Ch−¬ng 5 Hµn ®iÖn tiÕp xóc

5.1 Qu¸ tr×nh h×nh thµnh mèi hµn khi hµn ¸p lùc

5.1.1. CÊu t¹o bÒ mÆt kim lo¹i

§Ó hai hay nhiÒu chi tiÕt liÕn kÕ l¹i víi nhau th× cÇn ¸p lùc lín ®Ó Ðp cho

kho¶ng c¸ch gi÷a cac kim lo¹i b»ng mét th«ng sè m¹ng, cã nghÜa lµ ®ñ ®Ó t¹o nªn mèi liªn kÕt gi÷a c¸c nguyÓn tö cña kim lo¹i nµy liªn kÕt víi nguyªn tö cña kim lo¹i kia nhê lùc hót vµ lùc ®¶y gi÷a chóng. Song trong thùc tÕ ®iÒu nµy thùc hiÖn rÊt khã v× cÊu t¹o bÒ mÆt kim lo¹i rÊt phøc t¹p, gå ghÒ, kh«ng ph¼ng, thªm vµo ®ã cã nhiÒu chÊt bÈn

H×nh 5-1 S¬ ®å cÊu tróc bÒ mÆt kim lo¹i

1. BÒ mÆt th«; 2. BÒ mÆt tÕ vi (micro); 3. BÒ mÆt siªu nhá (Ultramicro)

Líp nguyªn tö ë d¹ng tù do ch−a c©n b»ng

Líp h¬i n−íc bÞ kim lo¹i hót vµo

Líp kh«ng khÝ bÞ kim lo¹i hÊp thô

Líp oxyd kim lo¹i

Líp bÞ kim lo¹i bÞ biÕn d¹ng

H×nh 5-2 CÊu t¹o líp bÒ mÆt kim lo¹i

5.1.2 Qu¸ tr×nh h×nh thµnh mèi liªn kÕ hµn khi hµn tiÕp xóc

Hµn tiÕp xóc lµ mét trong c¸c ph−¬ng ph¸p hµn ¸p lùc. Thùc chÊt qu¸ tr×nh hµn tiÕp xóc lµ mét qu¸ tr×nh dÞch chuyÓn c¸c phÇn tö kim lo¹i nµy tiÕn s¸t vµo kim lko¹i kia cho ®Õn khi kho¶ng c¸ch gi÷a chóng b»ng mét th«ng sè m¹ng a = (3 - 5) x 10 -8 cm. Chóng ta ®· biÕt cÊu tróc cña kim lo¹i lµ cÊu tróc m¹ng tinh thÓ. KhÝ kho¶ng c¸ch gi÷a chóng b»ng mét th«ng sè m¹ng th× gi÷a 2 kim lo¹i ®ã sÏ xuÊt hiÕn lùc t¸c dông ty−ëng hæ gi÷a chóng t¹o nªnb mèi liÕn kÕt kim loaÞ bÒn ch¾c. Sù h×nh thµnh mèi liªn kÕt nµy cã thÓ m« t¶ theo 3 giai ®o¹n sau:

• Giai ®o¹n 1 : Chi tiÕt 1 vµ chi tiÕt 2 kh«ng hoµn toµn tiÕp xóc víi nhau trªn

toµn bé bÒ mÆt mµ chØ x¶y ra ty¹i mét sè ®iÓm nµo ®ã.

• Giai ®o¹n 2 : Khi cã nguån nhiªtþ nung nãng th× c¸c chÊt bÈn bÞ ph¸ huû,

®ång thêi víi lùc Ðp t¨ng lªn sÏ lµm t¨ng tiÕt diÖn tiÕp xóc; xuÊt hiÖn nh÷ng

h¹t tinh thÓ chung , hay nãi c¸ch kh¸c b¾t ®Çu ®· cã nh÷ng mèi liªn kÕt kim

lo¹i.

• Giai ®o¹n 3 : Khi lùc Ðp t¨ng ®¹t gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh th× diÑn tÝch tiÕp xóc t¨ng

lªn gÇn b»ng 100 %, khi ®ã kim lo¹i ®¹t mèi liªn kÕt bÒn ch¾c.

