Đề án Thiết kế quy trình công nghệ hàn để chế tạo kết cấu bồn chứa khí CO2 cỡ lớn

LỜI NÓI ĐẦU Công nghiệp hóa là mục tiêu đặt ra với nhiều nước đang phát triển, nhằm hướng tới cơ cấu kinh tế hiện đại. Trong đó, ngành cơ khí đóng một vai trò hết sức quan trọng trong quá trình phát triển đó. Hệ thống các nghành cơ khí thì, công nghệ hàn là một trong những công nghệ gia công kim loại được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất và xây dựng như: Chế tạo máy, xây dựng, lắp giáp công trình, giao thông vận tải, hóa chất... Ngày nay, khi con người đang đứng trước sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ. Vì vậy để bắt nhịp được với xu hướng phát triển đó, đòi hỏi chúng ta phải có sự tìm tòi và nghiên cứu một cách cụ thể. Việc ứng dụng những lý thuyết vào thực tế sản xuất là một trong những khâu rất quan trọng. Chính vì vậy, là một sinh viên chuyên ngành cơ khí chế tạo máy, sau khi đã được học môn học “ Máy và công nghệ hàn’’ thì bước vào tiến hành làm “ Đồ án công nghệ hàn” là việc rất quan trọng và cần thiết để từ đó sinh viên có cơ hội vận dụng kiến thức đã học nhằm giải quyết các vấn đề trong thực tế sản xuất, thiết kế ra các phương án công nghệ hợp lý, làm thỏa mãn ở chừng mực nào đó yếu tố kinh tế, yếu tố kỹ thuật Với đề tài : “Thiết kế quy trình công nghệ hàn để chế tạo kết cấu bồn chứa khí CO2 cỡ lớn ’’, bản thân em thấy còn có nhiều điều mới mẻ, bỡ ngỡ và có phần lúng túng. Tuy vậy, nhờ có sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Đào Quang Kế, em tự tin hơn, cơ hội hoàn thành đồ án của mình được tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn “ Công nghệ kim loại’’- Khoa Cơ điện - HV Nông nghiệp VN , đặc biệt là thầy giáo PGS.TS Đào Quang Kế đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình. Em xin chân thành cảm ơn ! CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM CHẾ TẠO 1.1- Khái quát về công nghệ hàn 1.1.- Một số khái niệm cơ bản - Hàn là quá trình nối tạo ra sự liên kết vật liệu của các chi tiết bằng cách nung chỗ nối tới nhiệt độ hàn, có sử dụng áp lực hoặc chỉ thông qua sử dụng áp lực, có sử dụng hoặc không sử dụng kim loại phụ. Hàn được sử dụng để tạo ra các mối hàn. - Mối hàn là sự liên kết mang tính cục bộ của các kim loại( hoặc phi kim loại) được tạo ra bằng cách nung chúng tới nhiệt độ hàn, có sử dụng áp lực hoặc chỉ thông qua sử dụng áp lực, có sử dụng hoặc không sử dụng kim loại phụ. - Sự liên kết là sự hợp nhất của các vật liệu tại chỗ hàn - Vật hàn là tổ hợp các bộ phận cấu thành được nối với nhau bằng hàn - Liên kết là chỗ nối của các phần tử kim loại bao gồm mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt. - Kim loại phụ là kim loại hoặc hợp kim được bổ sung vào mối hàn để tạo ra liên kết hàn. - Kim loại cơ bản là kim loại hoặc hợp kim của các phần tử được hàn. - Kim loại mối hàn là toàn bộ phần kim loại cơ bản và kim loại phụ đã được nung chảy ( hoăch đã được chuyển sang trạng thái dẻo ) trong quá trình hàn và được giữ lại trong mối hàn. - Qúa trình hàn là một nhóm các nguyên lý hoạt động cơ bản ( luyện kim, điện, vật lý) được sử dụng khi hàn nhằm tạo ra sự liên kết chi tiết hàn. 1.2. Sản phẩm CO2. - Cacbon dioxit (CO2 ) ở điều kiện thông thường là một loại khí trơ không màu, không mùi và không dẫn điện, có khối lượng phân tử gấp 1.5 lần so với không khí. Carbon dioxide khí được hình thành từ sự kết hợp của hai yếu tố: carbon và oxy. Nó được sản xuất từ việc đốt than hoặc Hydrocacbon, sự lên men của chất lỏng và hơi thở của con người và động vật. Nó được tìm thấy trong tỷ lệ nhỏ trong bầu khí quyển và được đồng hóa bởi các nhà máy do đó sản xuất ra ôxy. Carbon dioxide là một thành phần nhỏ nhưng quan trọng của không khí.. tập trung điển hình của nó là khoảng 0,036% hoặc ppm 360. Thở không khí chứa nhiều như lượng khí carbon dioxide 4%. Các ứng dụng của CO 2 . Nhà máy sản xuất khí carbon dioxide trong chủ yếu là hai hình thức - chất lỏng và rắn. Solid CO 2 còn được gọi là "băng khô" và được sử dụng như là chất làm lạnh trong công nghiệp thực phẩm và cho các lô hàng nhỏ. CO 2 được sử dụng rộng rãi trong việc lưu trữ và vận chuyển của kem và thực phẩm đông lạnh khác. Một số các ứng dụng CO 2 đang được liệt kê dưới đây: Bình chữa cháy: CO 2 dập tắt đám cháy. Đồ uống: khí này được sử dụng để làm nước giải khát có ga và nước soda. . Dung môi: lỏng CO 2 được xem như một chất hòa tan tốt cho nhiều hợp chất hữu cơ. Ở đây nó có thể được sử dụng để loại bỏ caffein từ cà phê. . Các nhà máy: Nhà máy cần CO 2 để thực hiện quang hợp, và các nhà kính có thể thúc đẩy tăng trưởng thực vật với thêm CO 2. Bị áp lực khí: Nó được sử dụng như là không cháy khí nén rẻ nhất. Bị áp lực CO 2 là bên trong hộp thiếc trong áo phao. Nén khí CO 2 được sử dụng trong đánh dấu paintball, airguns, cho phình lốp xe đạp. Y học: Trong y học, lên đến 5% CO 2 được thêm vào oxy nguyên chất. Điều này giúp thở gây ra và để ổn định O2/CO 2 cân bằng trong máu. Laser CO 2: Các laser CO 2, một loại phổ biến của laser khí công nghiệp sử dụng CO 2 như một phương tiện. cũng tìm thấy việc sử dụng nó như là một bầu không khí để hàn. Dầu Wells: Carbon dioxide thường tiêm vào hoặc bên cạnh sản xuất các giếng dầu để vẽ bị mất dấu vết của dầu thô. Công nghiệp hóa chất: Nó được sử dụng như một nguyên liệu trong ngành công nghiệp quá trình hóa học, đặc biệt là đối với phân urê và methanol sản xuất. Công nghiệp kim loại: Nó được sử dụng trong sản xuất đúc ảnh hưởng để tăng cường độ cứng của họ. Xông hơi khử trùng: Được sử dụng như là một fumigent để tăng thời hạn sử dụng và loại bỏ phá hoại. 1.3. Một số bồn CO2 cỡ lớn. Cấu tạo của bồn chứa CO 2 lỏng gồm 2 vỏ: + Vỏ trong bằng vật liệu Q235-B. + Vỏ ngoài bằng vật liệu Thép CT3. + Giữa 