Công nghệ hàn nước – Underwater welding Hàn nước gì? Hàn nước phương pháp hàn hồ quang điện đặc biệt tiến hành nước Que hàn có hai lớp thuốc bọc: lớp bên có tính thuốc bọc que hàn thông thường, lớp bên có tính cách nước Một đặc điểm hàn nước thường có chiều dài mối hàn ngắn Phương pháp hàn nước sử dụng tất trình từ xây dựng sửa chữa, lắp đặt bảo trì Hàn nước khai thác dầu khí Nguyên lý hàn nước Phương pháp hàn nước dựa vào khả cháy ổn định hồ quang bong bóng khí làm mát cực môi trường nước xung quanh Nhiệt hồ quang tạo que hàn vật hàn làm nóng chảy vật liệu Sự nóng chảy Lõi que hàn, hạt kim loại có thuốc bọc phần vật liệu tạo nên vũng hàn đông đặc thành mối hàn Ưu nhược điểm hàn hồ quang nước Ưu điểm Ưu điểm lớn phương pháp thao tác môi trường nước ☺ Có khả linh hoạt nước, có tính linh động cao ☺ Có thể hàn nhiều vị trí, tư ☺ Vùng ảnh hưởng nhiệt phương pháp nhỏ Nhược điểm ☹ Công tác chuẩn bị trước hàn phức tạp ☹ Việc thi công hàn nước gặp nhiều khó khăn, trở ngại ☹ Chất lượng mối hàn chủ yếu phụ thuộc vào trình độ tay nghề thợ hàn ☹ Thiết bị phục vụ cho công tác hàn nhiều tốn ☹ Độc hại cho môi trường, đặc biệt nguồn nước ☹ Khó quan sát hàn Hàn hồ quang nước phương pháp hiệu sử dụng phương pháp làm nóng chảy điểm hàn sau hóa cứng mối hàn cách sử dụng dòng hồ quang có mật độ lượng cao Tuy nhiên tan chảy đông cứng nhanh chóng gây ảnh hưởng đến tính kim loại mối hàn Do sử dụng phương pháp hàn nước cần phải ý đến tốc độ làm mát cực nhanh gây môi trường nước xung quanh ảnh hưởng môi trường giàu khí hidro gây dòng hồ quang Áp suất cao gây ảnh hưởng đến dòng hồ quang Đây yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn phương pháp hàn nước Phân loại hàn nước Có số phương pháp để phân loại hàn nước phương pháp phân loại theo môi trường hàn Chúng ta phân loại thành loại sau: Phân loại hàn nước Hàn giếng kín (Cofferdam) Phương pháp dùng buồng khô để chứa toàn vùng hàn có lỗ mở mực nước biển, áp lực môi trường xung quanh bên giống áp lực bề mặt Chúng ta thấy phương pháp áp dụng dễ dàng với mối hàn gần bề mặt nước Phương pháp hàn tương tự phương pháp hàn không khí bình thường Hàn buồng kín (Atmospheric pressure) Giống phương pháp nhiên buồng đóng sử dụng Nước đẩy nhờ áp suất khí Lúc áp suất khí bên giảm xuống với mức áp suất khí Phương pháp hàn tương tự phương pháp hàn không khí bình thường Phương pháp hàn buồng kín với áp suất cao (Hyperbaric) Áp lực bên buồng giữ áp suất cao so với áp lực môi trường xung quanh Phương pháp hàn phù hợp với áp lực cao cần sử dụng trường hợp Phương pháp đòi hỏi chi phí cao thời gian để thiết lập điều kiện hàn tốt độ sâu lớn Phương pháp hàn khô điểm hàn (Local dry) Phương pháp sử dụng thiết bị đặc biệt để tạo tình trạng khô khoảng hàn Tất khu vực bao quanh mối hàn nằm môi trường nước Phương pháp tiết kiệm chi phí so với phương pháp hàn buồng kín, nhiên phải quan tâm đến khả làm khô, đảm bảo tính mối hàn Hàn ướt đơn Đây phương pháp hàn đơn giản nhất, có khó khăn việc đảm bảo chất lượng mối hàn Các rủi ro hàn nước: Có thể xảy rủi ro bị điện giật cho thợ hàn/thợ lặn Cần đưa biện pháp đề phòng bao gồm tiêu chuẩn cách điện thích hợp cho thiết bị hàn, thiết bị đóng ngắt, cắt nguồn điện tắt hồ quang giới hạn điện áp mạch hở thích hợp cho máy hàn Rủi ro thứ hai hydro oxy tạo hồ quang hàn ướt Cần phòng ngừa khả hình thành túi khí, tạo nguy gây nổ Rủi ro khác ảnh hưởng tới thợ hàn/thợ lặn từ nitơ thâm nhập vào máu tiếp xúc với không khí áp suất gia tăng Biện pháp phòng ngừa cung cấp nguồn khí dự phòng buồng giảm áp để tránh nguy rơi vào trạng thái mê man nitơ gây nên lên bờ nhanh Với kết cấu hàn nước phương pháp hàn ướt, việc kiểm tra mối hàn khó khăn Việc đảm bảo chất lượng mối hàn đồng không dễ dàng mối hàn có khuyết tật không phát Hàn ma sát Định nghĩa hàn ma sát Hàn ma sát trình hàn áp lực ,sử dụng nhiệt ma sát sinh bề mặt tiếp xúc giửa hai chi tiết chuyển động tương để nung mép hàn đến