Bài giảng Công nghệ hàn nóng chảy - Chương 8: Công nghệ hàn kim loại nhẹ và hợp kim của chúng - Ngô Lê Thông

Nội dung text: Bài giảng Công nghệ hàn nóng chảy - Chương 8: Công nghệ hàn kim loại nhẹ và hợp kim của chúng - Ngô Lê Thông

1. 8. CÔNG NGHỆ HÀN KIM LOẠI NHẸ VÀ HỢP KIM CỦA CHÚNG 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.2 Công nghệ hàn hợp kim manhê HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 1 ĐHBK Hanoi 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.1 Đặc điểm, tính chất và ứng dụng của kim loại cơ bản 8.1.2 Tính hàn của nhôm và hợp kim nhôm 8.1.3 Vật liệu hàn nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 2 ĐHBK Hanoi 1
2. 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.1 Đặc điểm, tính chất và ứng dụng của kim loại cơ bản •Nhẹ, chống ăn mòn trong không khí, nước, dầu, nhiều hóa chất Æ nhôm được dùng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng. •Khối lượng riêng của nhôm chỉ bằng khoảng một phần ba của thép hay đồng. •Khả năng chống ăn mòn của nhôm xuất phát từ lớp oxit nhôm bền vững trên bề mặt. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 3 ĐHBK Hanoi 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.1 Đặc điểm, tính chất và ứng dụng của kim loại cơ bản • Tính dẫn điện và dẫn nhiệt của nhôm cao gấp bốn lần của thép. Dùng nhiều trong các thiết bị điện thay cho đồng. • Nhôm không có từ tính. Hệ số dãn nở nhiệt gấp hai lần của thép. • Nhôm có độ bền không cao nhưng có tính dẻo tốt, đặc biệt là ở nhiệt độ âm. •Cóthể tăng độ bền của nhôm thông qua hợp kim hóa, biến dạng ở trạng thái nguội, nhiệt luyện hoặc kết hợp các biện pháp đó. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 4 ĐHBK Hanoi 2
3. 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.1 Đặc điểm, tính chất và ứng dụng của kim loại cơ bản Hợp kim nhôm: hợp kim đúc (2) và hợp kim biến dạng (1) •Kết cấu hàn chủ yếu được chế tạo từ hợp kim biến dạng: tấm, profile, ống, v.v. •Hợp kim biến dạng (1) được chia thành nhóm có thể nhiệt luyện được (4) và nhóm không thể nhiệt luyện được (3). 1: Hợp kim biến dạng 2: Hợp kim đúc 3: Hợp kim biến dạng không thể bền hóa bằng nhiệt luyện 4: Hợp kim biến dạng có thể bền hóa bằng nhiệt luyện HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 5 ĐHBK Hanoi 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.1 Đặc điểm, tính chất và ứng dụng của kim loại cơ bản Al Cu 2xxx Cu NhiÖt luyÖn ®−îc: Al Cu Mg 2xxx Cu; Zn-Cu: t¨ng ®é bÒn sau Mg Al Mg Si 6xxx nhiÖt luyÖn. T¨ng ®é bÒn tr−íc nhiÖt Zn Al Zn Mg 7xxx luyÖn kh«ng ®¸ng kÓ Al Al Zn Mg Cu 7xxx Kh«ng nhiÖt Mn Al Mg 5xxx luyÖn ®−îc: Mg: t¨ng ®é bÒn Al Mn 3xxx Si: kh«ng t¨ng ®é bÒn Si Al Si 4xxx ®óc 99,xx% HK9 - 2005-2006Al NgôAl Lê1xxx Thông, B/m Hàn CNKL, Nguyªn chÊt6 ĐHBK Hanoi 3
4. 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.1 Đặc điểm, tính chất và ứng dụng của kim loại cơ bản •Hợp kim nhôm không thể nhiệt luyện được: –Chứa Si, Mn, Mg. Tăng độ bền thông qua sự hình thành các dung dịch rắn hoặc các pha phân tán. Mg có hiệu quả nhất, do đóhợp kim Al – Mg có độ bền cao hơn cả, ngay trong trạng thái ủ. –Mọi hợp kim nhôm thuộc nhóm này được đều biến cứng khi bị biến dạng ở trạng thái nguội (nhưng tính dẻo bị giảm). Sau khi ủ, chúng có thể trở lại cơ tính ban đầu. Khi đã qua biến cứng nguội