2 lớp vỏ được dồn bột cách nhiệt và hút chân không. Các phụ tùng kèm theo: đồng hồ đo mức, đồng hô đo áp suất, đồng hồ đo chân không, van an toàn và các van công nghệ và dàn bốc hơi tăng áp. Các thông số chính của sản phẩm. Nội dung Lớp vỏ trong Lớp vỏ ngoài Model item CLF 100/2,2 CLF 100/2,2 Áp suất làm việc 2,2 MPa Áp suất chân không Dung tích 100 m3 Nhiệt độ -40oC Nhiệt độ ngoài trời Chất lỏng chứa Liquid carbon dioxide Hạt Perlic Áp suất thử 3 MPa Áp suất mở van 2,3 MPa Tốc độ bay hơi < 0,65 Hệ số bền mối hàn 1 1 Vật liệu Q235-B Thép CT3 Bảng 1. Các thông số chính của sản phẩm bồn CO2 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN VẬT CƠ BẢN, LOẠI QUÁ TRÌNH HÀN VÀ VẬT LIỆU HÀN 2.1. Phân tích, lựa chọn vật liệu cơ bản của các chi tiết hàn. 2.1.1. Phân tích lựa chọn vật liệu cơ bản: Lớp vỏ ngoài là thép CT3 (Theo tiêu chuẩn của Nga GOST 380-88). Lớp vỏ trong là thép Q235-B (theo tiêu chuẩn Trung Quốc GB700-88). 2.1.2. Thành phần hóa học của các vật liệu đã chọn. Vật liệu Thành phần hóa học C% Si% Mn% P% S% Cr% Ni% Cu% CT3 0,12-0,23 0,05-0,17 0,45-0,65 0,045 ≤0,045 ≤0,3 ≤0,3 ≤0,3 Q235-B 0,12-0,2 ≤0,3 0,3-0,7 0,045 ≤0,045 ≤0,3 ≤0,3 ≤0,3 Bảng 2. Thành phần hóa học của vật liệu hàn. 2.1.3. Cơ tính của vật liệu cơ bản. Vật liệu Cấp bền σb (MPa) σc (MPa) δ% CT3 3,6 362-461 216-235 24-27 Q235-B 375-406 225-235 21-26 Bảng 3. Cơ tính của vật liệu đã chọn. 2.1.4. Các chú ý khi hàn chủng loại đã chọn. Thông số nhạy cảm với nứt nóng HCS dùng để đánh giá nứt nóng thiên tích ở vùng ảnh hưởng nhiệt của thép cacbon và thép hợp kim thấp. Do thép của ta là thép cacbon nên theo trang 54 – tập 2[1] ta có: Hcs=1000C. Đối với thép CT3: Hcs = 10,61 > 4. à thép có thiên hướng tạo nứt nóng. Đối với thép Q235-B: Hcs = 8,916 > 4. à thép có thiên hướng tạo nứt nóng. Hàm lượng cacbon tương đương CE: Biểu hiện tính hàn của vật liệu, được xác định bằng công thức sau: CE = C + Mn6 + Cr + Mo + V 5 + Ni + Cu 15 Nếu CE > CEth thì thép có tính hàn. CEth = 0,45 khi chiều dày tấm hàn h < 25mm. CEth = 0,4 khi chiều dày tấm hàn h < 35mm. Đối với thép CT3 : CE = 0,508 > CEth à thép không có tính hàn. Đối với thép Q235-B : : CE = 0,476 > CEth à thép không có tính hàn. Thông số nhạy cảm với nứt tầng PL, đối với thép cacbon và thép hợp kim thấp, theo trang 64 và 59 tập [2] ta có: PL = PCM + + 6S Trong đó: + PCM là hệ số đặc trưng cho sự giòn vùng ảnh hưởng nhiệt do chuyển biến pha: PCM = C + + + + + + HD là lượng hydro khuyếch tán tính bằng ml/100g kim loại đắp: HD = 0,78.HIIW – 1,4 Theo bảng 1-6 trang 57 tập 2 [1] ta có HIIW = 2÷7 chọn HIIW = 5 HD = 0,78.5 – 1,4 = 3,9 Đối với thép CT3: PL = 0,6325 > 0,286 à thép có thiên hướng nứt nguội. Đối với thép Q235-B: PL = 0,64 > 0,286 à thép có thiên hướng nứt nguội. Xác định nhiệt độ nung nóng sơ bộ (Tp). Theo trang 140 [2], ta có: Tp = 350.CE - 0,25 (oC). + Đối với thép CT3: Tp = 350.0,508 - 0,25 = 177,8 (oC). + Đối với thép Q235-B: Tp = 350.0,476 - 0,25 = 166,4 (oC). 2.2. Phân tích lựa chọn các loại quá trình hàn sẽ sử dụng. Ta thấy các đường hàn của chi tiết là các đường hàn dài, rộng, tư thế hàn khó, thép có tính hàn kém, yêu cầu chất lượng lại cao nên ta chọn phương pháp hàn bán tự động bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ là CO2 sử dụng dòng điện hàn một chiều cực nghịch. 2.2.2. Các thông số hàn chính của các quá trình hàn đã chọn. Theo bảng 186[6], ta chọn được: Dòng điện hàn I (A) Mật độ dòng điện hàn J Tốc độ cấp dây V (m/phút) Điện áp U (V) Tốc độ hàn V (m/phút) Đường kính dây hàn d (mm) Số lớp hàn (n). Khe hở hàn (mm). Tầm với điện cực. 450-600 3,8 – 7,5 27-30 18-35 4-6 2-3 1,8-3 Bảng 4. Các thông số hàn chính của quá trình hàn. 2.2.3. Các thông số kỹ thuật bổ sung của các quá trình hàn đã chọn. Số lớp hàn Tiêu hao khí lít/phút Góc vát mép Độ 2 - 4 18÷23 54o 6o 2.2.4. Kỹ thuật hàn các quá trình hàn đã chọn. Chuẩn bị trước khi hàn: công tác chuẩn bị ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng mối hàn. Ta tiến hành vát mép theo yêu cầu. Chọn dạng lót đáy mối hàn: ta không cần tấm lót đáy vì bên trong bình rất khó dùng chọn a = 0. Kiểm tra thiết bị trước khi hàn bao gồm: Kiểm tra độ kín của mọi mối nối đường dẫn khí bảo vệ, Kiểm tra dòng điện hàn và lưu lượng khí bảo vệ đã đặt trước, Chọn cỡ chụp khí bảo vệ và đường kính điện cực thích hợp, Kiểm tra lưu lượng nước làm mát mỏ hàn Kiểm tra việc đấu dây của vật hàn. Chế độ hàn Cường độ dòng điện hàn cho tư thế hàn đã chọn, Thời gian tăng dòng điện hàn lên đến giá trị đã chọn, Thời gian giảm cường độ dòng điện hàn khi tắt hồ quang( để điền đầy miệng hàn), Đường kính điện cực, Tốc độ hàn, Lưu lượng khí bảo vệ và cỡ chụp khí ( đường kính miệng phun của khí chụp ), Thời gian tác dụng của khí bảo vệ trước và sau khi hồ quang hoạt động. Kỹ thuật hàn. Dịch chuyển ngắn mạch: góc nghiêng điện cực đối với hàn sấp nên từ 15 – 200, đối với hàn đứng từ dưới lên nên từ 0 – 50, đối với hàn đứng từ trên xuống nên từ 15 – 200. Tầm với điện cực B được chọn thông qua độ nhô E của ống kẹp điện cực B = 6 – 13 mm, E = 0 – 32 mm. Dịch chuyển tia dọc trục: cần sử dụng tầm với điện cực và độ lùi của đầu ống kẹp điện cực như sau: E = 32 mm, B = 19,25 mm. Góc nghiêng súng hàn vào khoảng 0 – 50, bề mặt kim loại phải sạch. Cần chú ý đến chế độ nhiệt khi hàn: khi thép cacbon có chiều dày lớn, tính hàn kém thì nên nung nóng sơ bộ trước. 2.3. Phân tích, lựa chọn các loại vật liệu hàn. 2.3.1. Phân tích, lựa chọn các loại vật liệu hàn. Vật liệu hàn bao gồm khí bảo vệ, điện cực và dây hàn phụ Do ở phần 2.1.4 mối hàn của ta bị nứt nóng, một trong các biện pháp khắc phục là biện pháp luyện kim như chọn thành phần hóa học kim loại mối hàn và vật liệu hàn thích hợp. Dây hàn phụ: được sử dụng để bổ sung kim loại vào mối hàn. Phải đáp ứng các yêu cầu sau: Thành phần hóa học phải chứa các nguyên tố khử ôxi như Si, Mn, Ti. Phải đảm bảo độ bền, tính dẻo, độ dai va đập. à chọn dây hàn ER 70S-5 theo tiêu chuẩn AWS A5.18-79. (Theo trang 94,95 tập 2 [1]). Khí bảo vệ: chọn là khí CO2. Điện cực: theo dây hàn, nên chọn loại có tính chất hóa học gần giống với vật liệu hàn. 2.3.2. Thành phần hóa học của vật liệu hàn. Dây hàn ER 70S-5 theo tiêu chuẩn AWS A5.18-79. Vật liệu Thành phần hóa học C% Si% Mn% P% S% AL% Cu% ER70S-5 0,07-0,19 0,05-0,17 0,3-0,6 0,025 0,035 0,5-0,9 0,5 Bảng 5. Thành phần hóa học của dây hàn ER70S-5. 2.3.3. Cơ tính của vật liệu đã chọn. Dây hàn ER70S-5. Khí bảo vệ Dòng hàn (cực hàn) Độ bền kéo tối thiểu MPa Giới hạn chảy tối thiểu MPa Độ dãn dài tương đối % CO2 + 500 416 22 Bảng 6. Cơ tính của dây hàn ER70S-5. CHƯƠNG 3. CHẾ TẠO PHÔI HÀN. 3.1. Xác định hình dáng kích thước của tất cả các chi tiết hàn. Hình 1. Bản vẽ chi tiết vật hàn. Từ hình vẽ ta thấy bồn CO2 gồm các bộ phận chính là: thân bồn (1), hai đáy (2), hai chân đế (3). Thân bồn: chọn phôi tấm vì chiều dài và đường kính khá lớn. Đáy bồn: được chế tạo từ phôi tấm sau đó tiến hàn rèn dập theo biên dạng yêu cầu. Chân đế: chế tạo theo phương pháp đúc vì không yêu cầu về khả năng chịu áp suất, hình dạng khá phức tạp. Thân bồn: L = 9340 mm, D = 3550 mm. Hình 2. Kích thước thân bồn. Đáy bồn: h = 215 mm, h’ = 502 mm. Hình 3. Kích thước đáy bồn. Chân đế: Hình 4. Kích thước chân đế. TT Tên chi tiết hàn Số lượng Loại phôi sẽ chọn 1 Thân bình 1 Phôi tấm, chiều dày 20 mm 2 Đáy bình 2 Phôi tấm, chiều dày 20 mm 3 Chân đế 2 Phôi đúc Bảng 7. Thống kê số lượng các chi tiết của một sản phẩm hoàn chỉnh. 3.2. Khai triển phôi cho các chi tiết hàn. Ta sử dụng phương pháp diện tích để khai triển. Chi tiết thân bồn. Hình khai triển là hình chữ nhật AxB. Hình 5. Hình khai triển thân bồn. Có: A = L = 9340 mm. Cân bằng diện tích 2 hình ta có: Vậy để chế tạo phôi hàn trên ta chọn phôi tấm cuộn có B.S = 9896.20 Với s = 20 mm tra bảng 4 tr.19 [3] ta có trị số mạch nối a = 7 mm. Chi tiết đáy bồn : Hình khai triển là hình tròn đường kính D’. Hình 6. Hình khai triển đáy bồn. Có: D = 3550; R = 1750. h = 215; h’ = 502. + Hình khai triển là tấm tròn có đường kính: D’ trong đó: S = П.D.h + 2 П.R.h’ S” = П.D’2/4 → Dh + 2Rh’ = D’2/4 → D’ = = 2 = 3760 mm Để chế tạo phôi ta chọn trị số mạch nối phôi tấm cuộn kích thước như phôi chế tạo chi tiết thân bình. Xếp hình sản phẩm theo kiểu song song như hình vẽ sau: Chi tiết chân đế: Ta chế tạo bằng phương pháp đúc nên không cần khai triển phôi hàn. 3.3. Lựa chọn phôi, kiểm tra và nắn cắt phôi. 3.3.1. Lựa chọn nhập phôi. - Chọn thép có kích thước đã chọn ở các phần trên. 3.3.2. Yêu cầu về chất lượng và phương pháp kiểm tra phôi. Yêu cầu chất lượng phôi: Phải đảm bảo về mặt cơ tính, đảm bảo về độ thẳng, độ phẳng, độ không song song, Ta sử dụng các công cụ như : thước thẳng chia độ, thước dây, thước cuộn, thước kiểm tra độ thẳng, độ không vuông góc, thước cặp, đồng hồ đo có mặt số, 3.3.3. Nắn phôi trước khi cắt. Sau khi kiểm tra phôi nếu không đạt yêu cầu thì ta tiến hành uốn, nắn , chỉnh phôi sao cho phù hợp. 3.4. Lấy dấu và đánh dấu phôi. TÊm thÐp sau khi ®­îc n¾n xong, tiÕn hµnh xÐp ph«i lªn ®ã ®Ó chän lÊy ph­¬ng ¸n tèi ­u. Khi ®· chän ph­¬ng ¸n tèi ­u råi, tiÕn hµnh lÊy dÊu vµ ®¸nh dÊu ph«i. LÊy dÊu dï lµ vi viÖc cÇn thiÕt v× kh«ng nh÷ng ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c kÝch th­íc vµ h×nh d¹ng cña ph«i khi c¾t mµ cßn t¹o ®iÒu kiÖn dÔ dµng cho qu¸ tr×nh c¾t. Khi lÊy dÊu cÇn chó ý mét ®iÓm c¬ b¶n lµ ph¶i tÝnh ®Õn l­îng gia c«ng c¬ tiÕp theo vµ ®é co cña kim lo¹i sau khi hµn. §Ó tr¸nh sù nhÇm lÉn trong c¸c nguyªn c«ng tiÕp theo ®Æc biÖt lµ nguyªn c«ng l¾p ghÐp - hµn vµ ®Ó dÔ kiÓm tra khi mÊt m¸t, sau khi lÊy dÊu xong cÇn ph¶i ®¸nh dÊu c¸c ph«i. Tuy nhiª, viÖc nµy chØ cÇn thiÕt ®èi víi tr­êng hîp s¶n xuÊt ®¬n chiÕc hay lo¹i nhá mµ th«i, cßn ®èi víi d¹ng s¶n xuÊt hµng lo¹t lín hµng khèi cã thÓ kh«ng cÇn thiÕt, bëi v× trong tr­¬ng hîp nµy, khi chuyÓn sang tõ nguyªn c«ng tõ nguyªn c«ng nµy sang nguyªn c«ng kh¸c, C¸c ph«i th­êng ®­îc chøa trong c¸c thïng riªng, do dã Ýt x¶y ra hiÖn t­îng nhÉm lÉn vµ mÊt m¸t, ®ång thêi n©ng cao ®­îc n¨ng suÊt lao ®éng. 3.5. Cắt phôi. 3.5.1. Phân tích lựa chọn phương pháp cắt phôi. Ta sử dụng phương pháp cắt bằng laser. Vì lượng phôi lớn, kích thước lớn, cần độ chính xác cao, cắt bằng laser cho năng suất cao. 3.5.2. Xác định các thông số chế độ cắt phôi. Theo tài liệu [4], ta có: Bề rộng cắt: 1mm. Tốc độ cắt : 22,4 m/phút. 3.6. Tạo hình phôi. 3.6.1. Phân tích, lựa chọn phương pháp chế tạo phôi. Phần thân bồn chọn phương pháp uốn lốc tạo hình trụ. Đáy bồn thực hiện trên máy ép thủy lực và khuân dập cắt. Một số thiết bị tạo hình: Hình 7. Máy tạo hình phôi. 3.7. Tạo mép hàn (vát mép hàn). 3.7.1. Yêu cầu về hình dáng, kích thước và chất lượng mép hàn của các mối hàn. Theo trang 13, [5], ta chọn liên kết hàn giáp mối vát mép hai chi tiết hàn ở một mặt vát thep kiểu chữ V. Hình 8. Bản vẽ kích thước mép hàn. Để ngăn ngừa nứt tầng giảm ứng suất tập trung, hơn nữa bình chứa oxi chịu áp lực lớn phải làm đều hệ số tác động lực vào các mối hàn Lưu ý chất lượng mép hàn phải thẳng đủ kích thước - Nếu thiếu kích thước thì không đủ lượng mối hàn làm giảm sức chịu lực - Nếu thừa làm cho khả năng chịu lực của kim loại đó giảm đi 3.7.2. Lựa chọn phương pháp và thiết bị tạo mép hàn. Ta sử dụng thiết bị vát mép chuyên dùng Bevel. Hình 9. Máy tạo mép hàn. 3.7.3. Cắt, sửa lại phôi/mép hàn sau khi tạo hình. Các yêu cầu về chất lượng phôi hàn: + Dung sai với kích thước dài: D = 3150 ± 6 (mm). L = 9340 ± 10 (mm). + Dung sai độ phẳng, độ thẳng, độ song song là: D = 3150 là t = 