Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN ĐẮP PHỤC HỒI CHI TIẾT TRÒN XOAY
BẰNG HÀN LĂN TỰ ĐỘNG VỚI DÂY THÉP HỢP KIM
RESEARCH HARDFACING TECHNOLOGY FOR ROTATE ITEMS BY AUTOMATIC
SEAM WELDING WITH ALLOY STEEL WIRE
ThS. Nguyễn Minh Tân1a, ThS. Lê Văn Thoài1b, TS. Hoàng Văn Châu2c,
PGS.TS. Đào Quang Kế3d, PGS.TS. Lê Thu Quý4e
1
Trường ĐH SPKT Hưng Yên
2
Hội KHKT Hàn Việt Nam
3
Học viện Nông nghiệp Việt Nam
4
PTN trọng điểm CN Hàn&XLBM – Viện Nghiên cứu Cơ khí
a
, ,
c
, ,
TÓM TẮT
Bài báo giới thiệu công nghệ hàn lăn tự động với dây thép hợp kim tạo lớp đắp trên bề
mặt chi tiết dạng trục. Bằng công nghệ hàn đắp phục hồi này có thể làm cho độ cứng và tính
chống mài mòn của lớp bề mặt các chi tiết máy làm từ thép C45 tăng lên từ 1,4 đến 1,5 lần
(đạt được độ cứng từ 50 đến 55 HRC). Nhờ sử dụng dòng điện hàn có cường độ rất lớn, thời
gian tác dụng ngắn nên năng suất hàn cao và chi tiết hàn ít biến dạng. Chất lượng mối hàn tốt,
mối hàn không có xỉ, quá trình hàn không cần đến thuốc hàn hay khí bảo vệ.
Từ khóa: hàn lăn tự động, dây thép hợp kim, lớp đắp, trục, độ cứng, mài mòn, thép
C45, dòng điện hàn, cường độ
ABSTRACT
The paper introduces automatic seam welding technology with alloy steel wire on to

pháp hàn lăn tự động với dây thép hợp kim.
Bề mặt liên kết của dây hàn bù với kim loại cơ bản khi hàn lăn tự động với dây thép hợp
kim được hình thành nhờ quá trình hàn tiếp xúc và biến dạng dẻo của dây hàn. Phương pháp
này có lợi thế là một tác động nhiệt ở mức thấp trên kim loại cơ bản, không đốt cháy các
nguyên tố hợp kim của dây trong quá trình hàn. [ 2 ].

Hình 1. Hình ảnh một số chi tiết máy được phục hồi bằng dây thép hợp kim
Khi hàn lăn tự động với dây thép hợp kim, điện cực thứ nhất đóng vai trò là con lăn
đồng, còn kim loại nền - điện cực thứ hai là chi tiết trục cần phục hồi.
Con lăn và trục có tốc độ quay tương đối để cho dòng điện đi qua và tạo lực ép để ép
dây hợp kim vào bề mặt trục cần phục hồi tạo ra lớp kim loại hàn đắp. Khác với hàn áp lực
điểm là hàn lăn đường phục hồi chi tiết trục là một quá trình liên tục thông qua chuyển động
tương đối của các điện cực và trục cần phục hồi.

1. Trục cần hàn phục hồi; 2. Con lăn đồng; 3. Dây hợp kim
4. Lớp kim loại hàn đắp; 5. Bề mặt liên kết hàn
Hình 2. Sơ đồ nguyên lý quá trình hàn lăn tự động với dây thép hợp kim
37


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Đặc điểm của quá trình công nghệ hàn phục hồi chi tiết trục sử dụng công nghệ hàn lăn
tự động với dây thép hợp kim: [ 2, 5 ].
- Dòng điện có cường độ rất lớn.
- Thời gian tác dụng ngắn.
- Không cần dùng que hàn phụ, thuốc hàn hay khí bảo vệ.
- Chất lượng mối hàn cao, mối hàn không có xỉ.
- Năng suất quá trình hàn cao, chi tiết hàn biến dạng ít.
- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa quá trình hàn.
3. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU


Độ bền
kéo
b
(MPa)

Giới
hạn
chảy t
(MPa)

Độ dãn dài

(%)

Độ co thắt
tương đối
, %

Độ dai
va đập
ak
(J*cm-2)

Cán
nóng

Ủ hoặc
ram
nhiệt độ

65G

0.62 ~ 0.70

0.17 ~ 0.37

0.90 ~ 1.20

Mác
thép

65G

%P

%S

%Cr

%Ni

≤ 0.035 ≤ 0.035 ≤ 0.25 ≤ 0.25

Bảng 4. Cơ tính thép 65G
Nhiệt luyện
Cơ tính
Nhiệt độ tôi
(oC)
và làm nguội


302

38


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3.2. Thiết bị
Máy hàn lăn được sử dụng là loại PE-SEAM của CH Pháp. Thiết bị quay và đóng vai
trò đồ gá cho trục hàn là máy hàn xoay UD-417 thiết kế của Viện Hàn Paton, CH Ukraina.

