ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT LÝ TỰ TRỌNG _ _ NGUYỄN ĐỨC LỘC HÀN NHƠM (Tiểu luận học phần Cơng nghệ kim loại) TP.HCM – 2014 ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT LÝ TỰ TRỌNG _ _ HÀN NHƠM (Tiểu luận học phần Cơng nghệ kim loại) NGUYỄN ĐỨC LỘC LỚP: 13CĐƠ1 TP.HCM - 2014 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 1/ Tóm tắt 2/ Nội dung 3/ Kết luận 4/ Hình thức trình bày, cấu trúc 5/ Thời hạn nộp MỤC LỤC Đặc điểm, tính chất ứng dụng kim loại nhơm Tính hàn nhơm hợp kim nhơm Các phương pháp hàn nhơm Kết luận Danh mục tài liệu tham khảo Trang 11 12 CƠNG NGHỆ HÀN NHƠM HỢP KIM NHƠM Tóm tắt: Với tính ưu việt mình, nhơm cơng nghệ hàn nhơm ngày ứng dụng rộng rãi ngành cơng nghiệp Hiện nay, chi tiết kỹ thuật nhơm đặc biệt chi tiết ơtơ nắp máy, ống dẫn…Khi chi tiết nhơm bị hư hỏng, nứt nẽ…muốn sửa chửa đòi hỏi người thợ phải có kinh nghiệm tay nghề cao Khi phương pháp gia cơng truyền thống khó hay nói khơng thể ứng dụng kim loại nhơm Mặc khác kim loại nhơm đem lại lợi ích khơng nhỏ ngành cơng nghiệp ơtơ, chế tạo máy bay, động cơ… Với kim loại nhơm cơng nghệ hàn nhơm ta thấy rõ lợi ích mà nhơm mang lại Đặc điểm, tính chất ứng dụng kim loại nhơm • Nhẹ, chống ăn mòn khơng khí, nước, dầu, nhiều hóa chất Ỉ nhơm dùng rộng rãi cơng nghiệp dân dụng • Khối lượng riêng nhơm khoảng phần ba thép hay đồng • Khả chống ăn mòn nhơm xuất phát từ lớp oxit nhơm bền vững bề mặt • Tính dẫn điện dẫn nhiệt nhơm cao gấp bốn lần thép Dùng nhiều thiết bị điện thay cho đồng • Nhơm khơng có từ tính Hệ số dãn nở nhiệt gấp hai lần thép • Nhơm có độ bền khơng cao có tính dẻo tốt, đặc biệt nhiệt độ âm • Có thể tăng độ bền nhơm thơng qua hợp kim hóa, biến dạng trạng thái nguội, nhiệt luyện kết hợp biện pháp Hợp kim nhơm: hợp kim đúc (2) hợp kim biến dạng (1) • Kết cấu hàn chủ yếu chế tạo từ hợp kim biến dạng: tấm, profile, ống, v.v • Hợp kim biến dạng (1) chia thành nhóm nhiệt luyện (4) nhóm khơng thể nhiệt luyện (3) 1: Hợp kim biến dạng, 2: Hợp kim đúc, 3: Hợp kim biến dạng khơng thể bền hóa nhiệt luyện, 4: Hợp kim biến dạng bền hóa nhiệt luyện • Hợp kim nhơm khơng thể nhiệt luyện được: – Chứa Si, Mn, Mg Tăng độ bền thơng qua hình thành dung dịch rắn pha phân tán Mg có hiệu nhất, hợp kim Al – Mg có độ bền cao cả, trạng thái ủ – Mọi hợp kim nhơm thuộc nhóm biến cứng bị biến dạng trạng thái nguội (nhưng tính dẻo bị giảm) Sau ủ, chúng trở lại tính ban đầu Khi qua biến cứng nguội sau hàn, độ bền vùng ảnh hưởng nhiệt giảm xuống mức hợp kim sau ủ – Nhơm, hợp kim Al – Mg, Al – Mn dễ hàn TIG, MIG (riêng Al –Si cần sử dụng quy trình đặc biệt tính dẻo giảm) • Hợp kim nhơm nhiệt luyện được: – Chứa