6mm. L = 9340 là t = 10mm. Tiến hành kiểm tra nếu không đạt yêu cầu thì chỉnh sửa lại. CHƯƠNG 4. GÁ LẮP VÀ HÀN ĐÍNH KẾT CẤU HÀN. 4.1. Phân tích, lựa chọn, thiết kế mới đồ gá hàn. 4.1.1. Lựa chọn, thiết kế mới đồ gá hàn. Ta sử dụng hai loại đồ gá là : + Đồ gá lăn xoay điều chỉnh được để hàn nối thân bồn. + Đồ gá tròn xoay trục (mặt bích) dùng để hàn nối đáy với thân bồn. Đồ gá lăn xoay điều chỉnh được. Hình 10. Đồ gá lăn xoay điều chỉnh được. Cấu tạo gồm một bộ phận quay lực xung động, một thiết bị ngừng quay, một hộp điều khiển điện và hộp điều khiển từ xa. Bộ quay xung động sở hữu hai bộ bánh xe lăn di chuyển và đế. Đế có cấu trúc hộp để bảo vệ trục vít ở trong và cũng có thể nối hai bộ phận quay lực xung động. Bằng cách xoay vít hai bộ bánh xe cùng một lúc có thể đồng thời di chuyển về phía trước hoặc phía sau. Bộ quay được nối với động cơ điện thông qua một bộ giảm tốc trục răng cưa. Bộ quay lực xung động có thể cung cấp điện luôn phiên ổn định để đảm bảo hiệu quả hoạt động và hộp điều khiển được trang bị một màn hình kỹ thuật số hiển thị tốc độ quay chính xác của bộ quay. Đồ gá tròn xoay trục (mặt bích). Hình 11. Đồ gá mặt bích. Chuyên dùng hàn các loại mặt bích trong mối nối ống hoặc các loại đường ống ngắn đặt nghiêng từ 00- 900. Chi tiết gá lên bàn quay bằng các vấu kẹp hoặc măm cặp. Tốc độ quay mâm gá điều chỉnh vô cấp phù hợp với tốc độ hàn bằng biến tấn Kết cấu chắc chắn được thiết kế chống rung , lắc khi hàn. 4.2. Kỹ thuật gá lắp định vị và cố định phôi trên đồ gá. 4.2.1. Chuẩn gá kẹp và định vị phôi trên đồ gá hàn. Chọn chuẩn là bề mặt ngoài của phôi sau khi đã tạo hình vừa làm nhiệm vụ tỳ vừa làm nhiệm vụ định vị. Cách định vị: Do trọng lượng phôi lớn nên không cần kẹp chặt, tiến hành đặt lên đồ gá và di chuyển đồ gá. 4.2.2. Trình tự các nguyên công và các bước gá lắp phôi lên đồ gá. Sơ đồ nguyên công. Nguyên công 1: Hàn tạo các phần của thân bồn. Nguyên công 2: Hàn hai đáy vào một phần của thân bồn. Nguyên công 3: Hàn các đường chu vi để nối thân bồn. Nguyên công 4: Lồng hai lớp vỏ trong và vỏ ngoài với nhau. Nguyên công 5: Hàn hai chân đế. Nguyên công 1. Hàn tạo các phần của thân bồn. Bước 1: Đặt phôi hình trụ đã tạo hình lên đồ gá lăn xoay sao cho đường hàn nằm ở vị trị cao nhất. Bước 2: Tiến hành hàn đính theo chế độ sẽ chọn. Nguyên công 2. Hàn hai đáy vào một phần của thân bồn. Bước 1: Đặt một phần của thân bồn lên đồ gá mặt bích. Bước 2: Đặt đáy lên trên phần thân bồn. Bước 3: Tiến hành hàn đính. Nguyên công 3. Hàn các đường chu vi để nối thân bồn. Bước 1: Đặt các phần thân bồn đã hàn ở nguyên công 1 lên đồ gá lăn xoay. Bước 2: Điều chỉnh đồ gá sao cho các phần lại sát nhau và các đường hàn ở nguyên công 1 của các phần không thẳng hàng nhau. Bước 3: Tiến hành hàn đính. Chú ý: Chỉ hàn kín một lớp vỏ trong, lớp vỏ ngoài chưa hàn kín hết mà để lại một đường hàn để tiến hành thực hiện nguyên công 4. Nguyên công 4. Lồng hai lớp vỏ vào với nhau. Bước 1: Đặt lớp vỏ trong đã hàn ở nguyên công 4 lên đồ gá lăn xoay. Bước 2: Tiến hành hàn tạo các gờ trên lớp vỏ trong (chiều dài gờ là 30mm). Bước 3: Tiến hành lồng lớp vỏ ngoài vào. Bước 4: Tiến hành hàn đính. Nguyên công 5. Hàn hai chân đế vào bồn. Bước 1: Đặt bồn lên hai chân đế. Bước 2: Tiến hành hàn (không cần hàn đính). 4.2.3. Cách kiểm tra phôi trên đồ gá. Ta sử dụng các các loại thước đo; dưỡng kiểm, các miếng nêm, miếng đệm chuyên dụng để đo đạc và căn chỉnh các kích thước lắp ghép đúng với yêu cầu của tiêu chuẩn. 4.3. Chế độ và kỹ thuật hàn đính. 4.3.1. Phân tích, lựa chọn loại quá trình hàn đính. Các mối hàn đính được thực hiện để lắp ráp các chi tiết cần hàn, nhằm bảo đảm vị trí tương đốicủa chúng trong liên kết hàn. Để tiết kiệm và thuận lợi thì ta chọn loại quá trình hàn đính giống với quá trình hàn chính là hàn bằng hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ là CO2. Dựa vào bản vẽ chi tiết hàn ta thấy các đường hàn số 1, và số 2 cần phải hàn đính. Đường hàn số 3 không cần hàn đính vì đã được gá lắp đảm bảo kích thước lắp ghép của liên kết hàn.. 4.3.2. Tính toán/lựa chọn chế độ hàn đính. Đường kính que hàn: Đường kính que hàn đính khi hàn giáp mối: d= +1= +1=7 Trong sản xuất ít dùng que hàn có d > 6mm do không an toàn cho người thợ hàn. Chọn que hàn đính đường kính d= 4mm. Đường kính que hàn đính khi hàn góc: d= +2=+2=7 Chọn d= 4mm Cường độ dòng điện hàn: Ih= k.d k= 35-50 là hệ số thực nghiệm vậy Ih= (140-200)A Khi hàn đính ta lấy tăng cường độ dòng hàn lên 20-30% so với dòng điện hàn bình thường cho đường kính que hàn đó. Do vậy Ih= (182-260)A Điện áp hàn : Uh=a+b.Lhq a là tổng điện áp rơi trên A và K, a=15-20 V b là tổng điện áp rơi trên một đơn vị chiều dài hồ quang, b=15,7 V/cm Lhq là chiều dài hồ quang, Lhq=d=4mm Vậy Uh=(21,28-26,28 ) V 4.3.3. Kỹ thuật hàn đính. Hàn đính thành đoạn có chiều dài từ 100 – 120mm. Bố trí các mối hàn như hình vẽ. Hình 12. Vị trí các mối hàn đính của đường hàn số 2. Hình 13. Vị trí các mối hàn đính của đường hàn số 1. 