Kỹ thuật sửa chữa bằng phương pháp hàn phục hồi

Kỹ thuật hàn phục hồi ứng dụng trong sửa chữa

Kỹ thuật hàn phục hồi bao gồm các phương pháp sau:

1. Hàn nối các chi tiết lại với nhau do bị gãy, bị ngắn hụt so với yêu cầu,...

2. Hàn đắp để phục hồi lại kích thước lắp ghép hay để nhận được bề mặt chi tiết có được các tính chất đặc biệt,...

3. Hàn khắc phục các hỏng do vận hành: bị nứt, bị sứt mẻ, bị rơ,... 

Đặc điểm công nghệ hàn phục hồi ứng dụng trong sửa chữa 

- Thông thường hay dùng phương pháp hàn hồ quang điện (xoay chiều, một chiều, chỉnh lưu), hàn khí, hàn trong các môi trường bảo vệ (dưới lớp thuốc hay CO2, Ar, He,...). Công nghệ đơn giản, năng suất cao song nhược điểm là dễ gây biến dạng, nứt (thô đại và tế vi), ứng suất nhiệt và một số khuyết tật khác...

- Đối với chi tiết bằng thép: Tính hàn tốt. Với các thép có hàm lượng cacbon và nguyên tố hợp kim càng cao thì càng khó hàn.

- Kỹ thuật và công nghệ hàn: Cần phải tính toán đúng chế độ hàn (I, chọn que hàn, kim loại và hợp kim bổ sung, dây hàn, thuốc hàn, chuẩn bị mép hàn, kỹ thuật hàn, kiểm tra chất lượng...

- Đối với các chi tiết bằng gang (kỹ thuật hàn gang): Vật liệu hay kim loại thép có chiều dày nhỏ hơn 3mm, thường dùng khí O2, C2H2, ngọn lửa có C2H2 (khử Oxy), dùng cả thuốc hàn gang. Tuy vậy, hàn gang bằng điện cũng hay dùng và yêu cầu khắt khe hơn hàn thép. Thông thường, hàn gang đều phải nung sơ bộ từ 250 - 500 hoặc từ 500 - 700 độ C. Trong trường hợp khó phải dùng thuốc hàn gang, que hàn đồng thau hoặc que hàn hợp kim mônen , có thể vát mép mối hàn để tạo vít cấy bằng chốt thép. Khi hàn có thể nung hoặc hàn nguội tùy theo phương pháp chọn công nghệ hàn và loại vật liệu hàn. Vật hàn phải làm nguội từ từ (làm nguội trong lò, vùi trong cát khô).

- Để tăng năng suất và chất lượng cao dùng hàn tự động hoặc bán tự động dưới lớp thuốc hoặc trong môi trường khí bảo vệ (CO2, Ar,... ). Hàn trong môi trường khí bảo vệ cho phép dùng dây hàn trần, tổn thất nhiệt và tổn thất vật liệu hàn ít, chất lượng mối hàn tốt, có thể hàn ở những vị trí khác nhau, dễ cơ khí hóa và tự động hóa. 

Khái niệm về hàn đắp kim loại

Hàn đắp là quá trình đem phủ lên bề mặt chi tiết một lớp kim loại bằng phương pháp hàn.

- Ngoài sửa chữa, hàn đắp có thể sử dụng để chế tạo chi tiết mới. Dùng hàn đắp để tạo nên một lớp bimetal với các tính chất đặc biệt hoặc tạo nên một lớp kim loại có những khả năng về chịu mài mòn, tăng ma sát,... Hàn đắp cũng có thể dùng để phục hồi các chi tiết bị mài mòn do đã qua thời gian làm việc như cổ trục khuỷu, bánh xe lửa,... Sử dụng hàn đắp để phục hồi các chi tiết máy là biện pháp rẻ tiền nhưng lại cho kết quả là khả năng làm việc của các chi tiết không thua các chi tiết mới là mấy. 

- Vật liệu hàn đắp có thể là thép cacbon, thép chịu mài mòn, thép có tính chất đặc biệt như chịu nhiệt, độ cứng cao, bền nhiệt, chịu axit.

Hợp kim hóa mối hàn đắp.

