Đ I Ạ H C ĐÀ NỌ ẴNG
TR NGƯỜ Đ IẠ H CỌ KỸ
THU TẬ
ĐINH MINH
DI MỆ
GIÁO
TRÌNH
CÔNG NGH KIM LO IỆ Ạ
T PẬ
3
HÀN VÀ C T KIM LO IẮ Ạ
ĐÀ N NG,Ẵ
2001
Đ I Ạ H C ĐÀ NỌ ẴNG
TRƯ NGỜ Đ IẠ H CỌ KỸ
THUẬ
T
ĐINH MINH
DI MỆ
GIÁO
TRÌNH
CÔNG
NGHỆ KIM LO
ẠI
T PẬ
3
HÀN VÀ CẮT KIM
LOẠI
ĐÀ N NG,Ẵ
2001
CHƯ NGƠ I HÀN KIM

ta đưӧc mối
liên k t vững
chắc
gọi là hàn nóng
ch
ả
y;
•
Hoặc
có
thể
nung chúng đ n
nhiệt
độ cao nhỏ hơn
nhiệt
độ nóng
chảy
của
kim
loại
đó (đối với kim
loại dẻo
thì có
thể
không nung) rồi dùng lực lớn ép
chúng
dInh
chắc
vào nhau gọi là hàn áp
l

dung keo kim
loại để
dán chung dInh
chắc
vào nhau gọi
là
dán kim
lo
ạ
i.
1.1.2 ỨNG DӨNG
:
Hàn kim
loại
dóng một vai trò
rất
quuan trọng trong quá trình gia công, ch
tạo
và
s
ử
a

ch
ữ
a
ph c hồi các chi ti t máy.Hàn không ch
thể
dùng để nối ghép
các kim

I
oại
•
S
o v iớ tán ri vê,
hàn kim
loại
có
thể
ti t
kiệm
từ 10 - 15 % kim
loại
(do
ph
ầ
n
đinh tán,
phần
khoa lổ) và chưa
kể
đ n độ
bền
kéêt
cấu
bị
giảm
do khoan lổ.
H. 1-1 So sánh mối ghép nối hàn và tán
rivê

phần cắt
gọt là thép d ng c còn
phần
cán ta sử d ng thép thường CT38
Sẽ
có
gI thành
r ẻ
mà
vẫn thoả
mãn
các yêu
cầu
k ỹ
thu
ậ
t.
b. Độ bền m iố hàn cao, mối hàn kín, chịu đ cượ áp
lực c. Thiết
bị
đ nơ gi nả , giá thành
hạ
2
d. Như cợ điểm Tổ chức kim
loại
vùng mối hàn không đồng
nhất,
tồn
tại
ứng

HÀN KIM
LO IẠ
Hàn
nóng
chảy
Hàn áp
I
cự
Hàn
vảy
• Hàn hồ quang
điện,
• Hàn
khí,
• hàn bằng các
chùm
tia,
• Hàn điện
x ,ỷ
• Hàn
nhiệt,
• Hàn đi nệ ti p
xúc,
• Hàn siêu
âm,
• Hàn cao
tần,
• Hàn
nổ,
• Hàn ma

trong
thành
phần
que hàn và thuốc bọc que hàn; Kim
loại
mối hàn ở
trạng
thái lỏng và một
phần
bi
bay
hơi. Trong vùng mối hàn
xảy
ra
nhiều
quá trình như ô xy hoá, khử ô xy, hoàn nguyên và hӧp
kim
hoá mối hàn,
quá trình
tạo
xỷ và tinh
luyện
, Các quá trình đó
phần
nào tương tự như những
quá
trình
luyện
kim nên người ta gọi quá trình này là quá trình
luyện

với các nguyên tố : Fe, Mn, Si, C, k t
quả sẽ
làm
thay đổi thành
phần
và tInh
chất
của kim
loại
mối
hàn. VI d
:
Fe + O > FeO
Fe + O
2
>
2FeO
Một
phần
các ôxit
sắt
như trên
sẽ
đi vào x , một
phần sẽ
trộn
lẫn
với kim
loại
mối hàn

