Câu 9 Hàn

Hàn kim loại được áp dụng rộng rãi khi sửa chữa tàu. Hàn dùng để sửa chữa phục hồi chi tiết bị mài mòn rạn nứt, rỗ, gãy. Có nhiều phương pháp hàn được áp dụng trong sửa chữa: hàn tay, hàn tự động và hàn bán tự động dưới lớp trợ dụng (lớp giúp nóng chảy), hàn trong môi trường khí bảo vệ, hàn xỉ điện hàn hồ quang rung, hàn hơi. Quá trình công nghệ phục hồi chi tiết bằng phương pháp hàn bao gồm các công việc chuẩn bị chi tiết, tiến hành hàn, nhiệt luyện và gia công cơ khí, kiểm tra.

Việc chuẩn bị chi tiết để hàn nó quyết định phần lớn về chất lượng hàn. Nếu công việc chuẩn bị không tốt, trên bề mặt còn ẩm, còn dầu mỡ, sơn, rỉ sẽ làm cho kim loại hàn bão hòa (no) ô xy và hình thành các lỗ hổng. Do vậy để làm khô sạch bề mặt có thể bằng cách nung nóng nhờ mỏ hàn hơi hoặc bằng đèn hàn, dùng bàn chải thép, giẻ lau để vệ sinh các muội than, cặn lắng.

+ Hàn tay: thường được sử dụng khi hàn đắp để phục hồi các chi tiết bị mài mòn hay hư hỏng của nồi hơi, vỏ tàu,.. Trong một vài trường hợp áp dụng hàn tự dộng hay bán tự động. Cách hàn có thể dùng một loại que hàn, hai que hàn hay cả một chùm, đường hàn có thể dạng xoắn ốc hay dọc theo đường sinh.

Tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc cấu tạo của chi tiết hàn, ta có thể chọn các que hàn phù hợp. Ví dụ: để nâng cao tính chống ăn mòn ta chọn các que hàn điện loại

ЭH-X20; ЭH -X30,... Đối với thép chịu bền nhiệt cần phải đảm bảo lượng các bon tương đương ở mối hàn trong giới hạn 0,35 ¸ 0,40% ta chọn que hàn điện loại HX 45; ЭH -1513-25. Các chi tiết làm việc trong điều kiện dễ bị mòn khi nhiệt độ cao ta chọn que loại ЭH G35, ЭH -G40 và các loại que hàn có các thành phần tương đương khác.

Khi hàn thép các bon và thép hợp kim để ngăn chặn hiện tượng tạo vết rạn nứt người ta tiến hành nung nóng sơ bộ trước. Nhiệt độ đốt nóng trước được tính toán tuỳ thuộc vào lượng các bon tương đương. Mặt khác thép các bon và thép hợp kim rất nhạy cảm với sự quá nóng, do vậy để hàn các chi tiết trên cường độ dòng điện cần phải giảm 10 ¸15%, dùng các que hàn điện có kích thước nhỏ hơn các que hàn dùng đối với các thép hợp kim thấp.

Hàn bằng một bó que hàn cho phép tăng năng suất hàn do sử dụng hoàn toàn hơn nhiệt lượng của cung hồ quang điện, giảm thời gian thay que hàn. Cung hồ quang điện được giữ chỉ bằng một que hàn, theo mức độ nóng chảy của que hàn đầu tiên, cung hồ quang điện tự động phóng cung điện sang que hàn thứ hai,... Vì vậy nhiệt lượng của cung hồ quang điện được phân bố ở diện tích lớn dẫn đến giảm được nóng cục bộ và độ sâu nóng chảy. Hàn bằng một bó que hàn cần phải tăng cường độ dòng điện lên 20 ¸ 30%. Trên hình 1-35 biểu diễn sơ đồ hàn bằng một bó que hàn.

Hình 1-35: Hàn bằng một bó que hàn

a- Sơ đồ cháy trong bó que hàn

b- Các phương pháp cố định bó que hàn và hình dạng hàn

Trong quá trình hàn, trong chi tiết xuất hiện các ứng suất và biến dạng lớn. Do vậy, để khắc phục các hiện tượng này người ta thường đốt nóng sơ bộ trước chi tiết, lựa chọn hợp lý thứ tự đặt các đường hàn, các chi tiết lớn phải phân nhỏ thành từng phần (100 cm2) các chi tiết dài cần phân đoạn, chiều dài mỗi đoạn không quá 400mm.

+ Hàn tự động và bán tự đọng: Việc hàn được thực hiện bằng dây hàn bình thường hoặc dây hàn dạng ống thép chứa đầy bột kim loaị có các thành phần cần thiết. Trong trường hợp cần tạo lớp hàn mỏng, đều đặn trên các bề mặt phẳng của chi tiết (cánh chân vịt, các ống dẫn hướng,...) người ta sử dụng que hàn kiểu lá mỏng có chiều dày 0,4 ¸1,0mm và chiều rộng đến 100mm. Chiều rộng đường hàn bằng chiều rộng lá hàn. Cung hồ quang điện liên tục chuyển theo mép lá hàn, do đó xảy ra quá trình nóng chảy đều. Chất trợ dung có thể sử dụng để hàn thép các bon thấp là AH-348A; thép hợp kim dùng AH-20; AH-60, đối với đồng dùng AH-20.

+ Hàn xỉ điện: cho phép nhận được lớp hàn nóng chảy đều, bằng phẳng. Chất trợ dụng có thể là dây, thanh hoặc tấm kim loại có độ dẫn điện tốt ở trạng thái nóng chảy, đảm bảo sự tạo hình tốt của lớp nóng chảy và không chảy ra ngoài kết cấu tạo hình.

