BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2009 Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ HÀN VÀ HÀN ĐẮP PHỤC HỒI BẰNG HÀN ĐIỆN XỈ CHO CÁC CHI TIẾT MÁY CÓ CHIỀU DẦY LỚN (60 - 150MM) VÀ CHI TIẾT DẠNG TRỤC CÓ ĐƯỜNG KÍNH LỚN 60 - 400MM PHỤC VỤ SẢN XUẤT” Ký hiệu: 011.09.RDBS/HĐ- KHCN Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Cơ khí Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Đình Sao 7821 26/3/2010 Hà nội - 2009 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2009 Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ HÀN VÀ HÀN ĐẮP PHỤC HỒI BẰNG HÀN ĐIỆN XỈ CHO CÁC CHI TIẾT MÁY CÓ CHIỀU DẦY LỚN (60 - 150MM) VÀ CHI TIẾT DẠNG TRỤC CÓ ĐƯỜNG KÍNH LỚN 60 - 400MM PHỤC VỤ SẢN XUẤT” Ký hiệu: 011.09.RDBS/HĐ- KHCN Thủ trưởng đơn vị CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI (Ký và dóng dấu) (Ký, ghi rõ họ tên) Nguyễn Đình Sao Hà nội - 2009 1 MỤC LỤC Mục lục 1 Danh sách các thành viên tham gia 3 Danh mục các ký hiệu viết tắt 4 Lời nói đầu 5 Chương 1: Tổng quan và điều kiện ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ tại Việt nam 1.1 Tổng quan về hàn điện xỉ 6 1.2 Điều kiện ứng dụng hàn điện xỉ tại Việt nam 9 1.3 Mục tiêu Đề tài 16 Chương 2: Các lý thuyết cơ bản của công nghệ hàn điện xỉ 2.1 Các thông số tính toán kinh tế cho hàn điện xỉ 17 2.2 Các thông số ổn định của quá trình hàn điện xỉ 19 2.3 Các thông số điều chỉnh bể kim loại 22 2.4 Các thông số về khuyết tật mối hàn 23 2.5 Các quá trình xẩy ra khi hàn điện xỉ 26 2.6 Thuốc hàn điện xỉ 34 2.7 Các thông số vật liệu hàn 44 2.8 Các thông số công nghệ hàn điện xỉ 49 2.9 Quy trình công nghệ hàn điện xỉ 56 2.10 Kết luận 61 Chương 3: Thiết bị đồ gá và thực nghiệm hàn điện xỉ 3.1 Đặc điểm đồ gá hàn điện xỉ 62 3.2 Đồ gá hàn điện xỉ chi tiết dạng tấm phẳng 62 3.3 Đồ gá hàn điện xỉ chi tiết dạng trục 63 3.4 Thực nghiệm hàn điện xỉ trên các mẫu 65 3.5 Kết luận 69 Chương 4: Thiết lập quy trình gia nhiệt trong hàn điện xỉ 4.1 Cơ sở lý thuyết tính toán chế độ gia nhiệt 70 4.2 Thiết bị công nghệ xử lý nhiệt 73 2 4.3 Thứ tự các bước công nghệ xử lý nhiệt 74 Chương 5: Các tiêu chí đánh giá chất lượng mối hàn điện xỉ 5.1 Các khái niệm chung về chất lượng mối hàn 75 5.2 Các khuyết tật mối hàn 76 5.3 Đánh giá chất lượng mối hàn 80 5.4 Các phương pháp kiểm tra mối hàn 81 Kết luận và kiến nghị của Đề tài 85 Tài liệu tham khảo 86 Phụ lục Hàn thực nghiệm Đánh giá kết qu ả 3 DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA STT Họ và tên Học vị, học hàm Chuyên môn Cơ quan 1 2 3 4 5 6 7 Nguyễn Đình Sao Phạm Thanh Hoài Hoàng Minh Trường Bùi Mạnh Cường Vũ Văn Cứu Dương Văn Thành Nguyễn Hữu Trung Kỹ sư Kỹ sư Kỹ sư Kỹ sư Kỹ sư Kỹ sư Kỹ sư PTN TĐ CN Hàn và XLBM PTN TĐ CN Hàn và XLBM PTN TĐ CN Hàn và XLBM PTN T Đ CN Hàn và XLBM Công ty CP CK Mạo Khê Công ty CP CK Mạo Khê XN Sửa chữa Cơ Điện LDDK Việt Xô 4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT F h : Diện tích tiết diện ngang của rãnh hàn; V h : Tốc độ hàn; F e : Tiết diện dây hàn; V dây : Tốc độ cấp dây. s: Chiều dày chi tiết hàn, mm. n: Số điện cực hàn. α h : Hệ số kim loại lớp đắp k s : Hệ số xét đến phần lồi mặt của mối hàn, γ: Tỷ trọng thép, b: Khe hở ghép mối hàn. h xỉ : Chiều sâu bể xỉ, mm. I h : Dòng điện hàn, Ampe U h : Điện áp hàn L d : Khoảng cách giữa hai điện cực Q kl đắp : Khối lượng kim loại đắp của mối hàn. A đắp : Hệ số hàn đắp. a t : Hệ số thời gian hàn cơ bản. t mối hàn : Thời gian cần thiết hoàn thành mối hàn. Γ: Tỷ trọng kim loại đắp. 5 LỜI NÓI ĐẦU Ở Việt Nam, công nghệ hàn điện xỉ đã được chuyển giao vào Việt Nam thông qua các nghiên cứu của các Trường ĐH Bách khoa, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương trong các năm 80 – 90 của thế kỷ trước. Trong thời kỳ đó nền công nghiệp nước ta vẫn cờn nhỏ bé, các nghiên cứu trên đã đưa ra các khái niệm lý thuyết cơ bản về công nghệ hàn điện xỉ , tuy nhiên các công nghệ đó vẫn chưa đầy đủ và chưa được kiểm nghiệm qua thực tế. Từ những năm 1990 trở lại đây, nền công nghiệp nước ta đã có những tiến triển vượt bậc nhờ sự quan tâm của Đảng và Nhà nước và xu thế hội nhập trên toàn thế giới, việc đòi hỏi phải chế tạo sửa chữa các kết cấu cơ khí có kích thướ c và khối lượng lớn. Trong đó có các kết cấu và các chi tiết không thể tháo lắp từng phần nhỏ, được chế tạo từ kim loại, ở những trường hợp này công nghệ hàn điện xỉ sẽ có hiệu quả cao nhờ những ưu điểm riêng biệt của nó trong quá trình chế tạo và phục hồi. Trong đề tài này đưa ra các giải pháp công nghệ tương đối hoàn chỉnh và đầy đủ, đã được kiểm nghiệm qua các thí nghiệm và ứng dụng thực tế về công nghệ hàn điện xỉ, cho một vài dạng chi tiết thường gặp có kích thước lớn, nhằm đáp ứng được phần nào các yêu cầu trên của nền công nghiệp nước nhà Trong điều kiện nhất định, đề tài còn có nhưng thiếu sót và chưa hoàn toàn hoàn chỉnh, nhóm thực hiện đề tài rất mong muốn nhận được các góp ý bổ sung hoàn thiện nội dung Đề tài hơn nữa. 6 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VÀ ĐIỀU KIỆN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN XỈ Ở VIỆT NAM 1.1. Tổng quan về hàn điện xỉ 1.1.1 Khái niệm công nghệ hàn điện xỉ Hàn điện xỉ là một dạng hàn nóng chảy, dựa trên sự toả nhiệt khi dòng điện chạy qua xỉ lỏng. Các mép hàn bị nung nóng tới nhiệt độ nóng chảy và khoảng không gian giữa chúng được điề n đầy bởi kim loại phụ nóng chảy. Tại các khoảng không tạo bởi các mép vật hàn và các con trượt bể xỉ lỏng hình thành, trong đó điện cực liên tục được cấp. Dòng điện chạy qua điện cực và kim loại lỏng đốt nóng nó và duy trì ở đó nhiệt độ và tính dẫn điện cao. Nhiệt độ bể phải cao hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại cơ b ản và điện cực. Xỉ làm nóng chảy điện cực và các mép vật hàn. Kim loại nóng chảy chìm xuống đáy bể xỉ và tạo nên bể kim loại; khi đông đặc nó tạo thành mối hàn liên kết hai mép