1. Hợp kim hóa mối hàn đắp thông qua dây hàn, dây kim loại đắp hoặc thuốc hàn thường. 

2. Dùng dây hàn bột, dây kim loại với thuốc hàn thường.

3. Dùng dây hàn thường với thuốc hàn hợp kim

4. Dùng dây hàn và thuốc hàn thường nhưng cho thêm vật liệu hợp kim trong quá trình hàn.

Chọn vật liệu hàn đắp

Phân loại nhóm kim loại hàn đắp 

Thành phần kim loại lớp đắp phụ thuộc vào thành phần kim loại dùng để hàn đắp

Có các nhóm chính sau:

A. Thép cacbon hay thép hợp kim thấp có thành phần cacbon < 0,4%

                                             C < 0,25%                Thép cacbon thấp

                                                         C = 0,25 đến 0,6%  Thép cacbon trung bình

                                                C > 0,6%                    Thép cacbon cao

B. Thép hợp kim thấp có thành phần cacbon lớn hơn 0,4%

C. Thép hợp kim nhóm Mangan 

D. Nhóm Crôm Niken Cr - Ni

E. Cr - Ni

F. Thép gió

G. Nhóm gang Crôm cao.

H. Nhóm thép Cr - W chịu nhiệt.

Qa. Nhóm hợp kim niken (Ni) với Cr và Mo.

Qb. Nhóm Ni với Mo.

P. Nhóm hợp kim cabít.

Tùy theo loại vật liệu mà ta chọn các nhóm vật liệu và công nghệ hàn thích hợp.

Một số đặc tính của các loại nhóm thép

Độ chịu mòn tương đối ε   là tỉ số khối lượng mẫu chuẩn bị mất mát trên khối lượng kim loại bị mài mòn của mẫu thử từ kim loại đắp.

Sơ đồ biểu thị đồ mài mòn tương đối của các nhóm vật liệu hàn đắp 

Để hàn đắp các bề mặt bị mòn (do ma sát) của chi tiết người ta thường dùng que hàn Liên Xô loại thuốc bọc với thành phần hợp kim.

- Đắp các chi tiết không yêu cầu độ cứng cao (HB300 - 400), dùng que hàn 03H - 300, 03H - 350, 03H - 400, Y340,...

- Các chi tiết yêu cầu độ cứng cao: EHX - 25, O3H - 250 có lõi là CB - 08 và CB - 15 với đường kính que hàn D như sau:

+ D = 3mm, chiều dày thuốc bọc: 0,8 - 1mm.

+ D = 4mm, chiều dày thuốc bọc: 1,25 - 1,35 mm.

+ D = 5mm, chiều dày thuốc bọc: 1,45 - 1,55 mm

Hàn đắp một số chi tiết điển hình

- Hàn trục thép rèn và trục đúc từ thép C45, C50, C55  và một số thép hợp kim như: 50Cr2, 60CrMn, 50CrM,... thường hàn đắp nhiều lần sau thời gian đã sử dụng.

- Hàn trục cán rỗng: Thường sử dụng dây hàn bột, chiều sâu của mối hàn khoảng 5mm.

- Hàn đắp trục cán thép định hình với các mục đích: phục hồi kích thước, tăng thời gian làm việc và khả năng chịu mài mòn. Nếu chỉ phục hồi kích thước thì dùng vật liệu hàn thường, cùng loại vật liệu với trục; Khi cần tăng độ chịu mài mòn hoặc thời gian làm việc thì cần dùng dây hàn đắp hợp kim dạng Hn - 30XCrA. Chế độ hàn có thể chọn như sau: nung nóng 25 - 150 độ C để tránh trục bị nứt. Có loại vật liệu cần nung nóng 350 đến 400 độ C. Sau khi han xong cần phải ram ở nhiệt độ 520 đến 540 độ C và khi làm nguội dùng lò để khử ứng suất. 

- Hàn đắp cánh tuốc bin: Do vật liệu cánh tuốc bin được chế tạo từ thép hợp kim thấp nên có thể sử dụng  dây hàn dãi vật liệu 1X18H9T (1Cr18Ni9Ti) hàn dưới lớp thuốc dạng AH - 26. Để tránh bị nứt, trong thành phần thuốc hàn nên cho thêm 80 - 85% Al + 20 - 25% Fe. Chiều rộng dãi kim loại đắp B = 70mm, S = 0,6 - 0,8mm, I = 700 - 750A, U = 30 - 34V, Vh = 9,6 m/h.