+ Hàn hồ quang rung: phương pháp hàn như sau: Dây kim loại để hàn được đưa tới chi tiết dạng ống, chi tiết được quay trên máy tiện. Dây kim loại nhờ một thiết bị đặc biệt thực hiện chuyển động dao động, đồng thời tiếp xúc với chi tiết theo thời gian định kỳ. Cung hồ quang điện bị dập tắt ở thời điểm que hàn bị ngắn mạch và lại được kích thích khi tách rời chi tiết tần số dao động 50Hz, đường kính dây kim loại 0,8 ¸ 1,6mm, cường độ dòng điện 100 ¸200A. Để giảm nóng cho chi tiết, người ta làm mát cho chi tiết và phần khe hở của cung hồ quang bằng nhũ tương (gồm 50 ¸60 gam Na2CO3 ; 10 ¸15 gam xà phòng cho 1 lít nước). Tốc độ quay của máy tiện (chi tiết) từ 0,5 ¸20 v/ph. Chiều hàn được thực hiện ngược với chiều quay của chi tiết để làm giảm sự tung toé của kim loại.

Hình 1-36: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị hàn hồ quang rung

1- Máy biến thế hàn; 2- Cấp chất nhũ tương; 3,5- Cơ cấu cấp chuyển dây hàn;

4- Dây hàn; 6,7- Bộ tạo rung; 8- Bơm nhũ tương; 9- Mỏ hàn; 10- Đầu cuối dây kim loại hàn;

11- Chi tiết; 12- Biến trở; 13- Đường hàn

+ Hàn hơi: hàn hơi có năng suất thấp hơn so với hàn hồ quang điện.

Hàn hơi có ưu điểm: Có khả năng điều chỉnh được mức độ nóng của chi tiết trong quá trình hàn, có thể hàn các lớp có độ dày nhỏ (khoảng 0,5mm) trên các chi tiết có bề mặt cong.

Trước khi hàn, bề mặt chi tiết được đốt nóng đến nhiệt độ gần bằng nhiệt độ nóng chảy của kim loại hàn. Hàn hơi được sử dụng để phục hồi các bề mặt làm kín của thiết bị (hàn đồng thau và đồng thanh) và tạo các lớp chống ăn mòn trên các chi tiết thép.

Khi hàn vá các vết nứt công nghệ hàn như sau: trước tiên xác định chiều dài vết rạn nứt, ở hai đầu mút vết rạn nứt khoan lỗ f = 6 ¸ 8mm để vết nứt không lan ra nữa và tiếp đến đục rãnh theo vết nứt. Rãnh đục theo dạng chữ V, chữ X hình chén tuỳ thuộc theo chiều dày kim loại và độ sâu vết nứt. Góc vát của rãnh cũng phụ thuộc chiều sâu vét nứt và chiều dày tấm kim loại.

* Những đặc điểm sửa chữa các chi tiết bằng gang:

- Khi hàn gang nếu tốc độ làm nguội quá nhanh, do thành phần các bon bị cháy và thời gian graphit hóa không đủ, nên xảy ra quá trình biến trắng đối với gang.

- Sự khác nhau về hệ số dãn nở dài của gang trắng và xám làm xuất hiện ứng suất và các rạn nứt.

- Sự tách các ô xít các bon khi hàn thúc đẩy sự hình thành các rạn nứt nhỏ và các lỗ rỗ nhỏ.

Do vậy để thu được chất lượng hàn cần phải đảm bảo graphit hóa gang và bảo đảm sự tách tự do các chất khí ra khỏi hố hàn (vùng nóng chảy). Muốn vậy người ta sử dụng các vật liệu hàn giàu các thành phần tạo graphit: các bon silic, nhôm niken, đồng.

Hàn gang có thể được tiến hành ở trạng thái nguội, nóng và nửa nóng. Hàn ở trạng thái nguội thường kèm theo sự xuất hiện các vết nứt nhỏ ở vùng chuyển tiếp. Có thể giảm được mức độ gây vết nứt và vùng biến trắng nên tiến hành công việc hàn với lượng nóng chảy nhỏ (cho nóng chảy ít). Để thực hiện được điều đó người ta sử dụng que hàn mỏng, dòng điện nhỏ và khi hàn ngắt quãng nhiều lần để tạo làm mát.

Để tăng độ bền cơ học của liên kết hàn nóng chảy, người ta đặt các vít cấy bằng thép, các vít cấy cách nhau mỗi đoạn bằng (3 ¸5) đường kính vít cấy.

Khi hàn nóng chi tiết được nung nóng đến 650 ¸7000C ta nhận được kết quả của mối liên kết có độ cứng đồng đều. Đối với các chi tiết không quan trọng thì chỉ cần thực hiện công nghệ hàn có đốt nóng đến 200 ¸3000C và tiến hành làm nguội chậm.

Công nghệ hàn gang được thực hiện theo từng phần nhỏ có tính đến đảm bảo toàn bộ kim loại hàn phải nằm trong trạng thái lỏng cho đến khi kết thúc hàn nóng chảy, vì rằng khi giảm nhiệt độ của hố hàn thì quá trình nóng chảy lại xấu đi. Việc hàn các chi tiết ở trạng thái nóng bảo đảm tính đồng nhất cao của kim loại cơ sở và kim loaị bị nóng chảy.

Để sửa chữa các chi tiết lớn bằng gang người ta có thể tiến hành hàn hơi có đốt nóng trước chi tiết. Gang cần được nóng chảy từ từ, điều đó ngăn ngừa được chất khí đẩy graphit ra ngoài, graphit không kịp nóng chảy trong khi hàn. Hàn hơi có đốt nóng so với hàn hồ quang điện bảo đảm sự liên kết tốt hơn song có hiện tượng biến dạng nhiệt lớn.