rồi sau đó được hàn, độ bền vùng ảnh hưởng nhiệt sẽ giảm xuống mức của hợp kim sau khi ủ. – Nhôm, hợp kim Al – Mg, Al – Mn đều dễ hàn TIG, MIG (riêng Al –Si cần sử dụng các quy trình đặc biệt và tính dẻo có thể HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 7 giảm). ĐHBK Hanoi 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.1 Đặc điểm, tính chất và ứng dụng của kim loại cơ bản •Hợp kim nhôm có thể nhiệt luyện được: –Chứa Cu, Mg, Zn và Si dưới dạng đơn hoặc kết hợp (Al-Mg-Cu, Al-Zn-Mg, Al-Si-Mg) . – Ở trạng thái ủ, độ bền phụ thuộc vào thành phần hóa học tương tự như với các hợp kim không thể nhiệt luyện được. –Khả năng hòa tan trong dung dịch rắn của bốn nguyên tố nói trên, đơn lẻ hoặc kết hợp, tăng theo sự gia tăng nhiệt độ. Do đó các hợp kim này có thể đưọc nhiệt luyện theo hình thức ủ đồng nhất hóa tổ chức, tôi sau đó hóa già tự nhiên hoặc nhân tạo. – Sau hoặc trước khi hóa già, còn có thể tăng độ bền thông qua biến dạng ở trạng thái nguội. – Al – Mg – Si là hợp kim dễ hàn. Nhiều hợp kim thuộc nhóm Al – Zn có tính hàn kém, nhưng khi có thêm Mg, một số có thể hàn được. Hợp kim Al – Cu đòi hỏi có quy trình hàn đặc biệt và liên kết hàn có tính dẻo kém. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 8 ĐHBK Hanoi 4
5. 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.2 Tính hàn của nhôm và hợp kim nhôm 1. Vấn đề Al2O3: o o –Nhiệt độ nóng chảy Al: 660 C; Al2O3: 2050 C 3 3 –Khối lượng riêng Al: 2,7 g/cm ; Al2O3: 3,6 g/cm – Khi hàn có thể hình thành màng Al2O3. Do đócạnh mối hàn khó nóng chảy, lẫn xỉ trong khi hàn. –Khử màng Al2O3 bằng các biện pháp 1. Cơ học: rũa, cạo, chải bằng bàn chải có sợi thép không gỉ 2. Hóa học: thuốc hàn, tạo thành các chất dễ bay hơi: thuốc 50% KCl + 15% NaCl + 35% Na3AlF2 cho phản ứng Al2O3 + 6KCl Æ 2AlCl3 ↑ + 3K2O. Dung dịch axit hoặc kiềm. 3. Hồ quang: hiệu ứng bắn phá catot của hồ quang 2. Tại nhiệt độ cao, độ bền giảm nhanh, làm nhôm bị sụt khi hàn. Độ chảy loãng cao, nhôm dễ chảy ra khỏi chân mối hàn. Nhôm không đổi màu khi hàn, khó khống chế kích thước vũng hàn HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 9 ĐHBK Hanoi 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.2 Tính hàn của nhôm và hợp kim nhôm •Hệ số dãn nở nhiệt cao, module đàn hồi thấp, nhôm dễ bị biến dạng khi hàn • Hydro là nguồn gây rỗ khí chủ yếu khi hàn nhôm. Cần khử các chất chứa hydro trên bề mặt vật hàn • Nhôm dẫn nhiệt tốt, phải dùng nguồn nhiệt có công suất cao hoặc nguồn xung • Kim loại mối hàn dễ nứt do cấu trúc hạt hình cột thô và cùng tinh có nhiệt độ nóng chảy thấp ở tinh giới, cũng như do co ngót (7%) khi kết tinh HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 10 ĐHBK Hanoi 5
6. 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.3 Vật liệu hàn nhôm • Que hàn nhôm và hợp kim nhôm để hàn hồ quang tay trong chế tạo các kết cấu chịu tải đơn giản và trong sửa chữa. Tiêu chuẩn AWS A5.3 phân ra 3 loại que hàn: Ký hiệu Thành phần [%] G/H bền Dùng cho [MPa] E 1100 (Si + Fe) 0,95; Cu 0,05; Zn 90 Nhôm kỹ thuật 0,1 E 3003 Si 0,95;Fe 0,7; Cu 100 Hợp kim 1100 và 3003 0,05÷0,20; Zn 0,1; Mn 1÷1,5 E 4043 Si 4,5÷6,0; Fe 0,8; Cu 0,3; 100 Các hợp kim 6xxx, 5xxx Zn 0,1 (2,5% Mg); hợp kim đúc Al – Si; 1100; 1350; 3003 o o •Sấy que hàn đến 175÷200 C để khử hơi nước. Tp = 150÷200 C. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 11 ĐHBK Hanoi 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm Ký hiệu Thành phần [%] 8.1.3 Vật liệu hàn ER 1100 99,0 Al nhôm ER 2319 6,3 Cu; (V + Zr) có kiểm soát; Al còn lại Ký hiệu dây hàn (dây ER 4043 5,3 Si; Al còn lại hàn phụ): Tiêu chuẩn ER 4047 12 Si; Al còn lại AWS A5.10 – 1980: ER 4145 10 Si; 4 Cu; Al còn lại ER 5183 0,8 Mn; 4,9 Mg; Al còn lại • ER: dây hàn dùng cho hàn ER 5356 0,1 Mn; 5 Mg; Al còn lại khí, hàn plasma, hàn TIG, MIG. ER 5554 0,8 Mn; 5,1 Mg; Al còn lại • R: dây hàn dùng cho các ER 5654 3,5 Mg; Mn không đáng kể; Al còn lại quá trình hàn nêu trên, trừ R 242 4 Cu; 1,5 Mg; 2 Ni; Al còn lại hàn MIG. R 295 4,5 Cu; Al còn lại R 355 5 Si; 1,2 Cu; 0,5 Mg; Al còn lại R 356 7 Si; 0,3 Mg; Al còn lại HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 12 ĐHBK Hanoi 6
7. 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.3 Vật liệu hàn nhôm •Chọn vật liệu hàn: thành công của hàn nhôm do chọn đúng vật liệu hàn •Chọn vật liệu hàn không thích hợp có thể gây nứt tại kim loại mối hàn do kim loại mối hàn hoặc vùng ảnh hưởng nhiệt có tính dẻo và độ bền thấp khi nhiệt độ tăng (hiện tượng này đôi khi gây ra sụt mối hàn). • Để giảm xu hướng nứt giữa các tinh thể trong vùng ảnh hưởng nhiệt, nên dùng vật liệu hàn có nhiệt độ nóng chảy bằng hoặc thấp hơn kim loại cơ bản, tức là có hàm lượng các nguyên tố hợp kim cao hơn. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 13 ĐHBK Hanoi 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.3 Vật liệu hàn nhôm t ứ m n ả y c ạ nh Độ Al Tỷ lệ % nguyên tố hợp kim HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 14 ĐHBK Hanoi 7
8. 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm •Trước khi hàn: làm sạch lớp dầu mỡ bảo quản. Tẩy bằng aceton hoặc dung môi khác trong khoảng rộng 100÷150 mm từ mép. Lớp oxit bên dưới lớp dầu mỡ được tẩy trong khoảng rộng 25÷30 mm bằng phương pháp cơ học (giấy ráp, bàn chải thép không gỉ có đường kính sợi < 0,15 mm). •Cóthể dùng hóa chất để khử oxit (tẩm thực 0,5÷1 phút) trong dung dịch 1 lít nước: 50 g NaOH, 45 g NaF. Sau đóxối nước (1÷2 phút) và trung hòa bằng dung dịch axit nitric 30÷35% (với hợp kim Al- Mn) hoặc dung dịch axit khác (sổ tay về hàn). Sau đóxối lại bằng nước và sấy khô bằng không khí nóng 80÷90 oC. • Sau khi làm sạch bề mặt, chi tiết phải được hàn trong vòng 3÷4 tiếng đồng hồ. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 15 ĐHBK Hanoi 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm Với dây hàn, làm sạch như sau: •Rửa bằng dung dịch khử dầu mỡ; tẩm thực trong dung dịch 15% NaOH ở 60÷70 oC; rửa trong nước, sấy khô, khử khí ở 350 oC trong 5÷10 tiếng đồng hồ trong chân không 10÷3 mm Hg (0,13 Pa). •Cũng có thể thay chân không bằng nung trong không khí ở 300oC trong 10÷30 phút. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 16 ĐHBK Hanoi 8