Cu, Mg, Zn Si dạng đơn kết hợp (Al-Mg-Cu, Al-Zn-Mg, AlSi-Mg) – Ở trạng thái ủ, độ bền phụ thuộc vào thành phần hóa học tương tự với hợp kim khơng thể nhiệt luyện – Khả hòa tan dung dịch rắn bốn ngun tố nói trên, đơn lẻ kết hợp, tăng theo gia tăng nhiệt độ Do hợp kim đưọc nhiệt luyện theo hình thức ủ đồng hóa tổ chức, tơi sau hóa già tự nhiên nhân tạo – Sau trước hóa già, tăng độ bền thơng qua biến dạng trạng thái nguội – Al – Mg – Si hợp kim dễ hàn Nhiều hợp kim thuộc nhóm Al – Zn có tính hàn kém, có thêm Mg, số hàn Hợp kim Al – Cu đòi hỏi có quy trình hàn đặc biệt liên kết hàn có tính dẻo Tính hàn nhơm hợp kim nhơm a) Vấn đề Al2O3: – Nhiệt độ nóng chảy Al: 660 oC; Al2O3: 2050 oC – Khối lượng riêng Al: 2,7 g/cm3; Al2O3: 3,6 g/cm3 – Khi hàn hình thành màng Al2O3 Do cạnh mối hàn khó nóng chảy, lẫn xỉ hàn – Khử màng Al2O3 biện pháp • Cơ học: rũa, cạo, chải bàn chải có sợi thép khơng gỉ • Hóa học: thuốc hàn, tạo thành chất dễ bay hơi: thuốc 50% KCl + 15% NaCl + 35% Na3AlF2 cho phản ứng Al2O3 + 6KCl Ỉ 2AlCl3 ↑ + 3K2O Dung dịch axit kiềm • Hồ quang: hiệu ứng bắn phá catot hồ quang b) Tại nhiệt độ cao, độ bền giảm nhanh, làm nhơm bị sụt hàn Độ chảy lỗng cao, nhơm dễ chảy khỏi chân mối hàn Nhơm khơng đổi màu hàn, khó khống chế kích thước vũng hàn • Hệ số dãn nở nhiệt cao, module đàn hồi thấp, nhơm dễ bị biến dạng hàn • Hydro nguồn gây rỗ khí chủ yếu hàn nhơm Cần khử chất chứa hydro bề mặt vật hàn • Nhơm dẫn nhiệt tốt, phải dùng nguồn nhiệt có cơng suất cao nguồn xung • Kim loại mối hàn dễ nứt cấu trúc hạt hình cột thơ tinh có nhiệt độ nóng chảy thấp tinh giới, co ngót (7%) kết tinh c) Vật liệu hàn nhơm • Que hàn nhơm hợp kim nhơm để hàn hồ quang tay chế tạo kết cấu chịu tải đơn giản sửa chữa Tiêu chuẩn AWSA5.3 phân loại que hàn: • Sấy que hàn đến 175÷200 oC để khử nước Tp = 150÷200 oC Ký hiệu dây hàn (dâyhàn phụ): Tiêu chuẩn AWS A5.10 – 1980: • ER: dây hàn dùng cho hànkhí, hàn plasma, hàn TIG, MIG • R: dây hàn dùng cho cácq trình hàn nêu trên, trừ hàn MIG • Chọn vật liệu hàn: thành cơng hàn nhơm chọn vật liệu hàn • Chọn vật liệu hàn khơng thích hợp gây nứt kim loại mối hàn kim loại mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt có tính dẻo độ bền thấp nhiệt độ tăng (hiện tượng đơi gây sụt mối hàn) • Để giảm xu hướng nứt tinh thể vùng ảnh hưởng nhiệt, nên dung vật liệu hàn có nhiệt độ nóng chảy thấp kim loại bản, tức có hàm lượng ngun tố hợp kim cao d) Cơng nghệ kỹ thuật hàn nhơm hợp kim nhơm: • Trước hàn: làm lớp dầu mỡ bảo quản Tẩy aceton dung mơi khác khoảng rộng 100÷150 mm từ mép Lớp oxit bên lớp dầu mỡ tẩy khoảng rộng 25÷30 mm phương pháp học (giấy ráp, bàn chải thép khơng gỉ có đường kính sợi < 