trạng thái chảy dẻo ,sau dùng lực ép để ép hai chi tiết lại với làm cho kim loại mép hàn khuếch tán sang tạo thành mối hàn.Hàn ma sát Hàn ma sát ✪ Khi bề mặt vật thể chuyển động tương tác dụng lực ép lượng học chuyển thành nhiệt ✪ Ma sát hàn ma sát khô Tên gọi khác ✪ Tiếng anh:Friction welding/Friction Stir Welding ✪ Pháp:Soudage par friction ✪ Đức ReibschweiBen Các phương pháp hàn ma sát: ✪ Hàn ma sát quay ✪ Hàn ma sát tịnh tuyến ✪ Hàn ma sát ngoáy Ưu điểm hàn ma sát ✪ Ít hao phí vật liệu ,tiết kiệm kim loại ✪ Thời gian hàn cực nhanh ,năng suất cao ✪ Không phát xạ độc hại(khói độc, bắn tóe,bức xạ điện tử ngoại, ) ✪ Khả chế tạo lại điều khiển thông số trình hàn tốt ✪ Không cần bổ sung kim loại phụ ✪ Dễ dàng tích hợp trình hàn vào dây chuyền sản xuất tự động ✪ Độ xác chi tiết hàn cao (kể hàn tiết diện đặc biệt ) ✪ Hàn kim loại khác loại với ✪ Cơ tính mối hàn tốt ✪ Hàn loại tiết diện khác ✪ Môi trường sản xuất ✪ Không yêu cầu cao tay nghề công nhân ✪ Khuyết tật mối hàn ✪ Không cần yêu cầu tiết diện chi tiết phải giống Nhược điểm hàn ma sát: ✪ Mối hàn lồi bavia nên công cắt bỏ ✪ Chiều dài chi tiết hàn bị giảm ✪ Thiết bị hàn đắt tiền ✪ Kích thước chi tiết hàn bị hạn chế ✪ Kông hàn kết cấu phức tạp Phạm vi ứng dụng Chủ yếu hàn chi tiết dạng thanh, ống, trục Lịch sử phát triển Kỹ thuật người thợ tiện Nga Xô tên AI Chudikov phát vào năm 1954 Sau nhiều lần thực nghiệm, ông thành công ✪ Từ năm 1956, kỹ thuật đưa vào nghiên cứu Sở nghiên cứu kỹ thuật hàn Soviet (VNIESO) coi kỹ thuật bí mật Nga ✪ Năm 1960, thông tin kỹ thuật lọt vào tay Kỹ thuật Điều tra Đoàn Nhật đoàn điều tra Nga, (trong năm thập kỷ (19)70, phủ Nhật hỗ trợ thành lập đoàn điều tra kỹ thuật, cử kỹ sư giỏi tham quan xí nghiệp ngoại quốc để học tập, thực dạng điệp viên kinh tế), thông tin kỹ thuật chuyển Tokyo Hiệp hội nghiên cứu kỹ thuật hàn Anh Quốc (BWRA) ✪ Năm 1961 người Nhật công bố kỹ thuật hàn ma sát xoay bắt đầu ứng dụng rộng rãi kỹ thuật chế tạo phụ tùng xe ✪ Năm 1962, hãng chế tạo máy dệt Toyota bắt đầu đưa vào chế tạo máy hàn ma sát xoay hàng loạt dạng Brake ✪ Năm 1964, thiết lập Hội nghiên cứu hàn ma sát, bắt đầu nghiên cứu hàn ma sát nhiều loại vật liệu khác nhau, tạo sở lý thuyết cho đời quy chuẩn hàn ma sát JIS 3607 ✪ Năm 1998 hãng Izumi ủy thác chế tạo toàn từ kỹ thuật bàn giao Toyota chế tạo thành công máy hàn ma sát NC Máy hàn ma sát có khả hàn loại vật liệu khác với đường kính nhỏ 1.6mm Có thể nói kỹ thuật người Nga khởi đầu người Nhật cải tiến ứng dụng thành công Hàn ma sát quay Hàn ma sát quay loại hàn phổ biến hàn ma sát trở thành tiêu chuẩn công nghiệp hàn ống khoan, cần khoan, trục bánh xe, trục quay, cần piston Hàn ma sát xoay bao gồm việc giữ phận quay phận khác đưa chúng lại gần Thứ tự phương pháp hàn sau: Khâu chuẩn bị Khâu chuẩn bị hàn ma sát xoay Một phận giữ cố định, phận khác giữ mâm cặp xoay Bước quay Bước quay hàn ma sát quay Mâm cặp tăng tốc độ xoay bắt đầu tiếp xúc với phận cố định Bước quay Bước quay hàn ma sát quay Lực ép tiếp tục tăng kim loại dẻo bắt đầu bị đẩy khỏi bề mặt tiếp hàn tiếp xúc Bước tiếp tục lúc lượng kim loại dẻo vừa đủ đẩy Bước rèn Bước rèn hàn ma sát quay Mâm cặp ngừng xoay, lực nén tăng, hai phần kim loại bắt đầu rèn với Kết thúc Kết thúc hàn quay Quá trình hàn kết thúc, toàn mối hàn trở thành đồng Hàn ma sát xoay phương pháp linh động, khả dụng với loại kim loại khác Các tham số ảnh hưởng đến mối hàn bao gồm: tốc độ xoay, lực nén, thời gian xoay tùy chất liệu kích cỡ mối hàn mà người ta điều chỉnh cho thích hợp Hàn nhiệt nhôm Định nghĩa Hàn nhiệt nhôm (Exothermic welding hay exothermic bonding, thermite welding (TW)) thuộc trình hàn nóng chảy Quá trình hàn dựa sở nhiệt sinh từ phản ứng khử ôxit kim loại nhôm 3CuO + 2Al → 3Cu + Al2O3 + Heat (Quá trình phản ứng với oxit đồng) Phản ứng nhiệt nhôm thường sử dụng cho hàn dây nối đồng, áp dụng cho hàn kim loại khác thép không gỉ, gang, thép, đồng