9. 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm Hàn hồ quang tay: •Chủ yếu cho hàn các kết cấu chịu tải trọng nhỏ từ nhôm kỹ thuật và hợp kim nhôm loại Al-Mn, Al-Mg với hàm lượng Mg dưới 5%, và hợp kim đúc Al-Si. • Dòng một chiều cực nghịch. Trước khi hàn cần nung nóng sơ bộ (250÷300 oC với chiều dày trung bình, và 400 oC với chiều dày lớn), cho phép hàn ngấu với cường độ dòng hàn trung bình. Khi hàn các kết cấu lớn, thường chỉ nung nóng sơ bộ một phần. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 17 ĐHBK Hanoi 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm Hàn hồ quang tay: •Liên kết hàn thông dụng nhất: giáp mối. •Liên kết chồng và chữ T: nên tránh vì xỉ hàn có thể chảy vào khe, khó loại bỏ (bằng cách rửa) sau khi hàn, dễ gây ăn mòn kết cấu. •Chiều dày tối thiểu có thể hàn hồ quang tay: 4 mm. Khi chiều dày 20 mm, vát mép với góc 70÷90 o, chiều cao không vát mép 3÷5 mm và khe đáy 1,5÷2 mm. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 18 ĐHBK Hanoi 9
10. 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm • Hàn hồ quang tay: • Hàn nhôm nhanh gấp 2÷3 lần hàn thép. •Vỏ bọc que hàn: điện trở lớn; nếu hồ quang tắt, trên miệng vũng hàn và đầu que hàn sẽ hình thành lớp xỉ cứng, khó gây lại hồ quang. Vì vậy cần hàn liên tục. Không dao động ngang. • Để bảo đảm bắn tóe tối thiểu, jmax = 60 A/mm. Liên kết chồng và hàn chữ T được hàn với chế độ như hàn giáp mối có cùng chiều dày hàn từ 2 phía. •Hàn đính: thực hiện có nung nóng sơ bộ tới 150÷250 oC. Cần làm sạch xỉ hàn và oxit. Sau khi hàn: rửa sạch xỉ hàn bằng nước nóng và bàn chải lông. Để mối hàn có độ bóng bình thường, cần tẩm thực sau khi hàn trong dung dịch axit nitric 5÷10%. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 19 ĐHBK Hanoi 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm • Hàn hồ quang tay: Chiều dày, mm Que hàn, mm Dòng hàn, A điện áp hàn, V 6 5 280÷300 30÷34 8 6 300÷320 30÷34 10 6÷7 320÷380 30÷34 12 8 350÷450 32÷36 14 8 400÷450 32÷36 16 8 400÷450 32÷36 18 8÷10 450÷500 32÷36 20 8÷10 500÷550 32÷36 HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 20 ĐHBK Hanoi 10
11. 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm • Hàn trong môi trường khí bảo vệ •Phổ biến nhất trong chế tạo các kết cấu hợp kim nhôm quan trọng. • Các phương pháp hàn là – hàn tay hoặc hàn cơ giới bằng (TIG), –hàn tự động hoặc bán tự động (MIG). •Khíbảo vệ được sử dụng là Ar (99,98%) hoặc He (99,985%); khi hàn TIG, có thể dùng hỗn hợp của hai loại khí đó. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 21 ĐHBK Hanoi 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm Hàn TIG: • Dòng xoay chiều. • Điện cực W,đường kính ∅ d = 2÷6 mm, chiều dày t < 12 mm. • Khi t < 3 mm, có thể hàn một lượt có sử dụng đệm lót bằng thép. •Với t = 4÷6 mm, nên hàn từ hai phía, và với t = 6÷7 mm trở lên, cần vát mép hàn theo dạng V hoặc X. • Khi hàn tay, với tmax = 5÷6 mm, điện cực có đường kính từ 1,5÷5 mm. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 22 ĐHBK Hanoi 11
12. 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm Hàn TIG: • Dòng điện hàn tối đa I = (60÷65)d. Tốc độ hàn 8÷12 m/h. • Dây hàn phụ dd = 1÷5 mm. Để bảo vệ hữu hiệu vùng hàn, cần có một lượng khí tối ưu (tra bảng). Độ tin cậy của quá trình hàn còn phụ thuộc vào đường kính và dạng chụp khí trên mỏ hàn, khoảng cách từ miệng chụp khí đến bề mặt vật hàn v.v. Có thể chọn cỡ chụp khí D (đường kính miệng) như sau: d [mm] 2÷3 4 5 6 D [mm] 10÷12 12÷16 14÷18 16÷22 • t = (0,8÷2 mm), cần hàn gấp mép. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 23 ĐHBK Hanoi 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm • Khi hàn bằng tay, góc nghiêng giữa điện cực và dây hàn phụ là 90o. • Điện cực W không dao động ngang. Chiều dài hồ quang tối đa 1,5÷2,5 mm. •Khoảng nhô ra của đầu điện cực khỏi miệng vòi phun của chụp khí 1÷1,5 mm khi hàn giáp mối và 4÷8 mm khi hàn mối hàn góc (liên kết góc và liên kết chữ T). HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 24 ĐHBK Hanoi 12
