http://www.ebook.edu.vn
100
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 K
e
:
m
scm
C
VL
- Tiền mua vật liệu;
C
K
- 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 (K
t
):
m
sc
t
t
t
K = (3.3)
Trong đó:
t
SC
- Tuổi thọ của chi tiết được phục hồi bằng phương pháp đã chọn;
t
m
- 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.
Phương pháp phục hồi này có những đặc điểm sau
đây:
• Các chi tiết sau khi phục hồi không có tính lắp
lẫn, bởi vì kích thước của chi tiết phục hồi đạt được
chỉ phù hợp với độ mòn thực tế của chi tiết mà không
theo một giá trị qui định.
• 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:
Nếu đề cập tới sự mòn không đều của trục, ta có hệ số mòn không đều là:
δ
δ
=ρ
''
Lúc đó: δ'' = ρ.δ và dp
1
= d
H
- 2(ρδ + z).
Giới hạn của hệ số mòn không đều
sẽ là:
1- Khi mòn đều: δ'' = δ'
Cho nên: δ = δ" và
5,0
"2
"
=
δ
δ
=ρ
2- Khi mòn lệch một bên: δ' = 0
Lúc đó: δ = δ" và
1
"
""
=
δ
δ
H
-
2γ
t
dp
3
= dp
2
- γ
t
= d
H
-
3γ
t
Tương tự ta có:
dp
n
= d
H
- nγ
t
(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
min
- 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:
D
p1
= D
H
+ 2(δ'' + z) (3.9)
Diễn giải tương tự như đối với trục,
ta có:
γ
1
=2 (ρδ + z) (3.10)
và lúc đó:
D
p1
= D
H
+ γ
1
(3.11)
D
pn
= D
H
+ nγ
1
(3.12)
C.
http://www.ebook.edu.vn
105
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
ống lót chịu tải lớn có thể chồn, làm giảm chiều
cao ≤ 8%, còn các trường hợp khác có thể đến
15%.
Lực tác dụng trong khi chồn được xác định
như sau:
⎟
⎠
⎞
⎜
của chi tiết do bị nong Hình 3.6. Sơ đồ biến dạng
của chi tiết khi bị ép Hình 3.7. Sơ đồ biến dạng
của chi tiết khi bị tóp
http://www.ebook.edu.vn
106
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 920
0
C. 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.
0
C (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 900
0
C. 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/m
2
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/m
2
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
chi tiết hình trụ
a) Bằng 1 con lăn; b) Bằng 3 con lăn.
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
http://www.ebook.edu.vn
109
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.
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
tỷ lệ giữa axetylen và ôxy
22
2
HC
O
=α
, người ta phân chia ngọn lửa hàn thành 3 loại:
• 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
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:
I
th
≥ (140 ữ 150)d
qh
(3.15)
Quá trình nóng chảy của que hàn được đánh giá bằng hệ số nóng chảy:
t.I
Q
c
c
=α , g/A.h (3.16)
Trong đó:
Q
c
- 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: Hình 3.11. Sơ đồ nóng chảy và chuyển dịch
F
h
qh
mh
ψ−= (3.18)
Trong đó: ψ- Hệ số tiêu hao vật liệu hàn được xác định như sau:
c
hdc
Q
QQ −
=ψ
(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 (v
h
)
• 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
Hình 3.12. Sự ảnh hưởng của các yếu tố công
nghệ hàn đắp tới tiết diện mối 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;
http://www.ebook.edu.vn
114
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 1350
0
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 + αd
qh
)d
qh
(3.20)
Trong đó:
d
qh
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 700
0
C 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 700
0
C 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 300
0
C với tốc độ 600
0
C trong 1 giờ, giai đoạn hai đến nhiệt độ 600 ữ 700
0
C
với tốc độ 1600
0
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 2050
0
C). 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 -
http://www.ebook.edu.vn
118
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).
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
mối hàn, làm tăng chất lượng mối hàn.