4.4. Quá trình xử lý trước khi hàn. 4.4.1. Xử lý nhiệt trước khi hàn – preheating. Xác định nhu cầu nung nóng trước khi hàn. Do vật liệu hàn là thép CT3 và thép Q235-B có tính hàn kém nên cần nung nóng sơ bộ trước khi hàn theo nhiệt độ đã tính ở phần trước. Xử lý cơ hóa. Tất cả các mối hàn cần phải được làm sách trước khi hàn để tang tính hàn, độ ngấu, đảm bảo về chất lượng. Ta có thể làm sạch mối hàn bằng các biện pháp cơ học như: sử dụng máy mài, chổi mài, CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ HÀN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ HÀN PHÙ HỢP. 5.1. Tính toán các thông số chế độ công nghệ hàn cho từng mối hàn. 5.1.1. Tính toán lựa chọn các thông số chế độ hàn chính. Mối hàn giáp mối. Theo bảng 3.40[2] ta chọn đường kính dây đường kính dây hàn bằng d = 4 mm, Ih = 550A Khi đó mật độ dòng điện trong dây sẽ là j = = = 55,49 Theo bảng 14[3] ta có j = 50÷85 → j nằm trong giới hạn cho phép Với đường kính dây d = 4 mm theo bảng 10[3] ta có hằng số N = (16-20)103 lấy N = 17.103 Theo công thức 6-4[3] tốc độ hàn: Vh = = = 30,09 m/h = 8,78 mm/s Theo công thức 6-5[3] điện áp hàn: Uh = 20 + = 20 + = 33,75 V → chọn Uh = 34 V Với Uh = 34 theo hình 21[3] chúng ta tìm được hệ số ngấu yn = 2,2. Công suất hữu ích của dòng hồ quang là: q = 0,24 .34.565.0,75 ≈ 3458 cal/s Theo công thức 5-6[3] ta có chiều sâu chảy của mối hàn: Theo công thức 5-10[3] chiều rộng của mối hàn là: b = yn.h = 2,2.5,35 = 11,77 mm Trên hình 22[3] tìm được hệ số = 16 g/A.h Theo công thức 5-11[3] diện tích tiết diện ngang của kim loại là: Fdl = = = 0,28 cm2 = 28 mm2 Chiều cao mối hàn được tính theo công thức 2-25 [3] Theo công thức 2-26 [2] chiều cao toàn bộ mối hàn là: H = 5,35 + 3,26 = 8,61 (mm) Theo công thức (5-28) chiếu cao của kim loại đắp sau lớp hàn thứ nhất là: C’= = = 7,41 mm Theo công thức (6-6) ta xác định chiều sâu chảy của phần không vát mép ở phía thứ nhất : h’ =H - C’= 8,61-7,41 = 1,2 mm Diện tích tiết diện ngang của phần vát mép ở phía thứ nhất: Fv = 10,82 .0.509 =59,37 mm2 Gi¶ sö mèi hµn ®­îc hoµn thµnh sau mét líp th× chiÒu réng cña nã lµ: b = 2.10,08.+2,5.2 = 16 mm Nếu lấy hình dạng mối hàn ψm-h = 10 thì diện tích tiết diện ngang của phần lồi mối hàn là: F1 = 0,73.b.c = 0,73. = 0,73. = 18,69 mm2 Như vậy diện tích tiết diện ngang của toàn bộ kim loại đắp bằng: Fd = Fv + F1 = 78,06 mm2 Từ đó, chúng ta tìm được diện tích tiết diện ngang của các lớp hàn sau là: Fs = Fd - Fdl = 50,06 mm2 Bây giờ chúng ta xác định chế độ hàn để hàn các tiếp theo. Ta chọn đường kính dây đường kính dây hàn bằng d =4 mm, j = 45 A/mm2 Ih = .j = 565,2 A Trên hình 22 ta tìm được hệ số đắp = 17 g/A.h Theo công thứ 5-11[3], tốc độ hàn bằng: Vh = = 6,8 mm/s = 0,68 cm/s Theo công thức (5-5) điện áp hàn bằng : Uh = 20 + =20 + ≈ 34 V Trên hình 21 ta tìm được hệ số ngấu là yn = 2,2 Công suất hữu ích của dòng hồ quang là: q = 0,24 .34.565.0,75 ≈ 3458 cal/s Theo công thức 5-5[3] ta có chiều sâu chảy của mối hàn khi hàn lớp thứ 2: Theo công thức (5-10), chiều rộng của mối hàn sau lớp hàn thứ 2: b = yn.h = 2,2.6,18 = 13,6 mm Diện tích tiết diện ngang của lớp thứ 2 là: F2 = = 0,503 cm2 = 50,3 mm2 Ta nhận thấy sau lớp hàn thứ 2 chiều rộng và sâu của mối hàn đã đủ nên không cần hàn thêm. Mối hàn chồng. - Đường kính que hàn: theo bảng 5 [3], chọn d = 3mm. - Cường độ dòng điện hàn: Ih = k.d với k = 35 – 50 à Ih = 45.3 = 135 (A). - Điện áp hàn: theo công thức 4.5 [3], ta có: Uh = a ë ®©y: Uh - ®iÖn ¸p hµn (v) 1hq - chiÒu dµi cét hå quang (cm) 1hq = 0,25 Ih - c­êng ®é dßng ®iÖn hµn (A) a - ®iÖn ¸p r¬i trªn anèt vµ catèt ( a = 15 - 20 v) b - ®iÖn ¸p r¬i trªn ®¬n vÞ chiÒu dµi hå quang (b = 15,7 v/cm) vµ d - c¸c hÖ sè (c - 9,4 w d = 2,5 w/cm). Uh = 16 + 15,7.0,25 + 9,4 + 3.0,25135 = 20,45 (V). Tốc độ hàn (Vh). Theo bảng 186[6], ta chọn Vh = 30 (m/h). 5.1.2. Lựa chọn/tính toán các thông số kỹ thuật bổ sung (Qb cỡ chụp khí, v.v) - Với mối hàn MIG: + Loại dòng điện hàn: Nguồn điện hàn thường được lựa chọn trên cơ sở vật liệu hàn và chiều dày tấm sẽ hàn, chu kỳ tải, cách gây hồ quang và khả năng điều chỉnh dòng điện hàn từ xa. vì vậy mà ta chon dòng điện hàn là dòng xoay chiều. + Dạng dịch chuyển kim loại vào vũng hàn: Xung tia: Chế độ dịch chuyển xung tia là một dạng dịch chuyển tiên tiến tận dụng được mọi ưu điểm của các dạng dịch chuyển khác nhưng giảm thiểu hoặc loại bỏ được nhược điểm của chúng. Khác với dịch chuyển ngắn mạch, nó không gây bắn toé hoặc hiện tượng nguội mối hàn. Có thể hàn ở mọi tư thế hàn, tương tự hàn ở chế độ giọt lớn hoặc chế độ dịch chuyển tia. Có thể điều chỉnh chế độ hàn để hàn được các tấm mỏng mà không gây hiện tượng cháy thủng tấm mỏng. + Khí bảo vệ: Khí bảo vệ có chức năng ngăn không cho không khí xung quanh tiếp xúc với vũng hàn và tác động đến: các đặc trưng của hồ quang, dịch chuyển của kim loại điện cực vào vũng hàn, các thông số hình học của vũng hàn, tốc độ hàn, xu hướng cháy lõm mép hàn và hiệu ứng bắn phá lớp oxít bề mặt. Vì vậy với môi trường khi bảo vệ là khí CO2 ma ta chọn. CO2 là khí hoạt tính, dùng cho hàn thép các bon và thép hợp kim thấp với dịch chuyển ngắn mạch của kim loại điện cực. Các đặc điểm chủ yếu là: Chiều sâu chảy lớn nhất. Chi phí thấp. Hồ quang không êm - bắn toé nhiều. Không thuận lợi cho dịch chuyển dạng tia. Có thể hàn ở nhiều tư thế khác nhau. + Áp suất và lưu lượng khí bảo vệ: lưu lượng khí bảo vệ từ 18-20 (l/ph), tr.202,[2]. + Cỡ chụp khí bảo vệ: Cỡ chụp khí bảo vệ là 10, đường kính trong của chụp khí 16( mm), bảng 4-8, tr.189, [1]. + Tầm với của điện cực: tầm với điện cực thông thường đối với hàn có khí bảo vệ là: 19 – 25 (mm), tr.246,[1]. + Khoảng cách từ chụp khí tới vật hàn: + Góc nghiêng của mỏ hàn trong quá trình hàn: Góc nghiêng của mỏ hàn 15-200, tr.238, [1] 5.1.3. Các bảng tổng hợp các thông số chế độ công nghệ hàn đầy đủ cho từng mối hàn - Lập các bảng thống kê đầy đủ các thông số và giá trị chế độ hàn sẽ dùng cho từng mối hàn (các thông số đã đạt yêu cầu sau khi đã kiểm tra b, c, h, qđ, , ): Lớp hàn d mm Ih A Uh V Vh mm/s 1 4 450 32 9,16 2 4 565 34 6,8 Bảng 12: Chế độ hàn của mối hàn giáp mối. d mm Ih A Uh V Vh mm/s 3 135 20,45 30 Bảng 13: Chế độ hàn của mối hàn chồng. 