hoà tan vào mối hàn và gây nên rỗ khI. Đối với thép
và hӧp kim
nhôm,
hy dro là nguyên nhân chủ y u gây nên rỗ khI.
Lưu huỳnh là
chất
gây nên nứt nóng cho mối
hàn
Phốt pho gây nên nứt nguội cho mối
hàn
Trong vùng mối hàn
xảy
ra quá trình khử ôxy. Có
thể
tóm
tắt
theo các
dạng
ph
ả
n
ứng
sau:
[FeO] + (Si) > [Fe] +
(SiO2)
4
[ ] - Thành
phần
các
chất

2
O
5
) + 9 Fe
CaO
+
P
2
O
5
>
Ca
3
P
2
O
8
Cơ tính của v tậ
liệu
σ
A
H
σ
A
H
%
O
2
Hình 2 - 2 Sơ đồ ảnh hưởng c aủ o xy đến cơ tính mối hàn
[13]

2
%
O
2
%
N
2
Hình 2 - 3 Ảnh h ngưở của m tộ số ch tấ khí đến cơ tính m iố hàn
[13]
2.2 VŨNG HÀN VÀ ĐẶC ĐI MỂ C AỦ
NÓ.
Khi hàn, dưới tác d ng của nguồn
nhiệt,
vùng kim
loại
nóng
chảy tạo
nên một
v
ũ
ng

hàn.
Kim
loại
ở đây là hổn hӧp các nguyên tố của kim
loại
c ơ
bản
và

hàn
Quá trình k t tinh của mối
hàn
< Mối hàn k t tinh trong
điều kiện phần
đầu vũng hàn luôn bị nung nóng bởi
nguồn
nhiệt
hàn
còn
vùng đuôi thì đưӧc nguội
d
ầ
n.
< Kim
loại
vũng hàn luôn
chuyển
động;
<
Thể
tIch vũng hàn nhỏ
kho
ả
ng
0,2-0,4
cm
3
.
< Thời gian kim

Dưới
tác
d ng của
nhiệt
độ ổ chức kim
loại
mối hàn cũng đưӧc chia
thành
nhiều
vùng khác
nhau.
Tổ chức kim
loại
mối hàn ph thuộc phương pháp hàn, kim
loại vật
hàn,
và ch độ
hàn.

T
ổ
chức kim
loại
vùng mối hàn và
gần
mối hàn đưӧc chia ra 7
vùng khác nhau : Vùng mối
hàn,
vùng
viền chảy,

kéo dài
về
tâm mối hàn (theo hương k t tinh)Vùng
gần viền chảy
có tổ chức
hạt
nhỏ mịn do tốc độ
tản nhiệt
nhanh; vung trung tâm có
lẫn nhiều tạp
chất
do k t tinh sau
cùng.
Vùng viền chảy (2)
:
Vùng này kim
loại
nóng
chảy
không hoàn toàn. Thành
phần
kim
loại
mối
hàn có
lẫn
các
nguyên tố của que hàn và thuốc hàn. Do có sự tác d ng qua
lại
giữa pha long và pha đặc nên

:
Là vùng có
nhiệt
độ
thấp
hơn
nhiệt
độ nóng
chảy
nhưng có tổ chức và
tInh
chất
thay đổi dưới tác d ng của
nhiệt
độ.
Chiều
rộng vùng này ph thuộc
chiều
dày
vật
hàn, nguồn
nhiệt,
ch độ hàn, phương pháp hàn, (xem
bảng
1.1)
Bảng 1
-1
Ph ngươ pháp
hàn Chiều
dày

giảm nhiều,
dòn,
dễ
nứt, Đây là vùng
thường gây nên các
v

t

gẫy
nứt của mối
hàn.
Vùng thư ngờ hoá (4) Có T 〉
AC
3
Có
nhiệt
độ
khoảng
(880 1100
o
C),có
chiều
rộng
khoảng
0.2 5 mm có tổ
chức
hạt
nhỏ, cơ tInh
tốt.