1 2

H×nh 5-3 S¬ ®å sù h×nh thµnh mèi liªn kÕt khi hµn tiÕp xóc

a - Giai ®o¹n 1; b. giai ®o¹n 2; c. Giai ®o¹n 3 P >P 21

5.3 §Æc ®iÓm cña hµn ®iÖn tiÕp xóc

1. Hai kim lo¹i lu«n tiÕp xóc nhau nªn b¶o vÖ kh«ng cho kh«ng khÝ bªn

ngoµi x©m nh¹p vµo vïng mèi hanf, v× vËy chÊt l−îng mèi hµn cao.

2. §iÖn trë tiÕp xóc gi÷a kim lo¹i - kim lo¹i, kim lo¹i - ®iÖn cùc nhá

(kho¶ng 0,005 - 0,1 «m).

3. Thêi gian hµn yªu cÇu ph¶i nhá (cë vµi gi©y)

4. Nguån nhiÖt cung cÊp cho vïng hµn ®−îc tÝnh theo c«ng thøc :

Q 2 = 0 24 , IRt (cal)

I - c−êng ®é dßng ®iÖn tÝnh b»ng A R - ®iÖn trë vïng tiÕp xóc («m)

t - thêi gian hµn tÝnh b»ng gi©y

5. §iÖn ¸p hµn nhá U = 1 - 5 v«n h

6. C«ng suÊt cña m¸y hµn lín (®Õn 1000 KVA

7. Dßng ®iÖn hµn lín cã thÓ ®Õn 50.000 ®Õn 100.000 ampe 8. Cã thÓ c¬ khÝ ho¸ vµ tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh hµn nªn n¨ng suÊt cao 9. Nh−îc ®iÓm lµ m¸y hµn phøc t¹p vµ gi¸ thµnh cao

5.4 Ph©n lo¹i hµn tiÕp xóc

Theo d¹ng mèi hµn : Hµn tiÕp xóc ®iÓm

Hµn tiÕp xóc ®−êng

Hµn tiÕp xóc gi¸p mèi Theo nguån ®iÖn M¸y hµn dßng xoay chiÒu

M¸y hµn dßng 1 chiÒu

M¸y hµn dßng ®iÖn xung

M¸y hµn dßng tÇn sè cao

M¸y hµn dßng tÇn sè thÊp Theo ®iÖn cùc M¸y hµn 2 ®iÖn cùu

M¸y hµn nhiÒu ®iÖn cùc

M¸y hµn ®iÖnc cùc gi¶

5.5 Hµn tiÕp xóc gi¸p mèi

Lùc kÑp Lùc kÑp

chÆt P chÆt P2 2

Lùc Ðp khi hµn

H×nh 5-4 S¬ ®å nguyªn lý m¸y hµn tiÕp xóc gi¸p mèi

Khung trong cña m¸y hµn bao gåm c¸c bé phËn :

• Nguån ®iÖn hµn (1) HÖ thèng ®iÌu khiÓn c«ng t¾c t¬ (2), C«ng t¾c (3) • C¬ cÊu thay ®æi ®iÖn ¸p hµn (4), M¸y biÕn ¸p hµn (5)

6 - Khung ngoµi cña m¸y hµn bao gåm c¸c phÇn :

• Cuén thø cÊp;

• Bé phËn kÑp chi tiÕt (t¹o lùc P . 2

• Bé phËn t¹o lùc Ðp khi hµn

5.6 C¸c ph−¬ng ph¸p hµn ®iÖn tiÕp xóc gi¸p mèi :

• Hµn ®iÖn trë

• Hµn Ðp - ch¶y (hµn Ðp ch¶y liªn tôc, hµn Ðp ch¶y gi¸n ®o¹n)

5.6.1 Hµn ®iÖn trë

Qu¸ tr×nh hµn ®−îc thùc hiÖn theo thøc tù :

1. Ðp s¬ bé cho 2 chi tiÕt tiÕp xóc nhau;

2. Cho dßng ®iÖn cã c−êng ®é lín ®i qua bÒ mÆt tiÕp xóc, nhê cã dßng

®iÖn mµ vïng mèi hµn ®−îc nung nãng ®Õn tr¹ng th¸i dÏo (nhiÖt ®é nhá h¬n nhiÖt ®é nãng ch¶y cña kim lo¹i c¬ b¶n).