13. 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm • Kích thước vũng hàn giữởmức tối thiểu. •Với t 20 5 30o – 40o < 15 5 HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 26 ĐHBK Hanoi 13
14. 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm Hàn MIG: •Hiệu quả cao khi t ≥ 4. • Dòng một chiều cực nghịch (bắn phá catod màng Al2O3 bắng các ion dương). • So với hàn TIG, cơ tính mối hàn thấp hơn do điện cực bị nung nóng quá mức (ví dụ với hợp kim Al-Mg, độ bền kim loại mối hàn giảm 15%). Tuy nhiên có ưu điểm khử tạp chất (oxit nhôm) tốt, và có năng suất cao. • Dây hàn ∅ d = 1,2÷1,5 mm. Với các dây có lớn hơn, quá trình hàn chỉổn định khi dòng điện hàn có cường độ cao hơn 130÷140 A, cho phép hàn hàn một lượt các tấm có chiều dày 4÷5 mm. Khi hàn ở tư thế hàn ngang hoặc hàn trần, cần giảm cường độ dòng điện hàn 10÷15%. •Khoảng cách từ miệng chụp khí đến bề mặt vật hàn là 5÷15 mm. •ArHK9 - 2005-2006 hoặc hỗn hợp Ar Ngô + Lê 30÷70% Thông, B/m HànHe CNKL, (cho hàn các tấm dày). 27 ĐHBK Hanoi 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm Hàn MIG: •Chế độ hàn tiêu biểu: hầu hết hợp kim nhôm được hàn bằng chế độ dịch chyển tia có dòng bình thường hoặc dòng xung. •Mật độ dòng điện hàn 80÷480 A/mm2. • Các ưu điểm của dịch chuyển tia là ngấu tốt; hồ quang cứng, hẹp và ổn định dễ hàn ở các tư thế hàn khác nhau, có thể hàn mối hàn góc nhỏ trên chiều dày lớn. • Dòng xung dạng tia dùng cho chiều dày 0,75÷3 mm hoặc cho hàn tấm mỏng lên tấm dày. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 28 ĐHBK Hanoi 14
15. 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm Hàn tự động trên lớp thuốc hàn: •Chế tạo các kết cấu kiểu thùng chứa (xitec), nồi hơi, v.v. từ nhôm kỹ thuật và hợp kim Al-Mn có chiều dày 10÷30 mm. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 29 ĐHBK Hanoi 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm Hàn tự động trên lớp thuốc hàn: •Thuốc hàn dẫn điện, gồm hỗn hợp các loại muối của các nguyên tố halogen với Na, K, Ba, Ca và cryolit (3NaF.AlF3). ví dụ AH-A1: KCl 50, NaCl 20, Cryolit 30. •Chiều sâu ngấu lớn (gấp 2÷3 lần so với hàn thép). Vì vậy không cần nung nóng sơ bộ trước khi hàn. •Cóthể sử dụng 1 hoặc 2 điện cực. Khi hàn bằng 1 điện cực, thường tiến hành hàn trên tấm đệm thép để tạo dáng mối hàn do tính chảy loãng cao của nhôm. Hàn thường được tiến hành từ 2 phía. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 30 ĐHBK Hanoi 15
16. 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm Hàn tự động trên lớp thuốc hàn: •Hàn bằng 2 điện cực (điện cực kép), sẽ tăng đưọc kích thước vũng hàn và thời gian lưu kim loại ở trạng thái nóng chảy, giảm được hiện tượng rỗ khí. • Dòng một chiều cực nghịch và nguồn điện hàn có đặc tuyến thoải hoặc cứng. • Để bảo đảm tạo dáng tốt mối hàn và dễ loại bỏ xỉ sau khi hàn, chiều cao lớp thuốc hàn được khống chế chặt. Xỉ hàn phải phủ kín mối hàn thành một lớp mỏng. •Cần sử dụng các tấm công nghệ để bắt đầu và kết thúc mối hàn. • Xe hàn chuyên dụng: có hộp chứa thuốc hàn kèm theo bộ phận tạo liều thuốc, cơ cấu cấp dây kiểu kéo, đầu dẫn dây đặc biệt và bộ phận hút khói hàn. Cơ tính mối hàn tốt. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 31 ĐHBK Hanoi 8.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 8.1.4 Công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm và hợp kim nhôm Hàn tự động dưới lớp thuốc hàn: •Hàn dưới lớp thuốc: hồ quang kín, sử dụng mật độ dòng điện hàn cao, có chiều sâu ngấu lớn, vì vậy không cần vát mép. • Khi hàn sử dụng điện cực kép với dòng điện hàn một chiều cực nghịch hoặc dòng xoay chiều. •Thuốc hàn tiêu biểu: NaCl (17), KCl (43), Cryolit (36), SiO2 (4) hoặc NaCl (15), KCl (38), Cryolit (43), SiO2 (1), CaF2 (3). HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 32 ĐHBK Hanoi 16
17. 8.2 Công nghệ hàn hợp kim manhê 8.2.1 Đặc điểm và tính chất của kim loại cơ bản 8.2.2 Tính hàn của hợp kim manhê 8.2.3 Công nghệ và kỹ thuật hợp kim manhê HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 33 ĐHBK Hanoi 8.2 Công nghệ hàn hợp kim ma nhê 8.2.1 Đặc điểm và tính chất của kim loại cơ bản – Mg không có chuyển biến thù hình ở trạng thái rắn. Tnc = 649 oC –Mạng tinh thể lục giác xếp chặt (tỷ lệ c/a = 1,624). Do đó ở nhiệt độ thấp, tính dẻo của Mg không cao. –Tại vùng nhiệt độ bình thường và nhiệt độ thấp, biến dạng trượt của Mg chỉ xảy ra theo một mặt phẳng. Nung đến 200÷300 oC, xuất hiện thêm hai mặt phẳng trượt và một mặt phẳng song tinh, làm cho tính dẻo của ma nhê tăng. – Tính hàn kém của Mg xuất phát từ dẻo thấp của nó. – Tính gia công cơ tốt; tính đúc và cơ tính không cao của nó ảnh hưởng đến khả năng sử dụng Mg nguyên chất làm kim loại kết cấu. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 34 ĐHBK Hanoi 17
18. 8.2 Công nghệ hàn hợp kim ma nhê 8.2.1 Đặc điểm và tính chất của kim loại cơ bản – Mg bền vững trong: dung dịch kiềm, hợp chất fluo, cồn, dầu hỏa, xăng và mỡ công nghiệp. –Với nhiều kim loại, Mg tạo hợp kim có cơ tính và khả năng chống ăn mòn cao hơn Mg nguyên chất. Hợp kim Mg: chống dao động cao hơn 100 lần so với hợp kim nhôm và 20 lần cao hơn thép không gỉ. –Với khối lượng riêng nhỏ, đây chính là các thế mạnh của hợp kim Mg để làm vật liệu kết cấu có thể hàn được. – Các hợp kim nhẹ từ Mg: vật liệu chế tạo trong ngành hàng không, đường sắt và vận tải ô tô. Ngoài ra các hợp kim Mg đúc áp lực: các khí cụ quang học và chính xác. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 35 ĐHBK Hanoi 8.2 Công nghệ hàn hợp kim ma nhê 8.2.1 Đặc điểm và tính chất của kim loại cơ bản • Các nguyên tố hợp kim chủ yếu Mn, Al, Zn, và Zr, Ce. • Độ bền của hợp kim Mg với (1,3÷2,5%) Mn: σB = 206÷225 MPa; σT = 88÷108 MPa; δ = 10%. •Hợp kim của Mg với Al, Zn, Mn (7÷9 % Al, < 1,5% Zn, < 0,8% Mn) có cơ tính σB = 255÷294 MPa; σT = 137÷147 MPa; δ = 5÷8%. Các tấm cán ở trạng thái ủ. Ngoài ra, còn có các hợp kim đúc. •Hàn Mg được sử dụng trong sửa chữa khuyết tật vật đúc. Các sản phẩm này có xu hướng bị rỗ khí, nứt nóng và rỗ do co ngót khi hàn. •Hợp kim Mg bị oxi hóa mạnh trong không khí. Lớp oxit bề mặt không bền vững và thường được làm sạch trước khi hàn bằng phương pháp cơ học (30 mm về mỗi bên mép hàn). Sau khi hàn, phải tiến hành bảo vệ bề mặt bằng lớp màng bảo vệ của axit cromic (mà trước khi hàn đã được loại bỏ). HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 36 ĐHBK Hanoi 18