o
C
Tổ chức kim
loại
giống
vật
hàn nhưng
độ
cứng
giảm,
tInh
dẻo
t
ă
ng
Vùng dòn xanh (7) : cĩ T = 100 500
o
C
Tổ chức kim
loại
It bị thay đổi nhưng do không khI xâm
nhập
vào nên cơ tInh
giảm,
tồn
tại
ứ
ng

suất

3.1.1
H
ồ
quang
hàn
Hi
ệ
n

t
ượ
ng

h
ồ
quang
đi
ệ
n
được phát minh từ năm 1802,
nh
ư
ng
mãi
t
ớ
i

năm
1882

n
này đư c ợ nứ g
d
ụ
ng
để hàn kim
lo
ại
và
ph ngươ
pháp
n iố ghép này đư c ợ gọi
là
hàn
h
ồ

quang.
H
ồ
quang
là
s
ự
phóng
đi
ệ
n
giữa 2
đi

đồ
s
ự
tạo thành
h
ồ
quang
hàn:
a/ b/
c/
Hình 3-1 Sơ đồ sự t oạ thành hồ quang c aủ các lo iạ dòng
điện a- Nối
v iớ
ngu nồ
điện
b- Nối nghịch ( C cự d ngươ nối v iớ que hàn, âm nối v iớ v tậ
hàn)
c- Nối thu nậ (C cự âm n iố v iớ que hàn, c cự d ngươ nối v iớ vật
hàn)
Kho
ả
ng

h
ồ
quang nằm giữa 2
đi
ệ
n


t

h
ồ
quang (L
hq
). Cấu tạo
c
ủ
a

h
ồ
quang
đi
ệ
n
có d ngạ nh
ư
hình
3-2
1
3
L
hq
2
1- Vùng c nậ
anốt
2- Vùng c nậ ka
t tố

không nóng
ch
ả
y
: Vônfram (W), Grafit,
than,
Đi
ệ
n

c
ự
c
nóng
ch
ả
y
: Chế tạo từ thép, gang, các
lo
ại
kim
lo
ại

màu,
Ngu
ồ
n

đi

Đi
ề
u

ki
ệ
n
để xuất
hi
ệ
n

h
ồ
quang
hàn.
9
Th
ự
c
chất
c
ủ
a

h
ồ
quang
là
dòng chuyển

Trong
đi
ề
u

ki
ệ
n
bình
th ng,ườ
không khí giữa hai
đi
ệ
n

c
ự
c
ở trạng
thái trung hoà
nên
không dẫn
đi
ệ
n.
Khi giữa chúng xuất
hi
ệ
n
các

ầ
n
tử mang
đi
ệ
n.
Quá trình đó gọi
là
quá trình ion hoá.
Môi
tr ng ườ
có chứa các
ph
ầ
n
tử ion hoá gọi
là
môi
trường
ion hoá. Quá trình
các
đi
ệ
n
tử thoát ra từ
b
ề
mặt
đi
ệ

là
công thoát
electr
on.
Công thoát
el
ectron

c
ủ
a

m
ộ
t
số chất đư c ợ thể
hi
ệ
n
trong
b
ả
ng

3-1
B
ả
ng

3-1

ụ
ng

c
ủ
a

đi
ệ
n

tr
ườ
ng,
các
đi
ệ
n
tử trong môi
tr
ườ
ng
sẽ
chuyển
đ nộ g
từ ca tốt (-) đến anôt (+) và phát triển
v
ớ
i