0,15 mm) • Có thể dùng hóa chất để khử oxit (tẩm thực 0,5÷1 phút) dung dịch lít nước: 50 g NaOH, 45 g NaF Sau xối nước (1÷2 phút) trung hòa dung dịch axit nitric 30÷35% (với hợp kim AlMn) dung dịch axit khác (sổ tay hàn) Sau xối lại nước sấy khơ khơng khí nóng 80÷90 oC • Sau làm bề mặt, chi tiết phải hàn vòng 3÷4 tiếng đồng hồ Với dây hàn, làm sau: • Rửa dung dịch khử dầu mỡ; tẩm thực dung dịch 15% NaOH 60÷70 oC; rửa nước, sấy khơ, khử khí 350 oC 5÷10 tiếng đồng hồ chân khơng 10÷3 mm Hg (0,13 Pa) • Cũng thay chân khơng nung khơng khí 300oC 10÷30 phút Các phương pháp hàn nhơm Hàn hồ quang tay: • Chủ yếu cho hàn kết cấu chịu tải trọng nhỏ từ nhơm kỹ thuật hợp kim nhơm loại Al-Mn, Al-Mg với hàm lượng Mg 5%, hợp kim đúc Al-Si • Dòng chiều cực nghịch Trước hàn cần nung nóng sơ (250÷300 oC với chiều dày trung bình, 400 oC với chiều dày lớn), cho phép hàn ngấu với cường độ dòng hàn trung bình Khi hàn kết cấu lớn, thường nung nóng sơ phần • Liên kết hàn thơng dụng nhất: giáp mối • Liên kết chồng chữ T: nên tránh xỉ hàn chảy vào khe, khó loại bỏ (bằng cách rửa) sau hàn, dễ gây ăn mòn kết cấu • Chiều dày tối thiểu hàn hồ quang tay: mm Khi chiều dày < 20 mm, khơng cần vát mép Mối hàn thường có khe đáy ≤ 0,5÷1 mm Hàn lót thép • Với chiều dày > 20 mm, vát mép với góc 70÷90 o, chiều cao khơng vát mép 3÷5 mm khe đáy 1,5÷2 mm • Hàn nhơm nhanh gấp 2÷3 lần hàn thép • Vỏ bọc que hàn: điện trở lớn; hồ quang tắt, miệng vũng hàn đầu que hàn hình thành lớp xỉ cứng, khó gây lại hồ quang Vì cần hàn liên tục Khơng dao động ngang • Để bảo đảm bắn tóe tối thiểu, jmax = 60 A/mm Liên kết chồng hàn chữ T hàn với chế độ hàn giáp mối có chiều dày hàn từ phía • Hàn đính: thực có nung nóng sơ tới 150÷250 oC Cần làm xỉ hàn oxit Sau hàn: rửa xỉ hàn nước nóng bàn chải lơng Để mối hàn có độ bóng bình thường, cần tẩm thực sau hàn dung dịch axit nitric 5÷10% Hàn mơi trường khí bảo vệ • Phổ biến chế tạo kết cấu hợp kim nhơm quan trọng • Các phương pháp hàn – hàn tay hàn giới (TIG), – hàn tự động bán tự động (MIG) • Khí bảo vệ sử dụng Ar (99,98%) He (99,985%); hàn TIG, dùng hỗn hợp hai loại khí Hàn TIG: • Dòng xoay chiều • Điện cực W,đường kính ∅ d = 2÷6 mm, chiều dày t < 12 mm • Khi t < mm, hàn lượt có sử dụng đệm lót thép • Với t = 4÷6 mm, nên hàn từ hai phía, với t = 6÷7 mm trở lên, cần vát mép hàn theo dạng V X • Khi hàn tay, với tmax = 5÷6 mm, điện cực có đường kính từ 1,5÷5 mm • 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 lượng khí tối ưu (tra bảng) Độ tin cậy q trình hàn phụ thuộc vào đường kính dạng chụp khí 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) sau: d [mm] 2÷3 D [mm] 10÷12 12÷16 14÷18 16÷22 • t = (0,8÷2 mm), cần hàn gấp mép • Khi hàn, góc nghiêng điện cực vàdây hàn phụ 90o • Điện cực W khơng dao động ngang Chiều dài hồ quang tối đa 1,5÷2,5 mm • Khoảng nhơ đầu điện cực khỏi miệng vòi phun chụp khí 1÷1,5 mm hàn giáp mối 4÷8 mm hàn mối hàn góc (liên kết góc lien kết chữ T) • Kích thước vũng hàn giữ mức tối thiểu • Với t< 10 mm, hàn từ trái sang phải, cho phép giảm mức độ nung nóng kim loại • Tốc độ hàn phải tương ứng với chế độ hàn mức độ tiêu thụ khí bảo vệ Lưu lượng khí q lớn Ỉ dòng xốy Ỉ khơng khí bị hút vào vùng cần bảo vệ Lưu lượng khí q tốc độ hàn q lớn giảm hiệu bảo vệ vùng hàn • Tùy theo mức độ tiêu thụ, áp lực khí Ar điều chỉnh khoảng 0,1÷0,5 at (0,01÷0,05 MPa) • Ar đưa vào vùng hàn 3÷5 s trước 5÷7 s sau có hồ quang (thơng qua van điện từ) • Hàn TIG giói: dây hàn có kích thước lớn so với hàn tay Có thể hàn lượt hàn từ phía Hàn thường thực với điện cực vị trí thẳng đứng, dây hàn phụ cấu cấp dây đưa vào cho đầu tựa vào mép vũng hàn • Khi chiều dày lớn mm, cần thực vát mép sau: Hàn MIG: • Hiệu cao t ≥ • Dòng chiều cực nghịch (bắn phá catod màng Al2O3 bắng ion dương) • So với hàn TIG, tính mối hàn thấp điện cực bị nung nóng q 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 nhơm) tốt, có suất cao • Dây hàn ∅ d = 1,2÷1,5 mm Với dây có lớn hơn, q trình hàn ổn định dòng điện hàn có cường độ cao 130÷140 A, cho phép hàn hàn lượt có chiều dày 4÷5 mm Khi hàn tư hàn ngang hàn trần, cần giảm cường độ dòng điện hàn 10÷15% • Khoảng cách từ miệng chụp khí đến bề mặt vật hàn 5÷15 mm • Ar hỗn hợp Ar + 30÷70% He (cho hàn dày) • Chế độ hàn tiêu biểu: hầu hết hợp kim nhơm hàn chế độ dịch chyển tia có dòng bình thường dòng xung • Mật độ dòng điện hàn 80÷480 A/mm2 • Các ưu điểm dịch chuyển tia ngấu tốt; hồ quang cứng, hẹp ổn định dễ hàn tư hàn khác nhau, hàn mối hàn góc nhỏ chiều dày lớn • Dòng xung dạng tia dùng cho chiều dày 0,75÷3 mm cho hàn mỏng lên dày Hàn tự động lớp thuốc hàn: • Chế tạo kết cấu kiểu thùng chứa (xitec), nồi hơi, v.v từ nhơm kỹ thuật hợp kim Al-Mn có chiều dày 10÷30 mm • Thuốc hàn dẫn điện, gồm hỗn hợp loại muối ngun tố halogen với Na, K, Ba, Ca 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 khơng cần nung nóng sơ trước hàn • Có thể sử dụng điện cực Khi hàn điện cực, thường tiến hành hàn đệm thép để tạo dáng mối hàn tính chảy lỗng cao nhơm Hàn thường tiến hành từ phía • Hàn điện cực (điện cực kép), tăng đưọc kích thước vũng hàn thời gian lưu kim loại trạng thái nóng chảy, giảm tượng rỗ khí • Dòng chiều cực nghịch nguồn điện hàn có đặc tuyến thoải cứng • Để bảo đảm tạo dáng tốt mối hàn dễ loại bỏ xỉ sau hàn, chiều cao lớp thuốc hàn khống chế chặt Xỉ hàn phải phủ kín mối hàn thành