thau, đồng đỏ…Nó đặc biệt hữu dụng hàn hai kim loại khác Tên thương mại phương pháp là: Ultraweld, Cadweld, Techweld Thermoweld Hàn nhiệt nhôm Đặc điểm ✪ Thể tích hàn lớn ✪ Thời gian kết tinh vũng hàn lâu thu tổ chức đúc, đảm bảo tính mối hàn ✪ Hàn nhiệt nhôm điều khiển từ xa giảm thiểu rủi ro cho người thực ✪ Tuy nhiên phương pháp đỏi hỏi phải thay khuôn đúc, gặp bất lợi gặp điều kiện thời tiết xấu làm việc trời Phạm vi ứng dụng ✪ Ngày ứng dụng phương pháp hàn đường ray xe lửa Lịch sử phát triển ✪ Nó phát triển Hans Goldschmidt khoảng năm 1895 ✪ Kim loại màu ứng dụng cho hàn nhiệt nhôm phát triển vào năm 1938 Tiến sĩ Charles Cadwell, chuyên gia viện khoa học ứng dụng (Trường Đại học Case Western Reserve), Cleveland, Ohio Việc sử dụng trình hàn đường ray xe lửa ✪ John H Deppeler Jr người cấp sáng chế Mỹ số1671412 Các bước hàn nhiệt nhôm Hàn nhiệt nhôm phương pháp hiệu quả, có tính di động cao, phương pháp áp dụng cho hàn chi tiết thép kết cấu ray đường sắt Bản chất hàn nhiệt nhôm trình đúc Nhiệt độ đầu vào cao đặc điểm trình luyện kim hàn nhiệt nhôm làm cho phương pháp phù hợp với hàn thép độ cứng cao Hàn nhiệt nhôm thường ứng dụng làm hệ thống đường ray tàu hỏa Hàn nhiệt nhôm trình yêu cầu người thực phải có kỹ Phương pháp hàn vận hành công nhân có chứng phương pháp hàn Tùy loại mối hàn mà chi tiết trình khác nhau, trình hàn nói chung chia thành công đoạn sau: Chuẩn bị cẩn thận khe hở hai ray Khe hở cần đo thước thẳng, eke để đảm bảo mối hàn phẳng, thẳng Khuôn mẫu vật liệu chịu nhiệt sản xuất khớp với loại ray Nó kẹp cố định khoảng nối hai ray Giá lắp cho buồng đốt nhiệt nhôm gắn vào Khoang hàn bên khuôn làm nóng lửa gas-oxy với áp lực thời gian làm nóng quy định theo loại thép Chất lượng mối hàn hoàn toàn phụ thuộc vào trình nung nóng sơ Thành phần thuốc nhiệt nhôm sản xuất để dung cấp thép lỏng có tính chất kim loại phù hợp với tính chất kim loại đường ray hàn Sau hoàn tất trình gia nhiệt mối hàn, khay chứa thuốc nhiệt nhôm lắp lên miệng khuôn Quá trình phản ứng nhiệt nhôm xảy sau mồi giúp tạo thép nóng chảy Thép nóng chảy có nhiệt độ cao khoảng 2500 độ C tạo chảy xuống khoang mối hàn Liên kết hàn để làm mát tự nhiên khoảng thời gian quy đinh, sau khuôn mẫu lấy ra, phần thép thừa cắt thiết bị cắt thủy lực Khi khớp nối nguội làm sạch, loại bỏ phần dư thừa đảm bảo mặt mối hàn với mặt đường ray, hình dạng khớp với đường ray Các mối hàn kiểm tra trước đưa vào sử dụng Sau mối hàn kiểm tra chất lượng, đảm bảo yêu cầu tuổi thọ tương đương với tuổi thọ đường ray, bảo dưỡng sử dụng Phương pháp hàn nhiệt nhôm thực quanh năm, không cần thiết bị hạng nặng Nó đưa đến nới cần hàn đội hai người Tất thiết bị kể gas, khuôn mẫu, máy cắt thủy lực mang tới địa điểm làm việc xe bán tải bình thường Hàn tia điện tử Định nghĩa hàn chùm tia điện tử Hàn chùm tia điện tử (Electron beam welding (EBW) trình hàn nóng chảy,sử dụng lượng siêu cao chùm tia điện tử hội tụ mật độ lớn để làm nóng chảy mép hàn ,sau đông đặc ta thu liên kết hàn.Sơ đồ nguyên lý hàn chùm tia điện tử Nguyên lý hàn chùm tia điện tử Nguyên lý tạo chùm tia điện tử ✪ Khi hai điện cực chịu điện áp đủ lớn ,sẽ sinh chùm tia điện tử phóng từ cực âm sang cực dương ✪ Điện áp hai điện cực lớn tốc độ chùm tia điện tử cao ✪ Tia điện tử không bị tổn hao lượng chuyển môi trường chân không hội tụ mật độ lớn lượng chúng cao, khả xuyên thấu chúng lớn Ưu điểm ✪ Hàn chiều dày mỏng khoảng:0,01mm ✪ Chiều sâu ngấu đạt được: 200mm ✪ Tỷ lệ chiều rộng mối hàn/chiều sâu ngấu đến 1/40 ✪ Tốc độ hàn khoảng 200mm/s ✪ Biến dạng thấp ✪ Khả tạo mối ghép khác vật liệu Nhược điểm ✪ Phải thao tác buồng chân không dẫn đến:giá thành máy đắt, khó thực đường hàn phức tạp, khó khăn hàn vật hàn lớn ✪ Sự phát xạ tia X trình hàn gây nguy hại cho công nhân ✪ Làm bề mặt ,và phải chuẩn bị mép hàn khe hở ✪ Tốc độ nguội nhanh yếu điểm phương pháp hàn ✪ Hàn chùm tia điện tử hàn với kim loại áp xuất hóa cao nhiệt