5.2. Đề xuất phê chuẩn và lựa chọn các thiết bị hàn phù hợp. 5.2.1. Lựa chọn thiết bị hàn cụ thể Do chọn dòng hàn là dòng một chiều cực nghịch nên ta phải chọn máy phát hàn một chiều (có đặc tính thoải) hoặc chỉnh lưu một chiều có đặc tuyến dốc hoặc thoải. Nguồn điện hàn được thiết kế để làm việc với chu kỳ tải 100% và làm việc trong dải cường độ 100-700A. Vì dòng Ih= 565 A nên dùng máy chỉnh lưu có đặc tuyến thoải. Với dòng Ih= 565 A ta phải chọn loại máy có dòng hàn max lớn hơn 565 A. Chu kỳ làm việc 100% đáp ứng được các công việc hàn đòi hỏi cường độ làm việc cao. Điện thế hàn max của máy phải lớn hơn 35 V Đường kính dây sử dụng được là từ 3-6mm. Chiều dày vật liệu hàn được Smax>20 mm Tốc độ cấp dây phải max của đầu hàn phải lớn hơn 35m/h. Ta lựa chọn máy hàn bán tự động KRII-630, có các thông số kỹ thuật sau: 13 THYRISTOR Nguồn điện sủ dụng AC380V ba pha +-10% 50/60Hz Khoảng dòng hàn DC100-630 Điện áp ra DC 19-45.5V Chu kỳ làm việc MAG:35%, CO2: 70% Đường kính dây cấp 2 – 6mm Chế độ làm mát khí Lớp cách điện F Lớp bảo vệ IP23 5.2.2. Lựa chọn các dụng cụ, thiết bị phụ trợ Các trang thiết bị phụ trợ hàn tự động bao gồm: Đường ray cho xe hàn-dùng cho mối hàn thẳng. Bộ gá lắp đặc biệt khi xe hàn chuyển động trực tiếp trên vật hàn. Đồ gá vật hàn và xe hàn. Kìm bẻ dây hàn. Cờ lê và tua vít... để có thể tự sửa chữa khi máy gặp sự cố nhẹ. Búa , chổi quét... Với hàn hồ quang tay hoặc hàn MAG khi tiến hành sửa chữa thì trang bị hàn phụ trợ tiêu chuẩn đi theo nguồn điện hàn bao gồm: Một đôi dây cáp hàn Một kìm hàn có tay cầm cách điện và cách nhiệt Một chiếc kẹp nối với dây nguội Một mặt lạ hàn (cầm tay hoặc đội đầu) đi kèm với kính màu Ngoài ra thợ hàn còn phải có trang phục bảo hộ lao động khi làm việc,gồm: quần áo bảo hộ bằng vải bạt dầy, găng tay da, tạp dề da dể chống lại nhiệt của hồ quang, mũ bảo hộ... 5.3 Quá trình xử lý sau khi hàn hoàn thiện 5.3.1. Xử lý nhiệt sau khi hàn – PWHT (ủ, ram các mối hàn) - Xác định nhu cầu xử lý nhiệt sau khi hàn Các mối hàn từ thép cacbon thấp, thực tế cho thấy mối hàn thường đảm bảo chất lượng, ít khuyết tật.Do vậy sau khi hàn không cần phải nhiệt luyện. 5.3.2. Gia công cơ sau khi hàn hoàn thiện Xác định nhu cầu gia công cơ sau khi hàn hoàn thiện Gia công cơ sau khi hàn là bước cần thiết để loại bỏ các đoạn phôi thừa, các chất bẩn ...bám trên sản phẩm tạo tính thẩm mỹ. Với hàn thì gia công cơ là nguyên công khá quan trọng. Sau khi hàn hoàn thiện mối hàn có hiện tượng bị biến dạng cong vênh không đảm bảo khả năng làm viêc, nhô cao hơn so với bề mặt tấm sẽ không đảm bảo tính thấm mỹ, đồng thời các chất bẩn do xỉ còn lại và các oxit bám trên bề mặt làm cho mối hàn bị bẩn, bị che lấp gây khó khăn cho quá trình kiểm tra khuyết tật. Vì vậy sau khi hàn hoàn thiện ta phải tiến hành gia công cơ. Phân tích, lựa chọn phương pháp gia công cơ sau khi hàn Có rất nhiều phương pháp gia công cơ sau khi hàn như uốn nắn, mài, đánh giáp...Với kết cấu bình đựng khí hóa lỏng chiều dầy 12mm, trong quá trình hàn đã được xử lý để tránh hiện tượng cong vênh và sau khi hàn hoàn thiện cũng khó uốn nắn, do vậy biện pháp gia công cơ chỉ là để làm sạch và nhẵn mối hàn. Biện pháp đề suất là sử dụng phương pháp mài bằng máy mài tay do: Tính linh động trong quá trình làm viêc. Đảm bảo được chất lượng ngay cả đối với sản phẩm có kích thước lớn. Năng suất đảm bảo. Chế độ công nghệ gia công cơ sau khi hàn Mối hàn phải tiến hành mài nhẵn, không để lõm vào bên trong vật liệu. Sử dụng máy mài có công suất vừa và nhỏ CHƯƠNG 6: XÂY DỰNG CÁC BẢN QUY TRÌNH HÀN SƠ BỘ (pWPS) VÀ ĐỀ XUẤT PHÊ CHUẨN THỢ HÀN 6.1. Xây dựng các bản pWPS và đề xuất kiểm tra phê chuẩn pWPS 6.1.1. Xây dựng các bản pWPS cho các mối hàn. Các bản pWPS ở phần phụ lục. 6.1.2. Đề xuất kiểm tra phê chuẩn các bản pWPS đã lập . 6.1.2.1. Các bước kiểm tra phê chuẩn pWPS Hàn kết cấu phải được tiến hành theo đúng Quy trình công nghệ đã được phê duyệt, trong đó quy định cụ thể: Phương pháp hàn và chế độ hàn. Các thiết bị, dụng cụ hàn, các vật liệu hàn được phép sử dụng. Trình tự gá lắp và hàn đính. Trình tự thực hiện các mối hàn trong kết cấu. Các khâu kiểm tra, giám sát trong quá trình chế tạo. 6.1.2.2. Thiết kế các mẫu hàn để kiểm tra pWPS. Mẫu hàn chế tạo theo tiêu chuẩn AWS (với đường kính lớn thì có thể coi ống có dạng tấm phẳng,hàn ống có kích thước lớn vào mặt bích coi như mối hàn góc) 6.1.2.3. Các kiểm tra không phá hủy (khi kiểm tra phê chuẩn pWPS) Kiểm tra bằng mắt . Kiểm tra bằng thử mầu. Chụp ảnh phóng xạ 6.1.2.4. Các kiểm tra phá hủy (khi kiểm tra phê chuẩn pWPS) Kiểm tra thử kéo Kiểm tra thử uốn. 6.2. Đề xuất chấp nhận thợ hàn và/hoặc kiểm tra phê chuẩn thợ hàn mới 6.2.1. Đề xuất chấp nhận thợ hàn đối với thợ hàn đã có chứng chỉ . Những thợ hàn có giấy chứng nhận cho phép hàn thiết bị áp lực mới được phép hàn các bộ phận chịu áp lực của thiết bị áp lực. Mỗi thợ hàn chỉ được phép tiến hành công việc ghi trong giấy phép. 6.2.1.1. Điều kiện chấp nhận về thời hạn của chứng chỉ . Chấp nhận thời hạn ghi ở chứng chỉ (hiệu lực của kỳ kiểm tra thợ hàn bắt đầu bằng ngày hàn phôi kiểm tra) với điều kiện là nhân sự giao việc (giám sát viên hàn) có thể xác nhận rằng thợ hàn đã làm việc trong phạm vi hiệu lực chứng chỉ cấp. Điều này phải được xác nhận 6 tháng/lần. 6.2.1.2. Điều kiện chấp nhận về chủng loại vật liệu và chiều dày. Hàn bất kỳ một vật liệu nào trong một nhóm vật liệu người thợ hàn có trình độ cho tất cả các vật liệu khác của nhóm ấy. 6.2.1.3. Điều kiện chấp nhận về loại liên kết và tư thế hàn . Tư thế hàn kiểm tra chứng chỉ thợ hàn tay cho mối hàn đối đầu và hàn góc như sau: (1) Hàn ở tư thế hàn bằng (2) Hàn ở tư thế hàn ngang (3) Hàn ở tư thế hàn đứng (4) Hàn ở tư thế hàn trần. Thợ hàn thực hiện việc kiểm tra ở tư thế nào thì được cấp chứng chỉ tay nghề ở tư thế hàn đó. Tư thế hàn cho chứng chỉ tay nghề thợ hàn tự động bao gồm: Hàn mẫu hàn đối đầu ở tư thế hàn bằng. Hàn mẫu chữ T ở tư thế hàn bằng (hàn lòng máng) hoặc ở tư thế hàn ngang 6.2.2. Đề xuất kiểm tra phê chuẩn (thi) và cấp chứng chỉ cho thợ hàn mới 6.2.2.1. Các bước tiến hành kiểm tra phê chuẩn thợ hàn mới . - Kiểm tra quá trình hàn của thợ hàn - Kiểm tra thao tác sử dụng máy hàn của thợ hàn - Kiểm tra khả năng phát hiện khuyết tật của mối hàn - Phê chuẩn và cấp chứng chỉ cho thợ hàn 6.2.2.2. Thiết kế các mẫu hàn để kiểm tra phê chuẩn thợ hàn mới. Các mẫu thí nghiệm chứng chỉ tay nghề thợ hàn có hình dạng và kích thước như mô tả trong các Hình 6.1 đến Hình 6.8. 