Que hàn được sử dụng trong trường hợp
này là que hàn trần (không có lớp bọc),
đường kính que hàn thường từ
Hình 3.14. Sơ đồ hàn đắp dưới chất trợ dung
1- Nguồn điện; 2- Thiết bị cấp chất trợ dung;
3- Lớp màng bao bọc bằng chất trợ dung
lỏng; 4- Đầu hàn; 5- Que hàn; 6- Buồng khí;
7- Lớp xỉ; 8- Lớp kim loại hàn đắp; 9- Chi
tiết hàn; 10- Đầu đấu dòng điện với chi tiết.
http://www.ebook.edu.vn
119
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 (SiO
36÷38
48÷50
20÷23
22
3
41÷44
38÷44
15÷16
15÷18
29÷33
≤ 0,5
≤ 0,5
34÷38
38÷47
13÷15
-
19÷21
30
41,5
4,5
4,5
11÷12
15÷18
3÷7
0,5
18,0
6,5
6,5
2÷3
0.15
0,08
0,08
0,15
0,15
-
-
0,20
0,05
0,05
0,12
0,15
-
-
-
1
1
-
-
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).
-
14,0
-
-
-
41,5
6,0
6,0
5,0
24,0
-
-
2,0
-
0,5
-
14,0
-
-
-
39,5
10,0
-
5,0
25,0
-
-
-
-
0,5
-
5,0
1,0
0,4
-
43,0
10,0
15,0
-
5,0
17,0
1,0
-
1,0
-
3,0
5,0
-
-
-
So với chất trợ dung tan, loại chất trợ dung này chiếm đến 50% các thành phần không bị
ôxi hóa, cho nên chúng có khả năng ảnh hưởng mạnh tới quá trình luyện kim trong khi hàn đắp
và ta có thể điều chỉnh được quá trình đó để nhận được lớp kim loại hàn có cơ tính theo yêu
cầu.
Ví dụ như nhận được lớp kim loại hàn có khả năng chống xuất hiện các vết nứt tinh thể, người
ta dùng chất trợ dung gốm AHK-18 có thành phần hóa học như sau:
CaCO
3
17 ữ 18%
7 ữ 11%
2 ữ 2,5%
2 ữ 2,5%
5 ữ 6,5%
2 ữ 2,5%
0,12 ữ 0,2%
0,2 ữ 0,3%
1,9 ữ 2,0%
0,2 ữ 0,3%
3,0 ữ 4,0%
0,015%
- Chế độ hàn: Phụ thuộc vào bề dày chi tiết hàn người ta chọn được cường độ dòng điện
hàn, sau đó chọn đường kính que hàn theo hướng dẫn sau:
Cường độ dòng điện, A 90 ữ 200 120 ữ 300 160 ữ 400 180 ữ 450 220 ữ 500
http://www.ebook.edu.vn
121
Hình 3.15. Sơ đồ hàn đắp trong khí CO
2
1- Lớp kim loại hàn; 2- Bể hàn; 3- Hồ quang
hàn; 4 và 8; Mỏ hàn; 5- Que hàn; 6 và 7- Bộ
kẹp que hàn; 9- Kim loại chi tiết hàn.
Đường kính que hàn,mm 1,2 1,6 2,0 2,5 3,0
Tốc độ dịch chuyển que hàn được chọn dựa vào điện áp hàn và cường độ dòng điện.
Thông thường tốc độ này nằm trong khoảng 100 ữ 300 m/h.
Tốc độ hàn dưới chất trợ dung dao động từ 10 ữ 80 m/h.
Phương pháp hàn tự động dưới chất trợ dung là một công nghệ hàn tiên tiến đáp ứng được
nhiều yêu cầu về kỹ thuật đối với các chi tiết sửa chữa.
bao gồm: Bình chứa
khí CO
2
, bộ cấp khí và đo khối lượng khí,
thiết bị đốt nóng và sấy khí CO
2
và các ống
dẫn khí.
Sơ đồ công nghệ hàn đắp trong môi
trường khí CO
2
được thể hiện trên
hình 3.15.
http://www.ebook.edu.vn
122
Hình 3.16. Sơ đồ hàn đắp
trong môi trường hơi nước
1- Vòng chắn để hấp thụ hơi nước;
2- Luồng xả hơi nước.
Que hàn có đường kính từ 0,8 ữ 2,0mm được chuyển dịch vào cung hồ quang với vận tốc
không đổi.