Hình 3. Máy hàn lăn PE-Seam

TT

Hình 4. Máy hàn xoay UD-417 (Ukraina)

Bảng 5. Thông số công nghệ máy hàn lăn PE-Seam hãng AERO – CH Pháp
Thông số
Đơn vị đo
Giá trị

1

Nguồn vào

V

220V - 50Hz single-phase

2


6

Đường kính điện cực

mm

220

7

Chiều dày điện cực

mm

20

8

Khoảng dịch chuyển điện cực

mm

3,5 ÷ 6

9

Áp lực nước làm mát

MPa

mm

1.000

3

Đường kính chi tiết hàn max

mm

630

4

Tốc độ quay mâm cặp

vòng/phút

2 ÷ 20

5

Bước tiến

mm

0,5 ÷ 10

39


lăn tương ứng, làm tăng lượng nhiệt thu hồi từ các vùng lân cận để hình thành liên kết hàn.
Trong thực tế, sự hình thành liên kết hàn bắt đầu ở giá trị ứng suất xuất hiện trong dây
hàn bù khoảng 0,95... 0,97 giá trị ứng suất biến dạng dẻo của kim loại cơ bản.
Các mẫu hàn trên trục thép C45 được đánh giá theo các chỉ tiêu như: độ bám dính với
kim loại cơ bản, mức độ biến dạng của dây hàn bù và đo độ cứng bề mặt chi tiết tương ứng
với các chế độ công nghệ hàn biến thiên đơn yếu tố.
Để so sánh nhóm nghiên cứu đã thực hiện song song một loạt thí nghiệm cũng tương tự
với vật liệu hàn bù là dây hàn H 08A dùng trong hàn tự động thép kết cấu thông thường.
4.1. Nghiên cứu cấu trúc tế vi

Hình 5. Hàn đắp dây 65G (30x)

Hình 6. Hàn đắp dây H 08A (30x)
40


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

Hình 7. Vùng chuyển tiếp 2 đường hàn với
dây 65G (100x)

Hình 8. Vùng chuyển tiếp 2 đường hàn với
dây H 08A (100x)

Trên các hình ảnh chụp cấu trúc tế vi mối hàn, ta nhận thấy rằng:
- Mẫu hàn gồm có ba vùng: kim loại cơ bản, vùng ảnh hưởng nhiệt và vùng kim loại
hàn. Trong đó, khác với hàn hồ quang nóng chảy thông thường, vùng chuyển tiếp giữa kim
loại cơ bản và kim loại hàn rất hẹp (quan sát thấy tương đối rõ trên hình 5 hoặc hình 6).
- Tổ chức tế vi các vùng cho thấy liên kết được hình thành rõ nét, kim loại hàn có liên
kết đều khắp với kim loại cơ bản (hình 7 và hình 8) thông qua một lớp trung gian bao gồm các


555

543

559

548

574,2

2

Dây hàn bù 65G

518

540

533

542

532

556,6

So sánh các kết quả đo độ bền bám dính của kim loại lớp đắp trong hai trường hợp, với
dây hàn H 08A và dây hàn bù 65G ta nhận thấy:
- Độ bền bám dính của kim loại đắp trong cả hai trường hợp có giá trị thấp hơn (574,2

273

174 176
173

162

100

0
1

2

3

4567

8

9

Vị trí đo

Hình 9. Dải phân bố độ cứng tế vi khi hàn dây 65G
- Độ cứng tế vi của vùng kim loại đắp có giá trị cao nhất, tương ứng với bản chất của
kim loại bù trên nền 65G, sau đó là vùng ảnh hưởng nhiệt, thấp nhất là vùng kim loại nền.
- Vùng ảnh hưởng nhiệt do vật liệu nóng chảy hòa trộn và có thể còn có các oxyt kim
loại hòa tan nên độ cứng tế vi tăng lên so với nền.
- Độ cứng bề mặt của trục mẫu sau gia công đạt trung bình 52 HRC.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nafikov, M.Z. Examination of the process of wear of a roller electrode in electric
resistance surfacing with a wire [Text] / M.Z. Nafikov, I.I. Zagirov // Welding
International. – 2007. – Vol.21, №10. – P.757 – 759.
[2]. V.A. Emel'yanov, L.M. Shkol'nik & V.B. Shlyapin. Cyclic cracking resistance of shafts
after electric resistance hardfacing with subsequent surface plastic deformation. Welding
International. Volume 2, Issue 3, 1988. Pages 256-258.
[3]. V.A. Dubrovskii & V.V. Bulychev. Electric resistance surfacing with a wire and with
melting of the metals to be joined. Welding International. Volume 12, Issue 7, 1998.
Pages 570-572.
[4]. Нафиков, М.З. Параметры электроконтактной наплавки [Текст] / М.З. Нафиков //
Технология металлов. – 2005. – №7. – С.29-31.
[5]. Нафиков, М.З. Рекомендации по разработке технологических процессов
восстановления изношенных деталей типа «вал» электроконтактной наплавкой
(приваркой) стальных проволок / М.З. Нафиков [и др.] // Уфа: ООО «Штайн», 2009.
– 43 с.
THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ
1.

ThS. Nguyễn Minh Tân. Trường ĐH SPKT Hưng Yên.
Email: ; DĐ: 0978 452 890.

2.

ThS. Lê Văn Thoài. Trường ĐH SPKT Hưng Yên.
Email: ; DĐ: 0912 206 388.

3.

TS. Hoàng Văn Châu. Hội KHKT Hàn Việt Nam.