độ nóng chảy hợp kim kẽm, cadimi, magie đa số chất liệu kiem loại Lịch sử phát triển 1958, Steigerwald,lần công bố thiết bị hàn chùm tia điện tử Hàn tia điện tử phát triển ứng dụng nhiều lĩnh vực khác với đa dạng chungr loại, cấu tạo, kích cỡ, công suất Hàn tia laser Khái niệm Hàn laser (Laser welding/ Laser beam welding ) trình hàn nóng chảy ,sử dụng lượng chum tia ánh sáng đơn sắc hội tụ mật độ siêu cao để làm nóng chảy mép hàn sau kết tinh ta mối hàn Hàn Laze Hàn tia Laser Ưu điểm ✪ Thường hàn không cần vật liệu bổ xung ✪ Có thể hàn liên tục hàn xung, tốc độ hàn nhanh mà cẫn đảm bảo chất lượng mối hàn ✪ Hàn nhiều loại vật liệu kim loại nhu phi kim chất dẻo ,gốm… ✪ Liên kết hàn có biến dạng cực nhỏ lượng tập trung, tổn hao lượng thấp ✪ Vùng ảnh hưởng nhiệt, bề rộng mối hàn cực nhỏ lượng tập trung cao (tỷ lệ chiều sâu ngấu bề rộng mối hàn đến 10:1) ✪ Tốc độ hàn cao dễ khí hóa ,tự động hóa (CNC) ✪ Có thể hàn lượt với chiều dày vật liệu đến 30 mm ✪ Có thể hàn mỏng đến dày thiết bị nhờ điều chỉnh tiêu cự hệ thống laser ✪ Có thể hàn vật liệu kim loại, hợp kim khác ✪ Có thể hàn điều kiện có từ trường cao Nhược điểm ✪ Vật liệu có khả phản xạ ánh sáng cao làm lệch chùn tia laser làm giảm hiệu hàn ✪ Tốc độ nguội nhanh làm mối hàn có nguy rổ khí bị dòn ✪ Bức xạ nhiệt ,bức xạ tử ngoại , lớn gây nguy hiểm cho người đứng gần thiết bị ✪ Thiết bị đắt tiền ✪ Đầu tư đào tạo thợ vận hành, người bao dưỡng thiết bị cao, chi phí sửa chữa cao hạn chế việc công nghệ phổ biến rộng Ứng dụng hàn laser: ✪ Là phương pháp hàn tiến ,rất có triển vọng ,ứng dụng đa dạng ✪ Được ứng dụng rộng rãi công nghiệp chế tạo yêu cầu chất lượng cao ,độ xác cao công nghiệp vũ trụ, quân sự, y tế… ✪ Hàn chi tiết phức tạp: vành bánh với thân bánh răng, đồ trang sức, trục bậc, thiết bị xác, giáp mối ống,linh kiện điện tử, kim loại màu Nguồn laser CO2 Laser CO2 nguồn phát laser sử dụng hỗn hợp khí chủ yếu CO2 ( CO2 + He + N2 thêm H2, nước có Xenon ) làm môi trường kích hoạt laser Trong nguồn lượng kích thích điện tử hỗn hợp khí nguồn DC AC có tần số biến thiên nằm dải sóng radio Các phân tử Nito hỗn hợp khí nhận kích thích điện trường dao động chuyền dao động sang phân tử CO2 chúng va chạm với Các phân tử CO2 nhận lượng dao động tích luy đến mức phát xạ Heli hỗn hợp giúp làm nghèo hóa mức laser thấp đảm nhiệm chức truyền nhiệt thành ống Heli có hệ số truyền nhiệt lớn Điều giúp kéo dài tuổi thọ ống phóng Trong trình phóng điện CO2 thường bị phân rã thành Khí CO O2 điều làm cho thiết bị giảm dâng tuổi thọ người ta cho thêm hydro nước để giúp chuyển CO sinh dạng khí CO2 Sơ đồ cấu tạo nguồn Laser CO2 Laser CO2 có bước sóng 10.6 micro mét, phát tia có bước sóng từ đến 11 micro mét Năng lượng nguồn phát laser CO2 từ vài chục watt đến hàng ngàn Kilowatts hiệu xuất sử dụng lượng thường 10% cao hầu hết loại laser thể rắn thấp nhiều loại laser sử dụng diot Tùy lượng phát mà cấu tạo hệ thống laser CO2 khác Đối với laser lượng từ vài watt đến vài trăm watts, hệ thống tạo laser CO2 thường đặt hoàn toàn ống kín liền khối Các hệ thống có tuổi thọ đến vài ngàn phát Các hệ thống lớn có cấu tạo phức tạp ngày cải tiến, cung cấp laser lượng đến vài Megawatts sử dụng hệ thống vũ khí Ứng dụng laser CO2 ◉ Cắt chất liệu nhưa, gỗ, thủy tinh nguồn phát thường có công suất từ 20 đến 200W ◉ Cắt vật liệu kim loại thép, nhôm, đồng… Nguồn phát hàng chục hàng trăm kilowatts ◉ Khi nhãn, khắc bề mặt ◉ Laser CO2 sử dụng hoạt động giải phẫu thẩm mỹ Nguồn phát Laser Nd:YAG Laser Nd: YAG loại Laser rắn sử dụng thể pha lê Yttrium-Aluminum-Garnet phủ nguyên tố Neodymi vỏ trái đất để làm môi trường kích hoạt (gain medium) Nó phát bước sóng 1064 nm thuộc phổ hồng ngoại gần Laser Nd: YAG có chế độ làm việc liên tục – xung đơn – xung chuỗi – xung cực ngắn (cỡ 5ps) Nó phát liên tục tới 100W phát xung với tần số 1000-10.000Hz Nguồn Laser ND Nd: YAG dạng tinh thể pha lê Yttrium Aluminium Garnet Y3Al5O12 