ả
làm tách các
đi
ệ
n
tử khỏi nguyên tử
phân tử và tạo nên các ion.
Nh
ư
v
ậ
y

th
ự
c
chất
c
ủ
a
quá trình
ion
hoá không
khí giữa 2
đi
ệ
n

c
ự

xuất
hi
ệ
ncác

ph
ầ
n
tử mang
đi
ệ
n
giữa 2
đi
ệ
n

c
ự
c
và
h
ồ
quang xuất hi
ệ
n
(nói
cách khác
là
có

ả
i
tạo ra
m
ộ
t
năng
l
ượ
ng

c
ầ
n
thiết để làm
thoát các
đi
ệ
n
tử.
Ngu
ồ
n
năng
l
ượ
ng
này có thể
th
ự

dòng
đi
ệ
n
để tăng
ngu
ồ
n

nhi
ệ
t
bằng cách cho ngắn
mạch.
3.1.4 Các
ph ngươ
pháp gây
h
ồ
quang khi
hàn.
Tăng
đi
ệ
n
áp :
Phương
pháp này dễ gây nguy hiểm cho
ng iườ
sử

ng
cách 1-3
mm
và giữ cho
h
ồ
quang cháy ôn định (xem hình
3-3).
a. Cho chuyển
động
thẳng
đ ngứ
10
1
2
1- Que
hàn
2- V tậ
hàn
Hình 3-3 Sơ đồ quá trình gây hồ quang khi
hàn
b. Đặt nghiêng que hàn và cho chuyển động tiếp xúc v iớ v tậ
hàn
1- Que
hàn
2- Vật
hàn
Hình 3-4 Sơ đồ quá trình gây hồ quang bằng cách cho que hàn tiếp xúc vật
hàn
3.1.5 Đ cặ diểm của h quang hàn

43%
C

t h quang 5000-7000oC /
21%
< S cháy c a h quang ph thu c: Đi n áp ngu , C ờng
d
dông di n; T n
số
f=150-450 có h quang cháy nổ d nh); V t
1i
u
1
àm
di n c
c,
Đ

thbiểu

diễn

sph



quang g iọ
1à
d nờ g dặc tính tĩnh c a h
quang.
1.
Đ
nờ g dặc tĩnh c a h quang hàn có dạng
:
U
hq
d
1
d
1
<
d
2
d

2
I
Hình 3-5 Đường đặc tĩnh c aủ hồ quang hàn phụ thu cộ đ ngườ kính điện
c cự
11
mm
m
)
U
hq

hoà, nén d d nẫ di n ít b thay d i,ổ vì thế m t d dông J g n nh khong dổi. Đoạn
này d cợ sử d ng rất r ng rãi khi hàn h
quang.
d =2
mm
d =4
mm
d =10
mm
Với L
hq1
=10
J<12 J = 12-80 J>80
(A/mm
2
Với L
hq2
=2
mm
100 1000, I
(A)
Hình 3-7 Đường đặc tính tĩnh c aủ hồ quang hàn phụ thu cộ d
h
và
L
hq
.
1- L
hq1
= 5 mmm L

nghi
p f = 50 Hz, ta có 100
1
n thay dổi c c nén có 100
1
n h quang b
tắt do I = 0. Khi dó nhi t
d
sẽ
gi

m,
mức d ion hoá c a c t h quang sẽ gi m
1à
m
cho cho h quang
cháy
khong nổ d
nh.
Muốn xuất hi n h quang tiếp theo thì yéu c u di n áp ngu n ph i dạt và
1
n
hơngiá
tr

tối
thiểu g iọ
1à
di n áp m i h
quang.

dòng xoay
chiều
T
t
- Th iờ gian h quang
tắt
Chú ý
:
• Th iờ gian h quang tắt T
t
ph thu c di n áp khong t i (U
kt
); t n số (f) f tăng thì
T
t
nhỏ.
• U
kt
1
n thi T
t
nhỏ nh ng tăng U
kt
thì kích th c máy sẽ
1
n, khong có
1
i.ợ
• Tăng t n số thì ph i mắc thém b khuyếch dại t n nh ng sẽ 1àm phức tạp
thém

dông chuyển
d
ng c a các ion âm và di n tử; dông chuyển d ng c a các ion d
ơng.
Sơ d biểu diễn
1
c di n tr ờng tác d ng
1én
c t h quang nh hình
3-10
13
Vi
H
F
F H
Vi
Hình 3-10 Sơ đồ biẻu diễn l cự điện tr ngườ tác d ngụ lên cột hồ quang
hàn.
• L c F c a tất c các ph n tử mang di n d u h ng vào tâm c a c t h quang.
Khi hàn,
1
c tác d ng
1én
c t h quang g m có
:
+ L c di n tr ngờ
tĩnh;