19. 8.2 Công nghệ hàn hợp kim ma nhê 8.2.2 Tính hàn của hợp kim manhê – Màng oxit MgO (nóng chảy 2500 oC) cản trở quá trình hàn. Để loại bỏ màng này, phải dùng thuốc hàn hoặc hiệu ứng bắn phá catod (điện cực W, khí trơ, dòng xoay chiều). –Xu hướng nứt nóng (nứt kết tinh) do hình thành cùng tinh có nhiệt độ nóng chảy thấp (MgCu: 485 oC; MgAl: 436 oC; MgNi: 508 oC (Mg nóng chảy ở 680 oC). Do đó, phần đầu và phần cuối mối hàn cần được thực hiện bên ngoài mối hàn chính (sử dụng các bản dẫn). – Trình tự hàn: sau khi hàn xong các mối hàn dài và lớn HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 37 thì mới hàn các mối ĐhànHBK Hanoi ngắn và có tiết diện nhỏ. 8.2 Công nghệ hàn hợp kim ma nhê 8.2.2 Tính hàn của hợp kim manhê –Xu hướng của hợp kim Mg, đặc biệt là hợp kim chứa Mn bị tăng kích thước hạt trong vùng ảnh hưởng nhiệt. Do đó không nung nóng kim loại quá mức (các mối hàn không nên giao nhau, khi hàn nhiều lớp nên có thời gian đủ cho kim loại nguội giữa các lớp hàn). –Xu hướng hấp thu khí hoạt tính của kim loại nóng chảy và phát sinh rỗ khí. Cần bảo vệ khỏi tác dụng của không khí. –Hệ số dãn nở nhiệt cao. Kết cấu hàn dễ bị biến HK9 - 2005-2006dạng. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 38 ĐHBK Hanoi 19
20. 8.2 Công nghệ hàn hợp kim ma nhê 8.2.2 Tính hàn của hợp kim manhê –Xu hướng nứt do ăn mòn dưới ứng suất: •Hợp kim Mg chứa nhôm dễ bị ăn mòn dưới ứng suất trong vùng ảnh hưởng nhiệt. Khửứng suất dư sau khi hàn (250 oC). •Hợp kim Mg chứa Zr và Th không gặp phải vấn đề này. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 39 ĐHBK Hanoi 8.2 Công nghệ hàn hợp kim ma nhê 8.2.3 Công nghệ và kỹ thuật hợp kim manhê • Các loại quá trình hàn: Chủ yếu là hàn TIG, MIG. • Khí bảo vệ có độ tinh khiết cao: Ar (99,99% hoặc 99,98%), He (99,985%). Điện cực W có pha LaO hoặc Y2O3. Dòng xoay chiều. Dây hàn phụ có thành phần gần giống kim loại cơ bản hoặc có chứa Ce (để bảo đảm tính dẻo kim loại mối hàn). •Với chiều dày dưới 3 mm, khi hàn không cần vát mép; đường kính điện cực de = 2÷3 mm; dòng điện hàn I = (30÷40).de; lưu lượng khí bảo vệ 7÷9 l/min. •Với chiều dày từ 3÷6 mm, dạng vát mép là dạng chữ V, và từ 6 mm trở lên, dạng vát mép chữ X với mặt đáy 1,5÷2 mm. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 40 ĐHBK Hanoi 20
21. 8.2 Công nghệ hàn hợp kim ma nhê 8.2.3 Công nghệ và kỹ thuật hợp kim manhê t – t – – t – t – HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 41 ĐHBK Hanoi 8.2 Công nghệ hàn hợp kim ma nhê 8.2.3 Công nghệ và kỹ thuật hợp kim manhê 0 - 3 Chuẩn bị liên kết hàn HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 42 ĐHBK Hanoi 21
22. 8.2 Công nghệ hàn hợp kim ma nhê 8.2.3 Công nghệ và kỹ thuật hợp kim manhê •Làm sạch trước khi hàn: –Hợp kim Mg thường được phủ bảo vệ bằng lớp dầu, bề mặt tẩm thực axit, v.v. –Cần làm sạch lớp bảo vệ bề mặt, oxit và bẩn bám chỗ mép cần hàn. –Dầu, mỡ, v.v.: loại bỏ bằng rửa trong dung môi hữu cơ hoặc hơi hydrocacbon chứa clo. Sau đólàtẩm thực. Sau cùng là dùng bản chải thép không gỉ để làm sạch cơ học. •Vật liệu hàn: –Vật liệu kim loại hàn cần có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn và dải nhiệt độ kết tinh rộng hơn so với kim loại cơ bản (bảo đảm tính hàn và giảm thiểu nguy cơ nứt) HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 43 ĐHBK Hanoi 8.2 Công nghệ hàn hợp kim ma nhê 8.2.3 Công nghệ và kỹ thuật hợp kim manhê Nung nóng sơ bộ: – Nhu cầu nung nóng sơ bộ liên quan chủ yếu đến độ cứng vững của liên kết hàn. –Nhiệt độ nung nóng sơ bộ tối đa không vượt quá nhiệt độ nhiệt luyện hòa tan dung dịch rắn để tránh suy giảm cơ tính. – Các vật đúc loại có thể nhiệt luyện hòa tan dung dịch rắn hoặc loại hoàn tan dung dịch rắn kết hợp HK9 - 2005-2006với hóa già: nung Ngô Lênóng Thông, B/msơ Hànbộ CNKL,trong lò và hàn ngay 44 sau khi đưa ra khỏi lò.ĐHBK Hanoi 22
23. 8.2 Công nghệ hàn hợp kim ma nhê 8.2.3 Công nghệ và kỹ thuật hợp kim manhê Hàn TIG: Thích hợp cho hàn tấm mỏng. Khống chế năng lượng đường dễ hơn so với hàn MIG. Khí bảo vệ: Ar, He, hoặc Ar + He Chiều dày, Loại kiên Số đường Dòng hàn, ∅ điện cực ∅ dây hàn mm kết hàn A W, mm phụ, mm 1 A 1 35 1,5 2,5 1,5 A 1 50 2,5 2,5 2 A 1 75 2,5 2,5 2,5 A 1 100 2,5 2,5 3,0 A 1 125 2,5 3,0 A: liên kết giáp mối không vát mép, không có khe đáy Khí bảo vệ: Ar. He cần dòng nhỏ hơn từ 20÷30 A HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 45 ĐHBK Hanoi 8.2 Công nghệ hàn hợp kim ma nhê 8.2.3 Công nghệ và kỹ thuật hợp kim manhê Hàn TIG: Chiều dày, Loại kiên Số đường Dòng hàn, ∅ điện cực ∅ dây hàn mm kết hàn A W, mm phụ, mm 5,0 A 1 160 3,0 3,0 6,0 B 2 175 4,0 3,0 9,5 B 3 175 4,0 4,0 9,5 C 2 200 5,0 3,0 12,5 B 3 175 4,0 4,0 12,5 C 2 250 5,0 3,0 A: liên kết giáp mối không vát mép, không có khe đáy; B: liên kết giáp mối vát mép chữ V, mặt đáy 1,5 mm, không có khe đáy; C: liên kết giáp mối vát chữ X, mặt đáy 2,5 mm, không có khe đáy; Khí bảo vệ: Ar. He làm giảm dòng từ 20÷30 A HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 46 ĐHBK Hanoi 23
24. 8.2 Công nghệ hàn hợp kim ma nhê 8.2.3 Công nghệ và kỹ thuật hợp kim manhê Hàn TIG: •Ngăn màng MgO xuất hiện ở phía sau mép hàn, cần nung chảy toàn bộ mép hàn và sử dụng tấm đệm lót làm từ kim loại có tính dẫn nhiệt kém (thép không gỉ) và để bảo vệ từ phía sau mối hàn. •Do đó, các liên kết giáp mối tốt hơn các liên kết kiểu khác. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 47 •Chiều dài hồ quang ĐđHBKượ Hanoic giữ ở mức tối thiểu 8.2 Công nghệ hàn hợp kim ma nhê 8.2.3 Công nghệ và kỹ thuật hợp kim manhê Hàn MIG: •Tốc độ hàn lớn hơn so với hàn bằng điện cực W từ 2÷3 lần (giảm biến dạng). • Khí bảo vệ: Ar. Hỗn hợp Ar + He để tăng chiều sâu chảy. •Dịch chuyển ngắn mạch, tia xung, và tia. Trong dải cường độ chuyển tiếp giữa dịch chuyển ngắn mạch và dịch chuyển tia, nếu không dùng xung, hồ quang sẽ không ổn định, dẫn đến dịch chuyển giọt lớn, không thích hợp cho hàn Mg. •Dải điện áp thích hợp cho dịch chuyển ngắn mạch: 13÷16 V; cho dịch chuyển xung tia: 17÷23 V, và cho dịch chuyển tia: 24÷28 V. HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 48 ĐHBK Hanoi 24
25. 8.2 Công nghệ hàn hợp kim ma nhê 8.2.3 Công nghệ và kỹ thuật hợp kim manhê Hàn MIG: –Dịch chuyển ngắn mạch: hàn tấm mỏng –Dịch chuyển tia: hàn tấm dày –Dịch chuyển xung tia: cho tấm có chiều dày trung bình. Chiều dày tấm, mm ∅ dây hàn, mm Ngắn mạch Xung tia Tia 1,0 0,75÷1,5 1,5÷2,25 4,0÷6,25 1,2 1,00÷1,75 1,75÷3,00 5,0÷6,25 1,6 1,5÷2,25 2,5÷6,25 5,0÷7,5 2,4 2,25÷5,00 5,0÷8,0 > 7,5 HK9 - 2005-2006 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 49 ĐHBK Hanoi 25