số ion Y3+ thay Nd3+ Nd hay Neodymi (tên Latinh: Neodymium) nguyên tố hóa học thuộc nhóm Lantan, Y3Al5O12 hợp chất Ytri nhôm oxit Nồng độ ion Nd3+ pha thêm thường chiếm khoảng 0.5% đến 2% Sơ đồ cấu tạo đơn giản nguồn phát laser Nd:YAG sau: Buồng cộng hưởng laser Môi trường kích hoạt tinh thể Nd:YAG Hệ thống gương phản xạ đầu Hệ thống gương phản xạ toàn phần Nguồn kích thích ( nguồn bơm) Ánh sáng từ nguồn kích thích bơm vào tinh thể Hệ thống làm mát (thường nước) Hệ thống phản xạ ánh sáng Laser Nguồn bơm ◉ Đèn quang học Krypton Xenon ◉ Laser bán dẫn AlGaAs ◉ Laser Nd:YAG phát chế độ xung liên tục tùy thuộc vào tần số kích thích, ta kích thích tần số nhỏ laser Nd:YAG phát chế độ xung, nguồn kích thích phát tần số cao liên tục Laser phát liên tục Ưu điểm laser Nd:YAG ◉ Laser ND: YAG phát chế độ xung chế độ liên tục, ứng dụng rộng rãi ◉ Công suất laser ND:YAG lên đến hàng trăm megawatts ◉ Laser phát tia hồng ngoại có bước sóng 1064 nm, hấp thu tối thiểu hầu hết chromophores mô nên ứng dụng nhiều y học Khuyết điểm ◉ Hiệu suất sử dụng lượng thấp, thường 5% ◉ Phổ phát xạ rộng với nhiều bước sóng, độ đơn sắc Laser Nd: YAG không cao Cơ laser Tất loại laser dựa nguyên lý xạ cưỡng bức, lượng chuyển hóa quy định chế quang học từ nguồn cung cấp: quang học lượng tử Laser từ viết tắt Light Amplication by the Stimulation Emission of Radiation (khuếch đại ánh sáng xạ cưỡng bức) chế quang lượng tử photon tạo ra, thu gom, khuếch đại khai thác để sử dụng Tất laser có thành phần chính: Lasing hay “gain” medium hay gọi rod môi trường kích hoạt laser Nguồn lượng để kích thích điện tử (electron) rod (gain medium) để tạo lượng cao gọi Pump nguồn kích động Một buồng quang học cho phép photon phát dao động bị chặn lại để lượng cộng thêm vào hay gọi “pumped” vào hệ thống, resonator (buồng cộng hưởng) Buồng laser Khi lượng cộng thêm vào hệ thống, quỹ đạo điện tử (electron) nguyên tử gain medium bị kích thích để tạo lượng cao Khi lượng hình thành phân rã, photon có bước sóng Tuy nhiên, có photon phát song song xác với trục buồng quang (resonator) phản xạ lại gain medium kính phản xạ toàn phần hay gọi HR (highly reflective) kính phản xạ bán phần- OC (output coupler), gây tầng photon có hướng, độ phân cực pha (phase) Gain Medium: gain medium laser sử dụng để kích lượng để khuếch đại hay làm gia tăng công suất đầu laser Gain medium có khả hấp thụ lượng từ pump dự trữ dạng điện tử bị kích thích, có khả truyền lượng xạ có bước sóng mong muốn Gain medium khí, chất lỏng, chất rắn, chất bán dẫn, hay chất có không điện tử Hầu hết trường hợp, tên laser đặt theo tên gain medium, ví dụ: carbon dioxide, argon, Alexandrite, Neodymium: Yttrium-Aluminum-Garnet (Nd: YAG), v.v… Pump: phận cung cấp lượng cho gain medium Nguồn pump ánh sáng quang phổ rộng hay hẹp phát từ bóng đèn, điện áp cao, hóa chất có điện áp chiều (DC), điện cao tần- radio frequency, loại laser khác Gain medium chất rắn (pha lê hay thủy tinh có thủ lớp nguyên tử vỏ trái đất ion kim loại truyền dẫn) như: ruby, alexandrite, Nd: YAG, v.v…) pump thường dùng bóng đèn (flashlamps) cho lượng cao Laser khí thường dùng pump điện áp cao hay điện cao tần-RF Laser bán dẫn hay diode laser pump dòng điện chiều (DC) Năng lượng Diode lasers pump dòng điện chiều sử dụng pump cho nhiều loại gain medium như: gain medium rắn (DPSS – Diode Pumped Solid State lasers), fiber lasers,và laser dạng đĩa mỏng (thin disk lasers) Laser hóa học (chemical lasers) pump lượng tương tác hóa học (HF/DF, COIL) Resonator: buồng cộng hưởng buồng quang học giúp phản xạ giúp ánh sáng cộng hưởng, gắn gain medium bên trong.Năng lượng Pump trì đảo ngược điện tử bị kích thích, ánh sáng dội ngược vào buồng cộng hưởng lại tạo nhiều photon Một đầu resonator có gắn kính phản xạ toàn phần (highly reflective -HR) thiết bị phản xạ khác để phản xạ ánh sáng phát từ gain medium vào lại nó; đầu gắn kính bán phần (partially reflective