6.2.2.3. Các kiểm tra không phá hủy, kiểm tra cơ tính (khi kiểm tra phê chuẩn thợ hàn mới). Kiểm tra bằng quan sát các mẫu hàn thí nghiệm. Mối hàn thí nghiệm phải đạt các yêu cầu sau: (1) Không có vết nứt (2) Ngấu toàn bộ giữa các lớp hàn và giữa mối hàn với thép cơ bản. (3) Mối hàn phải đều đặn, đủ kích thước thiết kế. (4) Cháy chân mối hàn không sâu quá 1mm. (5) Các khuyết tật mối hàn khác không vượt quá giới hạn cho phép của Tiêu chuẩn này. Kiểm tra chụp tia bức xạ hoặc siêu âm để phát hiện khuyết tật bên trong của mối hàn. Mối hàn không có vết nứt. Các khuyết tật dạng khác không vượt quá giới hạn cho phép của Tiêu chuẩn này. Thí nghiệm uốn cạnh hoặc uốn gốc mối hàn. Phía mặt lồi của mẫu sau khi uốn được kiểm tra để xác định các vết rạn. Kết quả thí nghiệm được chấp nhận nếu trên bề mặt đó không có các vết rạn vượt quá giới hạn sau: (1) 3 mm khi đo ở mọi hướng trên bề mặt mẫu. (2) 10 mm cho tổng các kích thước của vết rạn lớn hơn 1 mm và nhỏ hơn 3 mm. (3) 6 mm đối với kích thước vết rạn lớn nhất ở cạnh mẫu. Thí nghiệm phá hủy mối hàn góc. (1) Khi kiểm tra bằng quan sát trên bề mặt mẫu phải không có các vết nứt, rỗ khí, ngậm xỉ. Không chảy xệ, cháy chân mối hàn quá mức cho phép. (2) Khi ép phá huỷ mẫu hàn góc, các bản bị ép vào nhau mà mối hàn không bị phá huỷ hoặc mối hàn bị phá huỷ do ép thì khi xem xét bề mặt vết gẫy phải thấy mối hàn ngấu đến gốc và các khuyết tật dạng rỗ khí, ngậm xỉ có kích thước lớn nhất không quá 2 mm. Tổng kích thước của các khuyết tật lớn nhất đó không vượt quá 10 mm trên 150 mm chiều dài. Kiểm tra lại Nếu thợ hàn không đạt yêu cầu về một hay nhiều chỉ tiêu thí nghiệm thì có thể kiểm tra lại theo các điều kiện sau đây: (1) Kiểm tra lại ngay. Việc thí nghiệm kiểm tra lại được thực hiện với số mẫu gấp đôi và đúng tư thế hàn mà thợ không đạt yêu cầu trong thí nghiệm trước đó. Tất cả các thí nghiệm lại phải đạt các yêu cầu quy định. (2) Kiểm tra lại sau thời gian đào tạo thêm về lý thuyết hoặc thực hành. Việc kiểm tra lại có thể cho phép khi thợ hàn đã được đào tạo thêm và phải làm lại tất cả các thí nghiệm về dạng mối hàn và tư thế hàn mà thợ hàn không đạt yêu cầu trong lần kiểm tra trước. Chương 7 KỸ THUẬT THỰC HIỆN CÁC ĐƯỜNG HÀN VÀ VẤN ĐÈ THANH TRA GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT HÀN 7.1. Đề xuất thực hiện các mối hàn 7.1.1. Trình tự các mối hàn - Hàn đính Nguyên tắc là phải làm cho độ biến dạng của chi tiết là nhỏ nhất. Với các liên kết giáp mối có chiều dài lớn, các mối hàn đính thứ nhất được đặt ở hai đầu, sau đó ở giữa, các mối hàn đính còn lại được đặt giữa chúng. - Hàn đường: Hàn trần là tư thế hàn khó nhất. Khi hàn, phải giữ chiều dài hồ quang thật ngắn. So với hàn sấp, cường độ dòng điện hàn nhỏ hơn từ 15% đến 20%. Nên dùng que hàn có thuốc bọc dày để xỉ tạo hiệu ứng “cái phễu” đỡ kim loại nóng chảy. Khi hàn trần người ta không thực hiện dao động ngang que hàn. Khi công việc hàn phức tạp liên quan đến nhiều mối hàn, cần biết đúng trình tự thực hiện các mối hàn theo chiều dài; chiều dày mối hàn và hướng hàn. 7.1.2 Các kỹ thuật hàn đối với từng mối hàn a) Phạm vi ứng dụng Hàn tự động được sử dụng cho các mối hàn thẳng chiều dài nhỏ và mối hàn có bán kính nhỏ, ở những chỗ khó tiếp cận bằng đầu hàn tự động, các mối hàn gián đoạn và các mối hàn ở vị trí nghiêng. b) Đặc điểm Dây hàn thường có đường kính tối đa 6 mm, mật độ dòng hàn cao (100 đến 200 A/mm2) giúp khắc phục các dao động hình dáng tăng được chiều sâu chảy. Nguồn điện hàn thường cung cấp dòng xoay chiều hoặc dòng một chiều. Dòng một chiều cực nghịch thích hợp cho hàn tấm mỏng. c) Kỹ thuật hàn Trước khi hàn, thợ hàn đổ thuốc hàn vào phễu trên súng hàn, cho đầu dây hàn tiếp xúc với vật hàn, mở màng che trên phễu để thuốc hàn chảy xuống vùng cần hàn. Bật công tắc để đóng dòng hàn và đẩy dây hàn xuống đồng thời thực hiện chuyển động trượt nhẹ dọc mối hàn. Chuyển động súng hàn từ trái sang phải (theo hướng lùi). Sử dụng đệm lót như khi hàn tự động. d) Các khuyết tật Rỗ khí thường do dính dầu mỡ, bẩn, ẩm bề mặt vật hàn (hoặc dây hàn) gây nên. Rỉ cần được loại bỏ bằng bàn chải sắt; dầu mỡ được loại bỏ bằng dung môi. Để đảm bảo loại bỏ ẩm hoàn toàn khỏi bề mặt mép hàn, khi hàn, người ta thường dùng mỏ nung để nung bề mặt mép ở khoảng cách 300 đến 600 mm phía trước hồ quang đặc biệt đối với lớp hàn thứ nhất. Ngoài ra, thuốc hàn cần được nung nóng nhằm loại bỏ ẩm trước khi hàn. Nứt: Các liên kết hàn từ thép các bon thông thường có chiều dày từ 10 mm trở xuống ít bị nứt do hàn. Với các chiều dày lớn hơn, nứt mối hàn có thể do các nguyên nhân sau: + Tốc độ nguội nhanh. + Độ cứng vững cao của liên kết hàn. + Mối hàn bị hợp kim hoá mạnh từ kim loại cơ bản thông qua cácbon và nguyên tố hợp kim + Lượng hydro khuyếch tán trong kim loại mối hàn cao do không khử ẩm triệt để trước khi hàn. 7.2. Đề xuất các công việc giám sát các quá trình sản xuất hàn 7.2.1 Giám sát trước khi hàn 7.2.1.1 Thanh tra vấn đề an toàn sản xuất a) An toàn về mặt chống điện giật - Cách điện một cách tin cậy tất cả dây dẫn nối tới nguồn hàn và hồ quang hàn. Che kín các thiết bị đóng dòng; tiếp đất thân máy hàn, tủ điều khiển, thiết bị điện phụ trợ vật hàn. - Sử dụng nguồn điện hàn có gắn bộ phận tự động ngắt điện áp cao. - Kìm hàn phải được cách điện tốt, có đủ độ bền cần thiết