hàn với nhau. Hình 1.1. Sơ đồ quá trình hàn điện xỉ ở vị trí đứng với sự tạo hình cưỡng bức của mối hàn 7 Một trong những điều kiện để có được quá trình hàn điện xỉ là bể xỉ phải có chiều sâu tương đối lớn, điều này dễ dàng thực hiện khi hàn ở vị trí đứng. Do vậy thông thường người ta hàn điện xỉ với cơ cấu tạo hình mối hàn cưỡng bức – làm nguội cưỡng bức bề mặt tự do của kim loại bằng các tấm ố p đồng có nước lưu thông làm mát. Hàn điện xỉ có thể tiến hành bằng dòng điện một chiều hoặc xoay chiều, với một điện cực hay hai, ba điện cực (dây hàn). Có thể hàn bằng tấm điện cực (điện cực tiết diện lớn). Khi sử dụng các điện cực khác nhau người ta có thể hàn các kim loại chiều dày 8 – 2.000 mm. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài Công nghệ hàn điện xỉ được phát minh ra vào đầu những năm 1950 tại Viện hàn mang tên E.O.Paton thuộc Viện hàn lâm khoa học Ukraina. Ngay sau đó nó đã được ứng dụng rộng rãi tại các Nhà máy chế tạo thiết bị công nghiệp nặng và các Nhà máy khác của Liên Xô trước đây. Năm 1957, tập thể các nhà khoa học tại Viện hàn mang tên E.O.Paton thuộc Viện hàn lâm khoa học Ukraina đứng đầu là Viện sỹ B.E. Paton và Giáo sư G.Z. Voloskevich và các cán bộ khác đã được nhận giả i thưởng Lênin vì những đóng góp to lớn của mình trong công nghệ hàn nói chung. Năm 1958 công nghệ hàn điện xỉ đã được tặng Giải thưởng cao nhất Gran-Pri tại Hội chơ triển lãm quốc tế tai Brucxel, rồi sau đó tại các triển lãm quốc tế khác tại New York, Marxel, Henxinki, London. . . Bản quyền về công nghệ và thiết bị cho hàn điện xỉ đã được bán và chuyển giao cho Hãng ESAB (Thụy Điển). Thiết bị hàn điện xỉ của Liên Xô đã được xuất khẩu tới các nước như: Tiệp Khắc, Pháp, Rumania, Balan, CHDC Đức, Nhật, Ấn Độ và rất nhiều nước khác. Công nghệ hàn điện xỉ đã được ứng dụng rộng rãi ở rất nhiều quốc gia có nền công nghiệp phát triển trên thế giới như: Mĩ, Anh, Pháp, Nhật , Thụy Điển, Italia, Ấn Độ. . . 8 Về bản chất, công nghệ hàn điện xỉ là một trong số các phương pháp công nghệ hàn nóng chảy dựa trên nguyên lí giải phóng nhiệt năng khi có dòng điện đi qua bể xỉ nóng chảy. Các mép của chi tiết hàn được giữ cách nhau một khoảng nhất định được nung nóng đến nhiệt độ nóng chảy của thép và khe hở giữa chúng được điền đầy bằng kim loại dây hàn bổ sung nóng chảy. Trong lĩnh vực công nghi ệp chế tạo máy nói chung, công nghệ hàn điện xỉ đã được ứng dụng trên thế giới rộng rãi để tạo phôi các chi tiết lớn và chế tạo các thiết bị công nghiệp một cách hiệu quả. Nhược điểm của các công nghệ đúc và công nghệ hàn hồ quang trong chế tạo chi tiết máy có chiều dày lớn là lượng tiêu hao nguyên vật liệu cho một đơn vị khối lượng sản phẩm cao, tr ường ứng suất và biến dạng lớn dẫn đến khả năng làm việc và độ bền hạn chế. Trong công nghệ hàn điện xỉ, mức tiêu hao năng lượng và vật liệu hàn được giảm đi rõ rệt, liên kết mối hàn có chất lượng tốt nhờ quá trình điều khiển chế độ công nghệ hàn và cân bằng giữa các quá trình nhiệt-hoá học trong bể hàn. Từ những năm 1960-1970, các nhà nghiên c ứu của Viện hàn Patôn (Ukraina) đã bắt đầu tiến hành các nghiên cứu ứng dụng triển khai công nghệ hàn điện xỉ trong chế tạo các chi tiết máy lớn và đạt được những ưu điểm vượt trội sau đây: - Giảm một cách đáng kể lượng vật liệu hàn cho quá trình chế tạo chi tiết. - Hạn chế ứng suất và biến dạng của chi tiết máy. - Tiết kiệ m năng lượng tiêu thụ cho quá trình công nghệ. Hiện nay công nghệ hàn điện xỉ là một trong những công nghệ tiên tiến được phát triển rất mạnh ở các nước công nghiệp phát triển và được áp dụng rộng rãi trong chế tạo các chi tiết máy lớn phục vụ sản xuất nhất là trong các ngành công nghiệp nặng. 1.1.3. Tình hình nghiên cứu ở trong nước. Ở Việt Nam, công nghệ hàn điện xỉ đã được chuyển giao vào Việ t Nam thông qua các nghiên cứu của các Trường ĐH Bách khoa, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương. Tại PTN TĐ Công nghệ Hàn & Xử lý bề mặt-Viện Nghiên cứu Cơ khí đã có được thiết bị công nghệ tiên tiến nhập từ Cộng hòa [...]... phục hồi các chi tiết như : - Hàn phục hồi đầu búa máy nghiền than của Công ty CPCK Mạo Khê - Hàn phục hồi chi tiết trục hộp số của cơ cấu xoay cần khoan của XN Sửa chữa Cơ Điện LDDK Việt Xô Các chi tiết trên đều là các chi tiết có chi u dầy và đường kính lớn, phù hợp với công nghệ hàn điện xỉ Áp dụng công nghệ hàn điện xỉ vào các chi tiết này sẽ đảm bảo tăng năng suất và chất lượng , hiệu quả kinh... kim loại Hàn điện xỉ là một trong các giải pháp công nghệ trên giúp cho công việc chế tạo, phục hồi các kết cấu cơ khí bằng kim loại có kích thước và khối lượng lớn một cách nhanh chóng và hiệu quả kinh tế cao Hiện nay PTN TĐ CN Hàn và XLBM có hợp đồng hàn nối cọc lưới chắn rác công trình thủy điện Sơn La có đường kính 120 & 150mm , và các lời mời tham ra vào các công nghệ hàn phục hồi các chi tiết như... nghệ Hàn và Xử lý bề mặt đã thực hiện các hợp đồng về hàn chế tạo và phục hồi sửa chữa cho các công trình lớn có đòi hỏi về kỹ thuật ngang tầm khu vực và thế giới như - Phục hồi sửa chữa thanh giằng đường kính 3m cho dàn khoan Đại Hùng - Hàn chế tạo đường ống cho thủy điện Hà giang - Hàn phục hồi cần khoan cho liên doanh dầu khí - Hàn phục hồi các chi tiết có kích thước lớn cho các nhà máy xi măng và các. .. thiết bị công nghệ có sẵn tại PTN TĐ và với nguyên vật liệu được sử dụng trong nước, nghiên cứu tính toán xác lập các thông số chế độ công nghệ hàn điện xỉ Thiết kế và chế tạo đồ gá hoàn chỉnh tương ứng với một số chi tiết phục vụ quá trình công nghệ hàn điện xỉ Thiết lập Quy trình công nghệ hàn điện xỉ đối với một số chi tiết điển hình Từng bước đưa công nghệ hàn điện xỉ vào phục vụ nền công nghiệp... điểm công nghệ Hàn và Xử lý bề mặt cũng được xây dựng và trang bị các thiết bị tiên tiến về chuyên nghành , trong số đó có Thiết bị hàn điện xỉ tự động kiểu A-535 của Cộng hòa Ukraina