hay gọi output coupler- OC) cho phép ánh sáng laser thoát khỏi resonator Hàn Định nghĩa hàn Hàn hơiHàn khí Oxy-fuel welding (hay gọi hàn hơi,hàn oxy axetylen) phương pháp hàn sử dụng nhiệt lửa sinh đốt cháy chất cháy (C2H2,CH4,C6H6…)hoặc H2 với oxy để nung chảy kim loại,thông dụng hàn khí Ô xy –Axetylen nhiệt sinh phản ứng cháy hai khí lớn tập chung ,tạo thành ngon lửa có nhiệt độ cao (vùng cao tới 3200oC);còn lửa giửa oxy chất khí cháy khác có nhiệt độ từ 20002200oC Hàn Đặc điểm hàn ✪ Có thể hàn nhiều loại kim loại hợp kim (gang ,đồng,nhôm thép ) ✪ Hàn chi tiết mỏng loại vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp ✪ Hàn khí sử dụng rộng rãi thiết bị hàn rẻ tiền ✪ Năng suất thấp, vật hàn bị nung nóng nhiều nên dễ cong vênh Phạm vi ứng dụng hàn ✪ Hàn khí dùng nhiều hàn vật hàn có chiều dày bé, chế tạo sửa chữa chi tiết mỏng, sửa chữa chi tiết đúc gang, đồng thanh, nhôm, magie ✪ Hàn nối ống có đường kính nhỏ trung bình ✪ Hàn chi tiết kim loại màu, hàn vảy kim loại, hàn đắp hợp kim cứng v.v… ✪ Ngọn lửa hàn dùng để cắt loại thép mỏng, kim loại màu nhiều vật liệu khác Lịch sử phát triển hàn ✪ Kỹ sư pháp Edmond Fouché Charles Picard trở thành người phát triển oxy-axetylen hàn năm 1903 Cấu tạo mỏ hàn hơi, tay hàn oxy gas Các mỏ hàn thường có cấu tạo theo kiểu hút khí, gồm hai ống dẫn oxy khí nhiên liệu, hai khí đưa vào buồng hòa trộn, phía có hai van điều chỉnh lượng khí oxy khí nhiên liệu Hỗn hợp khí sau hòa trộn cung cấp qua ống trộn theo ống dẫn đầu mỏ hàn Cấu tạo mỏ hàn Các thành phần mỏ hàn bản: ◉ Copper tip: Bép hàn ◉ Torch head: Đầu mỏ hàn ◉ Mixing head: Ống trộn ◉ Mixing head nut: Vòi trộn ◉ Handle: Tay cầm ◉ Oxygen tube: Ống cấp oxy ◉ Fuel-Gas tube: Ống cấp khí cháy ◉ Oxygen needle valve: Van khóa oxy cấp cho súng mỏ ◉ Gas needle calve: Van khóa khí cháy cấp cho súng mỏ ◉ Oxygen hose connection, Gas hose connection: Ống cấp khí, oxy cho súng mỏ ◉ Oxygen hose connection Gland, Gas hose connection Gland: Đệm cho ống nối gắn vô súng mỏ hàn Hàn nổ Định nghĩa hàn nổ Hàn nổ Explosion welding (EXW): phương pháp hàn thành phần cần hàn chuyển động với vận tốc nhanh gây phản ứng nổ Phương pháp hàn thường sử dụng để phủ lớp mỏng vật liệu chống ắn mòn lên thép cacbon ( thép không gỉ, hợp kim niken, titan, Zirconi…) Hàn nổ Các chi tiết hàn bố trí cách khoảng cách định,chúng đặt song song nhau(hai chi tiết lớn) nghiêng góc (khi hàn chi tiết nhỏ),còn phía dải bột chất nổ Dưới áp lực thuốc nổ vật liệu phía gia tốc lớn bay đập xuống hình Ưu điểm ✪ Có thể hàn chi tiết khác chi tiết khó hàn ✪ Đồ gá thô sơ ✪ Quá trình đơn giản ✪ Có thể hàn bề mặt cực lớn ✪ Độ ngấu rộng sâu ✪ Không thay đổi thuộc tính vật liệu ✪ Sử dụng lượng nhỏ chất nổ ✪ Yêu cầu làm sau hàn ✪ Phương pháp hàn sử dụng hàn kim loại khó hàn với phương pháp thông thường Nhược điểm ✪ Kim loại phải có khả va đập dẻo dai cao ✪ Tiếng ồn áp suất lớn yêu cầu bảo vệ cao, buồng chân không,hoặc chôn vùi cát nước ✪ Yêu cầu người thực phải có hiểu biết sâu vật liệu nổ, yêu cầu quy tắc an toàn cao ✪ Chỉ hàn cho tiết có cấu trúc hình học đơn giản :phẳng,ống nón Phạm vi ứng dụng ✪ Nối chi tiết dạng ống ✪ Ứng dụng cho chi tiết chịu nhiệt,áp suất bình ,bồn áp lực ✪ Áp dụng nơi hẻo lánh ✪ Ghép chi tiết khác vật liệu như: nhôm thép.hợp kim titan thép Cr-Ni ✪ Áp dụng ngành công nghiệp đóng tàu,điện lạnh Lịch sử phát triển Không giống phương pháp hàn khác (được phát triển năm đầu kỷ 19), hàn nổ phát triển tương đối gần đây, thập kỷ sau chiến tranh giới thứ II Phương pháp hàn tình cờ phát nghiên cứu mảnh bom gắn chặt lấy áo giáp Năm 1962 Dupont cấp sáng chế cho phương pháp hàn nổ, ngày 22 tháng 7-1996 tập đoàn vật liệu Dynamic mua lại quyền với giá 5,321,850 $ Môi trường hàn nổ Trong trình gia công kim loại lượng nổ, người ta sử dụng loại thuốc nổ có khối lượng từ vài gam đến hàng trăm kilogam Năng lượng thoát từ vụ nổ có phần nhỏ sinh công có ích, phần lớn lượng lại phát