1
ch. Từ phía dông di n di vào có di n
tr ờng mạnh, m t
d d
ờng sức dày h iờ phía d iố di n nén h quang b th iổ
1
ch v
phía di n tr ờng yếu
hơn.
3.2.3 Ảnh h ởng của góc nghiéng que
hàn.
Đ nghiéng c a que hàn cũng nh h ởng dến s phân bố d ờng sức
xung
quanh
quanh h quang, vì thế có thể thay dổi h ng que hàn cho phù h pợ v i ph ơng
c a h quang
nh
hình
3-12b.
14
Hình 3-12 Sơ đồ biẻu diễn ảnh h ngưở của góc nghiêng que
hàn.
3.2.4 Ảnh h ởng của v t
1i
u s tắ
từ.
V t
1i
u sắt từ dặt g n h quang sẽ 1àm tăng d từ thẩm
1

úc
dó có d
từ thẩm phía v
t
hàn
1
n h nơ nhi u so v i khong khí nén h quang b thổi
1
ch v phía
bén trong m iố
hàn.
Khi hàn giáp m iố ta ph i nối c c c a ngu n di v i 2 v t hàn v 2 phía dể
m iố hàn khong
b
thổi
1
ch h
quang.
Hình 3-14 M tộ số biện pháp kh cắ phục hiện t ngượ hồ quang bị thổi
l chệ
1 - V tậ
hàn
2 - Que
hàn
3.3 PHÂN LO IẠ HÀN HỒ
QUANG
15
3.3.1 Phân
1oại
theo di n c

kích thích h quang, b o v
m iố
hàn,
hợp kim hoá mối hàn,

3.3.2 Phân
1oại
theo ph ơng pháp dấu
dây
Dấu dây tr c ti pế
:
1
Nguồn điện 1 pha
2
3
Hình 3 - 5 Sơ đồ đấu dây tr cự
tiếp
1 -Điện c cự hàn ( que hàn) 2-Hồ quang hàn 3 - Vật
hàn
Khi hàn dông m t chi u có thể có hai ph ngơ pháp n iố dây : noí thu n và n iố ngh
ch.
1
2
3
Nối
thuận
Hình 3 - 16 Sơ đồ nối
thuận
1 - Điện c cự hàn ( que hàn)2 - Hồ quang hàn; 3- Vật
hàn

3)
Có 3 ngọn
1
ữa
h quang giữa 3 di n c c: h quang giữa 1-3 giữa 1-2 và giữa 2 -
3.
3.4 NGU NỒ ĐI NỆ HÀN VÀ MÁY
HÀN
3.4.1 Ngu nồ điện
hàn
Ngu n di n hàn có th ể m t chi u, xoay chi u. Máy hàn dông di n m t chi u
hay chỉnh
1
u
cho chất
1
ợng mối hàn cao, ổn d nh nh ng giá thành dắt nén chỉ
sử d ng khi có yéu c u cao
v

chất

1
ợng. Hi n nay máy hàn dông xoay chi u vẫn
1à
ch yếu. Ơ Nh t b n g n 80% máy hàn
dông
xoay chi u, 95,6% máy hàn xoay chi u
khi hàn h quang
tay.