Để giảm sự tiêu hao kim loại (tiêu hao từ 5 đến 20%) và tăng chất lượng mối hàn, người ta
thường dùng dòng điện một chiều và đấu cực ngược.
Khi hàn đắp trong môi trường khí CO
2
, có nhiều khả năng ôxy hóa lớp kim loại hàn, bởi vì
khí CO
2
trong hồ quang bị phân tích và tạo thành ôxít cácbon và ôxy. Để giảm hiện tượng oxy
180 ÷ 240
220 ÷ 360
260 ÷ 300
280 ÷ 340
340 ÷ 420
400 ÷ 480
70
100
126
156
215
250
306
So với hàn đắp dưới chất trợ dung, phương pháp hàn đắp trong môi trường khí CO
2
có
năng suất cao hơn (hệ số hàn đắp bằng 15 ữ 16g/A.h), bởi vì trong trường hợp này sự tiêu hao
nhiệt trong quá trình hàn xảy ra không đáng kể.
Tuy vậy, phương pháp này cũng còn những tồn tại là mức tiêu hao kim loại còn nhiều và
cơ tính lớp kim loại hàn đạt đến mức còn thấp hơn so với hàn dưới chất trợ dung.
c) Hàn đắp tự động trong môi trường hơi nước
Hơi nước được xả vào trong mỏ hàn
(Hình 3.16) có tác dụng bảo vệ hồ quang và
lớp kim loại nóng chảy khỏi sự tác dụng của
không khí bao quanh (đặc biệt là của Nitơ).
Để cho chất ngăn cách (tức là hơi nước)
không xả trực tiếp vào hồ quang, trong kết
cấu của mỏ hàn có một bộ phận phản xạ đặc
biệt. Hơi nước được xả lên thành của mỏ hàn
và được hấp thụ lại tại vòng chắn (1), tại đây
Để hàn đắp các mặt phẳng hoặc bề mặt các chi tiết tròn xoay có đường kính lớn, người ta
thường dùng que hàn dạng dẹt có bề rộng 20 ữ 100mm.
Que hàn ống thường có đường kính 2,0; 2,5 và 3,0mm. Thành phần hóa học của chúng
được trình bày trong bảng 3.5.
Bảng 3.5
Thành phần hóa học %
Loại
que hàn
C Cr Mn W Si Ni V Ti
Độ cứng lớp
kim loại hàn
HRC
ΠΠ - ΛH101
ΠΠ - ΛH170
ΠΠ - ΛH125
1,3
0,7
2,0
15,0
20,0
15,0
0,6
0,6
1,0
30 -45
3,0
-
3,5
0,6
1,5
Nguyên lý hoạt động của quá trình
hàn rung động được giải thích như sau
(Hình 3.18). Chi tiết hàn (3) được lắp trên
mâm cặp của máy tiện. Dây hàn từ Rulô
(1) được luồn qua cặp con lăn (4) để lắp
vào mỏ hàn (2). Đồng thời với chuyển
động dịch chuyển của que hàn do cặp con
lăn (4) tạo ra, mỏ hàn luôn luôn bị rung
động do cơ cấu lệch tâm (8, 9, 10) tạo ra.
Nguồn động lực cung cấp cho cặp con lăn
(4) và bộ lệch tâm (8, 9, 10) hoạt động
được lấy từ động cơ điện không đồng bộ 3
pha (6) thông qua hộp giảm tốc (5) và bộ
truyền đai.
Quá trình hàn rung động bao gồm 3 giai
đoạn kế tiếp nhau được lặp đi lặp lại (Hình
3.19): Đoản mạch, cháy hồ quang và giai
đoạn không tải. Trong giai đoạn cháy hồ
quang một nguồn năng lượng lớn (80 ữ
95%) được sinh ra để làm nóng chảy que
hàn. Thời gian của giai đoạn này khoảng
4 ữ 10ms (miligiây).
Hình 3.18. Sơ đồ hàn đắp rung động
1- Rulô; 2- Mỏ hàn; 3- Chi tiết; 4- Con lăn;
5- Hộp giảm tốc; 6- Động cơ điện; 7- Tay đòn;
8, 9, 10- Cơ cấu lệch tâm.
Copyright: Tài liệu đại học ©