- Hàn đắp trục tàu có đường kính khoảng 200mm thì cần nung ở nhiệt độ 200 - 300 độ C.

Tính hàn của kim loại và hợp kim.

Tính hàn của kim loại là khả năng cho phép nối liền các chi tiết thỏa mãn độ bền và các yêu cầu khác (chống gỉ, ăn mòn,... ) bằng phương pháp hàn gọi là tính hàn của kim loại hay hợp kim. Cacbon và thành phần hóa học của các chất hợp kim có ảnh hưởng lớn đến tính hàn của hợp kim.

Để đánh giá tính hàn của thép người ta đưa ra khái niệm lượng cacbon tương đương (C).

C = %C + %Mn/6 + %Cr/5 + %V/5 +%Mo/4 + %Ni/15 + %Cu/13 + %P/2

Trong đó, 2 thành phần Cu và P chỉ có tính toán khi Cu > 0,5% và P > 0,05%.

Nếu C < 0,45% gọi là thép có tính hàn tốt.

        C > 0,45% thì có thể có các loại sau đây

- Thép có tính hàn thỏa mãn, tức là khi hàn có thể đạt được chất lượng mối hàn cao nhưng phải tuân theo một số quy trình công nghệ phụ (ví dụ như nung nóng sơ bộ, nhiệt luyện... ).

- Thép có tính hàn hạn chế cần có thêm các quy trình công nghệ phụ như nung nóng sơ bộ, sử dụng thuốc hàn đặc biệt, nhiệt luyện sau khi hàn. Chất lượng mối hàn bình thường.

- Thép có tính hàn kém, chất lượng mối hàn không thể đạt chất lượng cao mặc dù phải sử dụng các quá trình công nghệ phụ. Ngày này do nền khoa học và kỹ thuật đã phát triển mạnh nên tất cả các kim loại thép có thể hàn được đảm bảo chất lượng nhiệt độ nung nóng sơ bộ có thể tính theo công thức Sefariana

Chọn kích thước mối hàn và bước hàn hợp lý 

Khi hàn dưới lớp thuốc.

Khi hàn dưới lớp thuốc cần chú ý vũng hàn có thể tích lớn (kim loại que hàn, vật hàn và thuốc hàn. Vũng hàn cần bố trí nằm ngang hoặc nghiêng một góc nhỏ để tránh kim loại chảy tràn ra ngoài. Phần kim loại cơ bản chiếm 2/3 còn kim loại đắp chiếm 1/3. Để đạt được tỉ lệ trên cần chọn bước hàn "m" hợp lý và hạn chế cường độ dòng điện Ih

Khi hàn đắp các chi tiết lớn có thể sử dụng cùng lúc máy có nhiều đầu hàn hoặc cùng lúc sử dụng nhiều máy hàn. Bằng phương pháp này có thể tăng hệ số đắp lên 20 - 40%, còn thành phần kim loại cơ bản sẽ giảm xuống 20 - 30%.

Có thể sử dụng que hàn đường kính lớn và khi hàn cần chuyển động qua lại theo chiều rộng mối hàn. Hệ số đắp có thể đạt 16 - 18g/(A.h).

Trong thực tế người ta còn sử dụng kim loại đắp dạng thô (D = 0,4 - 4mm) hoặc có thể sử dụng các dây hàn cắt ra từng đoạn 2 - 3mm. Kết quả khả quan cho thấy khi tỉ lệ chiếm khoảng 75 - 89% kim loại nóng chảy và hệ số đắp đạt 21 - 25g/(A.h), năng suất hàn đạt 13 - 25kg/h.

Hàn đắp bằng phương pháp hàn điện xỉ

Chiều sâu lớp nóng chảy phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Mức độ nung chảy đồng đều của lớp xỉ lỏng.

- Số lượng điện cực hàn, loại điện cực (dây hàn, tấm điện cực).

- Phương pháp chuyển động dây hàn hoặc vật hàn.

- Sự chuyển dịch của bể hàn