h
.
3. Khi
1àm
vi c h quang ph i cháy nổ d
nh.
17
4. Máy hàn ph i di u chỉnh d cợ c ờng d dông di n hàn phù hợp v i các
1oại
chi u
dày, d ờng
kính
và v trí t ơng dối c a mối hàn trong khong
gian.
5. Khi hàn ng iờ ta th ờng mắc thém cu n c n dể tạo ra s
1
ch pha c a dông di n
và
hi
u di n thế nén chế d hàn sẽ nổ d nh
hơn.
6. Quan h giữa hi u di n thế ngu n di n và dông di n hàn d cợ gọi
1à
d ờng
dặc tính d ng c
a
máy hàn. Ta có các
1oại
d ờng dặc tính d ng nh
sau:

b o v , kim
1oại
dây
hàn ch y thành dông tạo nén dông ngắn mạch
1
ién
t c, dông di
n hàn tăng nhanh
1à
m
nóng ch y
day

hàn
nhanh và
1
ién
t c. Chế d này phù h pợ v i
1a
iọ
dây có d
h
= 0,5 - 1,2
mm
Đ ờng cong 3 - D nạ g cong d cố thoai tho i dùng cho hàn t d ng và bán t d ng d
i
1
p thuốc có tốc d cấp dây hàn khong dổi. Vi c cấp 1õi dây hàn theo nguyén
1
ý

sẽ
thấy chúng giao nhau tại 2 diểm A và B (tại dó U
ngu n
= U
h
quang
)
Tại diểm B hi u di n thế cao d dể gây h quang nh ng vì dông di n
nhỏ
khong d u dể duy trì s cháy ổn d nh c a h quang. Th c v y nếu vì m t
1
ý
do nào
dó
1
àm
cho dông di n gi m xu nố g thì hi u diẹn thế h quang sẽ tăng
1
én
và
1
úc
dó Uhq
> Ung, có nghĩa
1à
hi u di n thế c a ngu n khong d dể gây h quang nén nó tắt.
Ng cợ
1
ại,
nếu tăng dông I thì Ung > Uhq ; di n thế thừa Ung - Uhq

Hình 3-22 Sơ đồ biểu diễn vị trí hồ quang cháy nổ
đ nhị
Ta biết răng khi h quang cháy, trongmạch hàn h , quang sẽ sinh ra suất di
n
d ng c m
ứng.
dI
e
L
=
−
L
dt
L -
1à
h số t c
m
U
h

=
U
hq
=
U
nguon

+ e
L
U

do nào dó
1à
m
cho diểm d
ch chuyển vé
diểm
A’ có di n thế U’ > Uh tức
1
à

:
dI
U’-Uh > hay
L
.
>
0 tức
1à
dt
dI
>
0
Đièu này ch nứ g tỏ I ph i tăng
dể
dt
diểm A’ trở v v trí diểm A. Ng cợ
1
ại
khi A d ch chuyển v diểm
A’’

có
hàn có từ thong t n
1
n (dạng có
1õi
từ di d ng), máy biến áp hàn có cu n dây
di
d ng,

• Máy hàn dông chỉnh
1
u
• Máy hàn m t chi u :
1oại
máy phát hàn chạy b nằ g d ng cơ di n, máy phát hàn
có
dùng máy nổ và các dạng máy phát hàn
khác.
Sau dây ta chỉ xét m t số
1a
iọ
máy hàn thong d
ng.
a. Máy bi nế áp
hàn
Máy biến áp hàn hay máy hàn xoay chi u
1à
1
oại
máy hạ áp. Nguyén

φ
t2
- Từ thong t n qua khong khí trong các cu n dây sơ cấp và thứ
cấp
Khi dặt vào cu n sơ cấp c a máy hàn dông di n xoay chi u hình sin v i di n áp
U
1
,
dông di n sẽ chạy qua cu n sơ cấp và tạo ra trong m cạ h m t từ thong
chính
W1
W2
3
Hình 3-23 Sơ đồ máy biến
áp
W
1
- Cu nộ dây sơ cấp; W2 - Cuộn dây thứ cấp; 3 - Lõi từ (gông tư của
máy biến
áp)
φ

1
=

φ

o
+