3. Giai ®o¹n dËp - t¸c dông lùc m¹nh ®Ó 2 chi tiÕt dÝnh ch¾c vµo nhau.

4. Gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i Ðp, ng¾t ®iÖn vµ lµm nguéi. Chó ý :

• Do thêi gian hµn nhá t = 0,5 - 10 gi©y nªn tiÕt diÖn chi tiÕt hîp lý vµo h

kho¶ng <= 1000 mm2.

• 2 ¸ p lùc dËp khi hµn kho¶ng 1,5 - 3 KG/mm ®èi víi thÐp c¸c bon thÊp

P I P I

tnung T, thêi hgian

T Ðp s¬ bé

Thêi gian Ðp

Thêi gian hµn

H×nh 5-5 S¬ ®å biÓu diÓn c¸c chu kú hµn

5.6.2 Hµn Ðp ch¶y liªn tôc

Qu¸ tr×nh hµn ®−îc thùc hiÖn theo thø tù

1. Cho dßng ®iÖn ®i qua bÒ mÆt tiÕp xóc vµ nung nãng vïng hµn ®Õn nhiÖt

®é cao (sÏ cã nãng ch¶y côc bé)

2. T¨ng dÇn ¸p lùc cho ®Õn khi h×nh thµnh mèi hµn;

Chó ý : Ph−¬ng ph¸p nµy kh«ng cÇn nung nãng kim lo¹i; nã chØ phï hîp víi c¸c chi tiÕt cã tiÕt diÖn nhá

I

P I

T, thêi hgian

Thêi gian hµn

H×nh 5-6 S¬ ®å biÓu diÓn dßng ®iÖn vµ ¸p lùc khi hµn Ðp ch¶y liªn tôc

5.6.3 Hµn Ðp ch¶y gi¸n ®o¹n

1 2 3

H×nh 5-7 S¬ ®å nguyªn lý qu¸ tr×nh hµn Ðp ch¶y gi¸n ®o¹n

1- Líp kim lo¹i nãng ch¶y trªn bÒ mÆt khi kim lo¹i t¸ch xa nhau 2- Líp kim lo¹i nãng ch¶y khi kim lo¹i tiÕp tôc tiÕp xóc nhau 3- Líp kim lo¹i b¾n toÐ

Cã 3 giai ®o¹n trong qu¸ tr×nh hµn :

• Giai ®o¹n nung nãng vËt hµn

• Giai ®o¹n nãng chaû ®Òu mét líp trªn bÒ mÆt mèi hµn • Giai ®o¹n dËp - Ðp

a. Giai ®o¹n 1 : 2 chi tiÕt tiÕp xóc nhau, nhê cã dßng ®iÖn nªn chi tiÕt ®−îc nung

nãng ®Õn nhiÖt ®é cao thËm chØ nãng ch¶y t¹i mét sè ®iÓm trªn bÒ mÆt chi

tiÕt. Sau ®ã t¸ch 2 chi tiÕt ra xa nhau råi l¹i cho chóng tiÕp xóc nhau. løc nµy

c¸c chÊt bÈn sÏ b¾n toÐ vµ bay ra khái vïng hµn. Qu¸ tr×nh nµy lËp ®i lÆp l¹i

cho ®Õn khi nung nãng ch¶y ®Ò bÒ mÆt vïng mèi hµn.

b. Giai ®o¹n 2 : XuÊt hiÖn mét líp kim lo¹i láng trªn bÒ mÆt vËt hµn. Líp chÊt

bÈn nµy sÏ bÞ b¾n toÐ vµ bay ®i khái vïng hµn; t¹o ®iÒu kiÖn cho vËt hµn tiÕp

xóc tèt.

c. Giai ®o¹n 3 : dËp - Ðp lóc nµy nguån nhiÖt t¨ng lªn ®ét ngét, líp kim lo¹i láng

bÞ Ðp vµ b¾n toÐ ra ngoµi mang theo c¸c chÊt bÈn vµ líp oxit trªn bÒ mÆt vËt

hµn t¹o ®iÒu kiÖn cho qu¸ tr×nh liªn kÕt bÒn ch¾c.