tán môi trường bên tạo sóng nổ va đập không khí Đây yếu tố nguy hiểm ảnh hưởng đến công trình thân người, người ta thường thực hàn nổ cách xa đáng kể so với nhà công trình công nghiệp Người ta phân chia thành môi trường thực hàn nổ sau: Hàn nổ trường nổ trời Ưu điểm môi trường khoảng cách trường nổ đặt cách xa khu dân cư, công trình công nghiệp Vì có khả thực với chi tiết không hạn chế khối lượng, kích thước Hàn nổ thực với suất cao có điều kiện thời tiết thuận lợi Hàn nổ trời Thường trường nổ có trang bị đường sắt riêng, hệ thống đường riêng để vận chuyển phôi nổ đến trường nổ cách dễ dàng Các trường nổ thường kèm theo nhà xưởng chuẩn bị phôi nổ trường nổ, chí có trang bị lò để nung nóng phôi trước nổ Nhược điểm phương pháp ảnh hưởng môi trường trời nên xảy tượng hạt cát, bụi bẩn, ẩm bay lọt vào bề mặt tiếp xúc làm giảm chất lượng phôi nổ Mặt khác điều kiện có gió, tuyết, mưa bão công việc bắt buộc phải dừng lại Một vấn đề thường gặp phải trường nổ trời việc tổ chức nung nóng phôi nổ trực tiếp trước hàn nổ để ngăn ngừa hình thành vết nứt khó khăn việc tự động hóa quy trình hàn nổ khó để thực Hàn nổ đặt ngầm đất Đây phương pháp hàn nổ thực hầm hang có trang bị hệ thống thổi khí, hút gió Buồng nổ thường làm vùng đất, đá có độ bền cao, vách bảo vệ thường kẹp chặt khung bê tông cốt thép bê tông phun Hàn nổ hầm ◉ Ưu điểm việc sử dụng hầm nổ: không bị ảnh hưởng môi trường bên ngoài, đảm bảo độ cho phôi hàn, công việc thực quanh năm, tốn diện tích trường nổ trời ◉ Nhược điểm: Sử dụng hầm nổ bị hạn chế kích cỡ vật hàn Mặt khác cần phải trang bị hệ thống hút ẩm, hút khói xây dựng gia cố đường hầm cho phù hợp với yêu cầu công việc Hàn nổ với buồng nổ thép Hàn nổ buồng thép ◉ Buồng nổ thép sử dụng rộng rãi thiết kế dạng trụ dạng cầu, thường thực với chi tiết hàn nổ nhỏ, việc nạp phôi nổ vào buồng nổ thực tay, máy đẩy đặc biệt ◉ Ưu điểm của việc sử dụng buồng nổ thép khả kiểm soát môi trường nổ chất lượng mối hàn nổ Khuyết điểm kích thước phôi hàn nhỏ, kích thước to yêu cầu tốn Hàn siêu âm Khái niệm hàn siêu âm Hàn siêu âm Ultrasonic welding (UW) trình hàn áp lực ,sử dụng lượng học dao động siêu âm làm biến dạng dẻo cục bề mặt mối ghép, làm cho phần tử chi tiết hàn khuếch tán, thẩm thấu lẫn liên kết với tạo thành mối hàn.Quá trình tạo liên kết hàn hàn siêu âm Hàn siêu âm Tên gọi: Anh: Ultrasonic welding (UW) Pháp: Soudage par ultrasons Đức: Ultraschallschweiben ✪ Siêu âm: Siêu âm dao động đàn hồi có tần số f>16KHz,cao tần số âm mà người nghe Ưu điểm: ✪ Có khả tự phá bỏ lớp oxit bề mặt làm tốt dầu mỡ nhờ có ma sát ,dịch trượt vật hàn Hàn siêu âm có khả hàn nối chi tiết kim loại mà không cần làm lớp bề mặt, không cần nấu chảy chỗ hàn ✪ Hàn siêu âm hàn tốt kim loại có điện trở nhỏ (như đồng điện kỹ thuật , nhôm, bạc, vàng…) mà phương pháp khác không đáp ứng ✪ Hàn siêu âm có ưu điểm hàn kim loại mỏng, hàn giấy kim loại ✪ Hàn siêu âm hàn kim loại khác với nhau, hàn kim loại với phi kim, hàn chất dẻo, hàn xương… ✪ Hàn siêu âm cho phép chi tiết hàn có tỷ lệ chiều dày tới 1:1000 ✪ Hàn siêu âm tiêu tốn lượng, dễ tự động hóa, thời gian hàn nhanh Nhược điểm: ✪ Nhược điểm hàn siêu âm chất lượng mối hàn không ổn định ✪ Chỉ thích hợp hàn với vật liệu mỏng ✪ Giá thành thiết bị tương đối cao Ứng dụng hàn siêu âm: ✪ Hàn siêu âm phương pháp hàn tiên tiến, có triển vọng ✪ Phạm vi ứng dụng rộng rãi đa dạng: lĩnh vực y tế, điện tử, vũ trụ,… ✪ Hàn dây dẫn điện tiếp điểm,hàn nối linh kiện, ống với siêu mỏng, liên kết chồng cho nhôm đồng ✪ Thường dùng hàn màng mỏng,trong công nghiệp điện,điện tử khí xác Lịch sử phát triển: Năm 1960 công ty Sonobond Ultrasonics nghiên cứu phát triển máy hàn siêu âm cho vật hàn kim loại [...]