và chịu được tối thiểu 8000 lần gây hồ quang. - Thợ hàn nhất thiết phải sủ dụng trang phục và găng tay khô. Làm việc trong không gian kín và chật hẹp phải sử dụng thảm và giày bằng cao su. Nguồn chiếu sáng có điện áp tối đa 12V. b) An toàn về mặt chống bức xạ hồ quang Tác động lâu có thể làm tổn thương thuỷ tinh thể dẫn đến mù. Để bảo vệ mắt có thể sử dụng kính hàn. Kính hàn gắn vào mặt nạ hàn. Mặt nạ hàn được chế tạo từ vật liệu cách nhiệt. c) An toàn về mặt chống chảy nổ Nguy cơ xuất hiện cháy nổ khi hàn liên quan đến việc vận chuyển, bảo quản và sử dụng sai quy định các chai chứa khí ở thể khí nén, khi hàn trong các bể chứa mà thiếu kiểm tra việc làm sạch các chất dễ cháy nổ còn dư. Làm sạch chất còn dư: rửa 2 đến 3 lần bằng dung dịch kiềm sau đó thổi khô bằng không khí nén cho hết mùi. Trong các môi trường chứa bụi thường có nguy cơ cháy nổ do bụi tĩnh điện, khi nồng độ bụi đạt giá trị nhất định. Do đó, phải thông gió tốt khi cần hàn, đồng thời có các biện pháp phòng cháy đặc biệt. 7.2.1.2, Thanh tra vật liệu sử dụng Vật liệu cơ bản : Lớp vỏ ngoài là thép CT3 (Theo tiêu chuẩn của Nga GOST 380-88). Lớp vỏ trong là thép Q235-B (theo tiêu chuẩn Trung Quốc GB700-88). Kích thước phôi: Thân bình: Phôi tấm có chiều dài= 9340mm, chiều rộng = 39896mm, chiều dày= 20mm. Bán cầu: Phôi tấm có bán kính D= 3760mm, chiều dày = 20mm . D = 30 mm,chiều dài l = 50 mm Vật liệu hàn: ER 70S-5 theo tiêu chuẩn AWS A5.18-79. Tiêu chuẩn đăng kiểm: TCVN 6259-6:2003 Đường kính dây hàn: d= 5mm và d = 3mm 7.2.1.3 Thanh tra việc chuẩn bị phôi, mép hàn và gá lắp hàn a) Làm sạch bề mặt. b) Gá lắp Chuẩn bị và lắp ráp mép hàn đòi hỏi chính xác hơn nhiều. Bề mặt gia công có độ chính xác tối thiểu cấp 4. 7.2.2 Thanh tra trong khi hàn - Chuẩn bị liên kết hàn - Vát mép phía sau - Làm sạch giữa các đường hàn - Phương pháp hàn - Gõ búa sau khi hàn 7.2.3 Thanh tra sau khi hàn - Làm sạch và sửa lại - Độ ngấu - Hình dáng - Kích thước mối hàn - Cháy cạnh - Kim loại phủ tràn - Các khuyết tật mối hàn - Nhiệt luyện sau khi hàn CHƯƠNG 8 ĐỀ XUẤT KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM SAU KHI HOÀN THIỆN VÀ XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ CHẤP NHẬN ĐƯỢC CỦA KHUYẾT TẬT HÀN 8.1. Phân tích, lựa chọn các loại quá trình kiểm tra chất lượng hàn (NDT) Việc kiểm tra chất lượng hàn chia làm 3 giai đoạn: a, Kiểm tra sơ bộ Mục đích của việc kiểm tra sơ bộ là xác đinh các điều kiện kỹ thuật, việc chuẩn bị gia công phôi hàn có phù hợp với qui trình công nghệ không. Việc kiểm tra sơ bộ bao gồm: + Kiểm tra bậc thợ hàn: xem xét thợ hàn có trình độ chuyên môn phù hợp với yêu cầu trong quy trình công nghệ hàn hay trong phiếu công nghệ không. + Kiểm tra thiết bị hàn: Xác định máy hàn sử dụng có phù hợp với phiếu công nghệ hay qui trình công nghệ hàn không. + Kiểm tra nguyên vật liệu hàn như que hàn, nguyên vật liệu gia công phôi hàn, qui cách gia công phôi hàn, : xác định chủng loại que hàn, chuẩn bị cạnh hàn, kích thước mép vát, mối hàn đính, b, Kiểm tra quá trình hàn Quá trình này bao gồm: + Kiểm tra các thông số hàn. + Kiểm tra thao tác của thợ hàn. c, Kỉêm tra nghiệm thu sản phẩm Kiểm tra nghiệm thu sản phẩm bao gồm: + Kiểm tra hình dạng, kích thước mối hàn. + Cấu tạo bên ngoài mối hàn. + Kích thước tổng thể của chi tiết. + Kiểm tra chất lượng bên trong của mối hàn. 8.2. Kỹ thuật kiểm tra chất lượng mối hàn trên sản phẩm hàn đã hoàn thiện 8.2.1. Kỹ thuật kiểm tra bằng mắt thường Phương pháp này cho phép đánh giá chất lượng cấu tạo bên ngoài, hình dạng, kích thước mối hàn. Nội dung của việc kiểm tra bằng phương pháp này là: + Phát hiện những vị trí mối hàn nối bị thay đổi hình dạng bên ngoài, đo kích thước mối hàn. + Xác định kích thước tổng thể của chi tiết và có thể xác định khoảng cách tương đối giữa các điểm quan trọng của chi tiết để đánh giá mức biến dạng của chi tiết. Dụng cụ để kiểm tra bằng phương pháp này là các loại thước, các dưỡng kiểm tra. 8.2.2. Kỹ thuật kiểm tra NDT khác Có nhiều phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn như: + Dùng dầu hỏa để kiểm tra tính kín của mối hàn. + Dùng áp lực để kiểm tra độ kín của sản phẩm. + Dùng tia γ, tia χ. + Kiểm tra mối hàn bằng siêu âm. + Kiểm tra theo nguyên tắc hoạt động của từ trường. Đối với chi tiết cần kiểm tra chất lượng ở đây là bình xăng ô tô, là chi tiết đòi hỏi phải chịu được áp lực, chịu được va đập. Do đó ta chọn phương pháp kiểm tra áp lực để kiểm tra độ kín của bình. Đối với sản xuất hàng loạt, việc kiểm tra được lấy theo xác suất. Dùng nước hoặc áp suất không khí lớn gấp 1,5 – 2 lần áp lực làm việc của bình, giữ cho bình chịu áp lực trong vài giờ. Nếu bình không kín thì áp lực của nước hay khí nén sẽ làm cho nước hay khí nén xuất hiện tại vị trí mối nối bị hở đó. Từ đó ta kiểm tra và đánh giá được chất lượng của mối hàn. Hiện nay phương pháp kiểm tra các khuyết tật của mối hàn được dùng nhiều đó là phương pháp dùng tia γ, tia χ , khi các tia này đi qua mối hàn có khuyết tật như rỗ khí. nứt, lỗ ngậm xỉ, thì nó bị hấp thụ kém hơn ở các vị trí có khuyết tật đó, do đó trên phim, tại những vị trí có khuyết tật sẽ đậm hơn những vị trí khác. Tài liệu tham khảo 1, Ngô Lê Thông. Công nghệ hàn điện nóng chảy tập 1,2. NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội – 2006. 2, PGS – TS Hoàng Tùng(chủ biên),PGS – TS Nguyễn Thúc Hà, TS.Ngô Lê Thông,KS. Chu Văn Khang. Sổ tay Hàn. NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội – 2007. 3, Nguyễn Như Tự.Hướng dẫn thiết kế môn học CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN NÓNG CHẢY.Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội – 1984. 4, 5, Bài giảng máy và công nghệ hàn tham khảo. 6, Nguyễn Bá An. Sổ tay thợ hàn. NXB Xây Dựng – 2003.