊu ®Æc biÖt víi tèc ®é phï hîp víi tèc ®é ch¸y cña nã (h×nh 1.1a).

Theo ®é chuyÓn dÞch cña nguån nhiÖt (hå quang) mµ kim lo¹i vòng hµn sÏ

nguéi vµ kÕt tinh t¹o thµnh mèi hµn (h×nh 1.1b). Trªn mÆt vòng hµn vµ phÇn mèi hµn

®· ®«ng ®Æc h×nh thµnh mét líp xØ cã t¸c dông tham gia vµo c¸c qóa tr×nh luyÖn kim

khi hµn, b¶o vÖ vµ gi÷ nhiÖt cho mèi hµn, vµ sÏ t¸ch khái mèi hµn sau khi hµn. PhÇn

thuèc hµn ch−a bÞ nãng ch¶y cã thÓ sö dông l¹i.

vµo vïng hå quang vµ chuyÓn ®éng hå quang theo trôc mèi hµn. Tr−êng hîp nµy ®−îc

gäi lµ “hµn hå quang tù ®éng d−íi líp thuèc b¶o vÖ”.

®éng hå quang däc theo trôc mèi hµn ®−îc thao t¸c b»ng tay th× gäi lµ “hµn hå quang

b¸n tù ®éng d−íi líp thuèc b¶o vÖ”.

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

17

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

H×nh 3.1. S¬ ®å hµn d−íi líp thuèc b¶o vÖ

a. S¬ ®å nguyªn lý; b. C¾t däc theo trôc mèi hµn

Hµn hå quang d−íi líp thuèc b¶o vÖ cã c¸c ®Æc ®iÓm sau:

- NhiÖt l−îng hå quang rÊt tËp trung vµ nhiÖt ®é rÊt cao, cho phÐp hµn tèc ®é

lín. V× vËy ph−¬ng ph¸p hµn nµy cã thÓ hµn nh÷ng chi tiÕt cã chiÒu dµy lín mµ kh«ng

cÇn ph¶i v¸t mÐp.

- ChÊt l−îng liªn kÕt hµn cao do b¶o vÖ tèt kim lo¹i mèi hµn khái t¸c dông cña

«xy vµ nit¬ trong kh«ng khÝ xung quanh. Kim lo¹i mèi hµn ®ång nhÊt vÒ hµnh phÇn

ho¸ häc. Líp thuèc vµ xØ hµn lµm liªn kÕt nguéi chËm nªn Ýt bÞ thiªn tÝch. Mèi hµn cã

h×nh d¹ng tèt, ®Òu ®Æn, Ýt bÞ khuyÕt tËt nh− kh«ng ngÊu, rç khÝ, nøt vµ b¾n toÐ.

- Hå quang ®−îc bao bäc kÝn bëi thuèc hµn nªn kh«ng lµm h¹i m¾t vµ da cña

thî hµn. L−îng khãi (khÝ ®éc) sinh ra trong qóa tr×nh hµn rÊt Ýt so víi hµn hå quang

tay.

- DÔ c¬ khÝ ho¸ vµ tù ®éng ho¸ qóa tr×nh hµn.

b. Ph¹m vi øng dông

Hµn hå quang d−íi líp thuèc b¶o vÖ cã øng dông réng r·i trong nhiÒu lÜnh vùc

c¬ khÝ chÕ t¹o, nh− trong s¶n xuÊt: c¸c kÕt cÊu thÐp d¹ng tÊm vá kÝch th−íc lín, c¸c

dÇm thÐp cã khÈu ®é vµ chiÒu cao, c¸c èng thÐp cã ®−êng kÝnh lín, c¸c bån, bÓ chøa,

b×nh chÞu ¸p lùc vµ trong c«ng nghiÖp ®ãng tµu...

Tuy nhiªn, ph−¬ng ph¸p nµy chñ yÕu ®−îc øng dông ®Ó hµn c¸c mèi hµn ë vÞ

trÝ hµn b»ng, c¸c mèi hµn cã chiÒu dµi lín vµ cã quü ®¹o kh«ng phøc t¹p.

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

18

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

Ph−¬ng ph¸p hµn hå quang d−íi líp thuèc b¶o vÖ cã thÓ hµn ®−îc c¸c chi tiÕt

cã chiÒu dµy tõ vµi mm cho ®Õn hµng tr¨m mm.

B¶ng 3-1 chØ ra c¸c chiÒu dµy chi tiÕt hµn t−¬ng øng víi hµn mét líp vµ nhiÒu

líp, cã v¸t mÐp vµ kh«ng v¸t mÐp b»ng ph−¬ng ph¸p hµn tù ®éng d−íi líp thuèc b¶o

vÖ.