... thể hàn tốt những kim loại có điện trở nhỏ (như đồng điện kỹ thuật , nhôm, bạc, vàng…) mà các phương pháp khác không đáp ứng được ✪ Hàn siêu âm có ưu điểm là có thể hàn được các lá kim loại mỏng, hàn các giấy kim loại ✪ Hàn siêu âm có thể hàn các kim loại khác nhau với nhau, hàn kim loại với phi kim, hàn chất dẻo, hàn xương… ✪ Hàn siêu âm cho phép các chi tiết hàn có tỷ lệ chiều dày tới 1:1000 ✪ Hàn. .. súng mỏ hàn Hàn nổ Định nghĩa hàn nổ Hàn nổ Explosion welding (EXW): là phương pháp hàn trong đó một thành phần cần hàn chuyển động với vận tốc rất nhanh được gây ra bởi phản ứng nổ Phương pháp hàn này thường được sử dụng để phủ một lớp mỏng vật liệu chống ắn mòn lên các tấm thép cacbon như ( thép không gỉ, hợp kim niken, titan, Zirconi…) Hàn nổ Các chi tiết hàn được bố trí trên nhau và ở cách nhau... thời gian hàn nhanh Nhược điểm: ✪ Nhược điểm cơ bản của hàn siêu âm là chất lượng mối hàn không ổn định ✪ Chỉ thích hợp hàn với vật liệu mỏng ✪ Giá thành thiết bị tương đối cao Ứng dụng của hàn siêu âm: ✪ Hàn siêu âm là một phương pháp hàn tiên tiến, rất có triển vọng ✪ Phạm vi ứng dụng rất rộng rãi và đa dạng: trong các lĩnh vực y tế, điện tử, vũ trụ,… ✪ Hàn các dây dẫn điện tiếp điểm ,hàn nối các linh... khi hàn các vật hàn có chiều dày bé, chế tạo và sửa chữa các chi tiết mỏng, sửa chữa các chi tiết đúc bằng gang, đồng thanh, nhôm, magie ✪ Hàn nối các ống có đường kính nhỏ và trung bình ✪ Hàn các chi tiết bằng kim loại màu, hàn vảy kim loại, hàn đắp hợp kim cứng v.v… ✪ Ngọn lửa khi hàn cũng có thể dùng để cắt các loại thép mỏng, các kim loại màu và nhiều vật liệu khác Lịch sử phát triển của hàn hơi... phôi hàn nhỏ, kích thước càng to sẽ yêu cầu càng tốn kém Hàn siêu âm Khái niệm hàn siêu âm Hàn siêu âm Ultrasonic welding (UW) là quá trình hàn áp lực ,sử dụng năng lượng cơ học của dao động siêu âm làm biến dạng dẻo cục bộ tại bề mặt mối ghép, làm cho các phần tử của các chi tiết hàn khuếch tán, thẩm thấu lẫn nhau và liên kết với nhau tạo thành mối hàn. Quá trình tạo liên kết hàn trong hàn siêu âm Hàn. .. suất Hàn tia laser Khái niệm Hàn laser (Laser welding/ Laser beam welding ) là quá trình hàn nóng chảy ,sử dụng năng lượng của chum tia ánh sáng đơn sắc hội tụ ở mật độ siêu cao để làm nóng chảy mép hàn và sau khi kết tinh ta được mối hàn Hàn Laze Hàn tia Laser Ưu điểm ✪ Thường hàn không cần vật liệu bổ xung ✪ Có thể hàn liên tục hoặc hàn xung, tốc độ hàn nhanh mà cẫn đảm bảo chất lượng mối hàn ✪ Hàn. .. các chất khí cháy khác chỉ có nhiệt độ từ 20002200oC Hàn hơi Đặc điểm hàn hơi ✪ Có thể hàn được nhiều loại kim loại và hợp kim (gang ,đồng,nhôm thép ) ✪ Hàn được các chi tiết mỏng và các loại vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp ✪ Hàn khí được sử dụng rộng rãi vì thiết bị hàn rẻ tiền ✪ Năng suất thấp, vật hàn bị nung nóng nhiều nên dễ cong vênh Phạm vi ứng dụng của hàn hơi ✪ Hàn khí dùng nhiều khi hàn. .. thường thực hiện hàn nổ ở cách xa đáng kể so với nhà ở và các công trình công nghiệp Người ta phân chia ra thành các môi trường thực hiện hàn nổ như sau: 1 Hàn nổ trên trường nổ ngoài trời Ưu điểm của môi trường này là khoảng cách của trường nổ được đặt cách xa khu dân cư, các công trình công nghiệp Vì vậy có khả năng thực hiện với các chi tiết không hạn chế về khối lượng, kích thước Hàn nổ có thể thực... khi hàn ít ✪ Phương pháp hàn được sử dụng khi hàn các kim loại khó hàn với nhau bằng các phương pháp thông thường Nhược điểm ✪ Kim loại cơ bản phải có khả năng va đập và dẻo dai cao ✪ Tiếng ồn và áp suất lớn yêu cầu bảo vệ cao, như buồng chân không,hoặc chôn vùi dưới cát hoặc dưới nước ✪ Yêu cầu người thực hiện phải có hiểu biết sâu về vật liệu nổ, cũng như yêu cầu các quy tắc an toàn cao ✪ Chỉ hàn. .. khỏi resonator Hàn hơi Định nghĩa hàn hơi Hàn hơiHàn khí Oxy-fuel welding (hay còn gọi là hàn hơi ,hàn oxy axetylen) là phương pháp hàn sử dụng nhiệt của ngọn lửa sinh ra khi đốt cháy các chất khi cháy (C2H2,CH4,C6H6…)hoặc H2 với oxy để nung chảy kim loại,thông dụng nhất là hàn bằng khí Ô xy –Axetylen vì nhiệt sinh ra do phản ứng cháy của hai khí này lớn và tập chung ,tạo thành ngon lửa có nhiệt độ cao