có công dụng v các thông số sau: Công dụng: Thiết bị tự động hàn điện xỉ kiểu A-535, được sử dụng cho công nghệ hàn điện xỉ, hàn các mối nối thẳng và vòng khi hàn đối đầu, hàn góc và hàn chồng Công nghệ hàn sử dụng dây hàn. .. mặt phối hợp cùng với các đơn vị khác như công ty que hàn Việt 15 Đức, tổng công ty Vinasin đã chế tạo thành công thuốc hàn, và dây hàn các loại, từ các vật liệu trong nước trong đó có loại để phục vụ cho hàn điện xỉ, các sản phẩm trên đã được đưa vào thực tế sản xuất và được thị trường chấp nhận Tóm lại: Từ các vấn đề đã nêu trên hoàn toàn có điều kiện ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ tại Việt Nam 1.3... trong công nghệ hàn điện xỉ đơn giản hơn so với hàn hồ quang thông thường Các yêu cầu về đặc tính tĩnh và động học của nguồn hàn điện xỉ cũng ở mức thấp hơn so với nguồn hàn hồ quang 2 Quá trình hàn điện xỉ luôn ổn định ở dải mật độ dòng điện từ 0,2 – 300 A/mm2 và hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu hàn bằng dây hàn có đường kính từ 1,6 mm và nhỏ hơn cho đến các băng điện cực hàn tiết diện 400 mm2 và lớn. .. hàn hoặc tấm điện cực hàn làm nguồn cấp kim loại bổ sung để tạo dáng mối nối Dây hàn thường được sử dụng cho hàn điện xỉ khi kim loại cơ bản có chi u dày đến 450 mm và không hạn chế về chi u dài đường hàn, các tấm điện cực hàn dùng để hàn các mối nối thẳng có chi u dài không quá 1.500 mm Mô tả thiết bị: Các cơ cấu chính của thiết bị hàn tự động điện xỉ bao gồm: + Cơ cấu cấp 3 dây hàn + Xe hàn chính +... nghiệp nước ta đã có những phát triển mạnh mẽ, trong nước có nghiều những công trình lớn và hiện đại, các khu công nghiệp lớn được thành lập để chế tạo và sửa chữa các thiết bị lớn Từ dó xuất hiện yêu cầu đòi hỏi nghành công nghiệp nặng phải có những giải pháp công nghệ để chế tạo ,phục hồi các kết cấu cơ khí có kích thước và khối lượng lớn, trong đó có các kết cấu và các chi tiết không thể tháo lắp từng... 2: CÁC LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN XỈ 2.1 Các thông số tính toán kinh tế cho hàn điện xỉ 1 Khối lượng kim loại đắp được tính theo một trong các công thức sau đây: Qkl đắp = 0,001 x Ihàn x ađắp x at x tmối hàn Hoặc Qkl đắp = S x L x γ x 0,001 Trong đó: Qkl đắp: Ihàn: Ađắp: at: tmối hàn : S: L: Γ: (2.1) (2.2) khối lượng kim loại đắp của mối hàn dòng điện hàn hệ số hàn đắp hệ số thời gian hàn . KHAI CÔNG NGHỆ HÀN VÀ HÀN ĐẮP PHỤC HỒI BẰNG HÀN ĐIỆN XỈ CHO CÁC CHI TIẾT MÁY CÓ CHI U DẦY LỚN (60 - 150MM) VÀ CHI TIẾT DẠNG TRỤC CÓ ĐƯỜNG KÍNH LỚN 60 - 400MM PHỤC VỤ SẢN XUẤT” Ký hiệu:. TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2009 Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ HÀN VÀ HÀN ĐẮP PHỤC HỒI BẰNG HÀN ĐIỆN XỈ CHO CÁC CHI TIẾT MÁY CÓ CHI U. tiết trên đều là các chi tiết có chi u dầy và đường kính lớn, phù hợp với công nghệ hàn điện xỉ. Áp dụng công nghệ hàn điện xỉ vào các chi tiết này sẽ đảm bảo tăng năng suất và chất lượng , hiệu