ChiÒu dµy chi tiÕt hµn t−¬ng øng víi c¸c lo¹i mèi hµn

ChiÒu dµy chi tiÕt (mm)

Lo¹i mèi hµn

B¶ng 3-1

1,3 1,4 1,6 3,2 4,8 6,4 10 12,7 19 25 51 102

Hµn mét líp kh«ng v¸t mÐp

Hµn mét líp cã v¸t mÐp

Hµn nhiÒu líp

-- -- --

←

→

--

←

→

--

-- --

←

→

3.2.2. VËt liÖu, thiÕt bÞ hµn hå quang tù ®éng vµ b¸n tù ®éng d−íi líp thuèc b¶o

vÖ

a. VËt liÖu hµn

ChÊt l−îng cña liªn kÕt hµn d−íi líp thuèc b¶o vÖ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng t¸c ®éng

chän theo lo¹i vËt liÖu c¬ b¶n, c¸c yªu cÇu vÒ c¬ lý tÝnh ®èi víi liªn kÕt hµn, còng nh−

®iÒu kiÖn lµm viÖc cña nã.

kh«ng qu¸ 0,12%. NÕu hµm l−îng C cao dÔ lµm gi¶m tÝnh dÎo vµ t¨ng kh¶ n¨ng xuÊt

6 mm, cßn ®èi víi hµn hå quang b¸n tù ®éng lµ tõ 0,8 ÷ 2 mm.

- Thuèc hµn: cã t¸c dông b¶o vÖ vòng hµn, æn ®Þnh hå quang, khö «xy, hîp

kim ho¸ kim lo¹i mèi hµn vµ ®¶m b¶o liªn kÕt hµn cã h×nh d¹ng tèt, xØ dÔ bong.

b. ThiÕt bÞ hµn hå quang d−íi líp thuèc b¶o vÖ

ThiÕt bÞ hµn hå quang d−íi líp thuèc b¶o vÖ rÊt ®a d¹ng, song hÇu hÕt chóng

l¹i rÊt gièng nhau vÒ nguyªn lý vµ cÊu t¹o mét sè bé phËn chÝnh.

(®Çu hµn).

- C¬ cÊu dÞch chuyÓn ®Çu hµn däc theo trôc mèi hµn hay t¹o ra c¸c chuyÓn

®éng t−¬ng ®èi cña chi tiÕt hµn so víi ®Çu hµn.

- Bé phËn cÊp vµ thu thuèc hµn.

- Nguån ®iÖn hµn vµ c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh hµn.

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

19

Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ hµn

Tïy theo tõng lo¹i thiÕt bÞ cô thÓ, c¸c c¬ cÊu nµy cã thÓ bè trÝ thµnh mét khèi

hoÆc thµnh c¸c khèi ®éc lËp. VÝ dô trong c¸c lo¹i xe hµn h×nh 3.2 th× ®Çu hµn, c¬ cÊu

khiÓn qóa tr×nh hµn ®−îc bè trÝ thµnh mét khèi. Nhê vËy xe hµn cã thÓ chuyÓn ®éng

trùc tiÕp theo mÐp rÊt linh ®éng, nã cã thÓ chuyÓn ®éng

theo c¸c quü ®¹o kh¸c nhau trªn kÕt cÊu d¹ng tÊm, thËm

chÝ cã thÓ thùc hiÖn ®−îc c¸c mèi hµn vßng trªn c¸c mÆt

trßn vµ ®−êng èng cã ®−êng kÝnh lín.

§èi víi m¸y hµn b¸n tù ®éng d−íi líp thuèc b¶o

vÖ th× ®Çu hµn ®−îc thay b»ng má hµn hay sóng hµn nhá

bè trÝ rêi hoÆc cïng khèi trong nguån hµn víi c¸c c¬ cÊu

kh¸c. Nguån ®iÖn hµn hå quang d−íi líp thuèc b¶o vÖ

ph¶i cã hÖ sè lµm viÖc liªn tôc 100% vµ cã ph¹m vi ®iÒu

khiÓn dßng ®iÖn réng tõ vµi tr¨m ®Õn vµi ngµn ampe.

M¸y hµn b¸n tù ®éng d−íi líp thuèc

(5). Thuèc hµn ®−îc cÊp qua phÔu (6).

5

1

6

2

3

4

MPH

8

7

H.3.3. S¬ ®å thiÕt bÞ hµn b¸n tù ®éng d−íi líp thuèc hµn

kiÓm tra chÕ ®é hµn.

Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2006

20