lớp mỏng • Cần sử dụng cơng nghệ để bắt đầu kết thúc mối hàn • Xe hàn chun dụng: có hộp chứa thuốc hàn kèm theo phận tạo liều thuốc, cấu cấp dây kiểu kéo, đầu dẫn dây đặc biệt phận hút khói hàn Cơ tính mối hàn tốt Hàn tự động lớp thuốc hàn: • Hàn lớp thuốc: hồ quang kín, sử dụng mật độ dòng điện hàn cao, có chiều sâu ngấu lớn, khơng cần vát mép • Khi hàn sử dụng điện cực kép với dòng điện hàn chiều cực nghịch dòng xoay chiều • Thuốc hàn tiêu biểu: NaCl (17), KCl (43), Cryolit (36), SiO2 (4) NaCl (15), KCl (38), Cryolit (43), SiO2 (1), CaF2 (3) KẾT LUẬN Với nhơm cơng nghệ hàn nhơm ngày ứng dụng rộng rãi Với phương pháp hàn nhơm khác đem lại lợi ích đáp ứng nhu cầu khác Đặc biệt ngành kỹ thuật, lợi ích mà nhơm cơng nghệ hàn nhơm mang lại vơ to lớn Đáp ứng nhiều nhu cầu tiên tiến, đại hóa thiết bị sử dụng Góp phần thúc đẩy phát triển xã hội lồi người tiến lên DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Cơng Nghệ Hàn Thép Và Hợp Kim Khó Hàn, Tác giả: Nguyễn Văn Thơng, NXB Khoa học kỹ thuật Cơng Nghệ Hàn Kim Loại, Tác giả: Ngơ Văn Tỳ, NXB: Hải Phòng [...]... 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 chỉ ổn 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. .. 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. .. phút 3 Các phương pháp hàn 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,... sâu ngấu lớn (gấp 2÷3 lần so với hàn thép) Vì vậy không cần nung nóng sơ bộ trước khi hàn • Có thể 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 • 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... và khe đáy 1,5÷2 mm • 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... 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% 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)... nghệ hàn nhôm đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi Với các phương pháp hàn nhôm khác nhau sẽ đem lại lợi ích và đáp ứng nhu cầu khác nhau Đặc biệt đối với các ngành kỹ thuật, lợi ích mà nhôm và công nghệ hàn nhôm mang lại là vô cùng to lớn Đáp ứng được nhiều nhu cầu tiên tiến, hiện đại hóa các thiết bị sử dụng Góp phần thúc đẩy phát triển xã hội loài người tiến lên DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Công. .. mối hàn tốt 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) KẾT LUẬN Với nhôm và công. .. 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 • Ar hoặc hỗn hợp Ar + 30÷70% He (cho hàn các tấm dày) • 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. .. 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 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 • Thuốc hàn dẫn điện, gồm hỗn hợp các loại muối của các nguyên tố halogen