§Æc ®iÓm :

1. Kh«ng cÇn lµm s¹ch vËt hµn tr−íc khi hµn;

2. Cho phÐp hµn c¸c chi tiÕt cã tiÕt diÖn lín;

3. Nh−îc ®iÓm :

• Khã kiÓm tra c¸c qu¸ tr×nh nung nãng, hµn, .... • Hao tèn nhiÒu kim lo¹i do qu¸ tr×nh b¾n toÐ • Khã tù ®éng ho¸;

• Khi hµn c¸c kim lo¹i kh¸c nhau sÏ cã c¸c chÊt l−îng kh«ng tèt

do nung nãng kh«ng ®ång ®Òu.

5.6.4 C«ng nghÖ hµn tiÕp xóc gi¸p mèi

a. ChuÈn bÞ vËt hµn : Chän tiÕt diÖn vïng tiÕp xóc gi÷a 2 chi tiÕt cho hîp lý, kh«ng cã sù chªnh lÖch qu¸ lín g©y nªn øng suÊt,... Lµm s¹ch chi tiÕt tr−íc khi hµn.

b. Chän chÕ ®é hµn :

C−êng ®é dßng ®iÖn hµn (I ) Lùc Ðp khi hµn (lùc dËp) (P) h

Thêi gian hµn(t) ChiÒu dµi vËt liÖu bÞ ng¾n l¹i hay chiÒu dµi chån (L)

B¶ng 5-1

DiÖn tÝch MËt ®é t L P

tiÕt diÖn dßng ®iÖn J

mm2 2 2 A/mm s mm KG/mm

25 200 0,6 3 + 3 1 - 2

50 160 0,8 4 + 4

100 140 1,0 5 + 5

250 90 1,5 6 + 6 1 - 2

500 60 2,5 9 + 9

1000 40 4,5 12 + 12

Lùc chån : P = K. S. dËp . ch σ

S - DiÖn tÝch tiÕt diÖn 2 mm.

K - HÖ sè tÝnh ®Õn tr¹ng th¸i øng suÊt vµ biÕn d¹ng K = 1,2 - 1,3

σ 2 - Giíi h¹n ch¶y cña vËt liÖu KG/mm. ch

5.7 Hµn tiÕp xóc ®iÓm

Kh¸i niÖm : Hµn tiÕp xóc ®iÓm lµ ph−¬ng ph¸p hµn ¸p lùc mµ c¸c chi tiÕt ®−îc hµn nèi víi nhau theo tõng ®iÓm riªng biÖt.

Ph©n lo¹i : Hµn ®iÓm cã thÓ cã c¸c ph−¬ng ph¸p Ph©n lo¹i : Hµn tiÐp xóc diÓm 1 phÝa; hµn tiÕp xóc ®iÓm 2 phÝa vµ hµn tiÕp xóc ®iÓm b»ng ®iÖn cùc gi¶.

5.7.1 S¬ ®å nguyªn lý hµn tiÕp xóc ®iÓm

b. c.

H×nh 5-8 S¬ ®å nguyªn lý c¸c ph−¬ng ph¸p hµn ®iÓm

a - S¬ ®å hµn ®iÓm 2 phÝa b - S¬ ®å hµn ®iÓm 1 phÝa c - S¬ ®å hµn ®iÓm b»ng ®iÖn cùc gi¶;

5.7.2 Qu¸ tr×nh hµn ®iÓm th−êng diÔn ra qua 4 giai ®o¹n : a S¬ ®å hµn ®iÓm:

• Giai ®o¹n c¸c chi tiÕt ®−îc Ðp s¬ bé nh»m gi¶m ®iÖn trë, t¨ng c−êng ®é dßng

®iÖn, t¨ng nhiÖt ®é nung nãng, tr¸nh qu¸ nhiÖt vµ sù b¾n toÐ cña kim lo¹i

vïng ®iÓm hµn. Giai ®o¹n nµy nung kim lo¹i ®Õn khi h×nh thµnh nh©n cña

®iÓm hµn nãng ch¶y.

• Giai ®o¹n 2 : t¨ng lùc Ðp, diÖn tÝc tiÕp xóc t¨ng, kÝch th−íc cña nh©n ®iÓm hµn

t¨ng lªn; líp hæn hîp im lo¹i nãng ch¶y bÞ x¸o trén vµ cã sù ph©n bè l¹i; qu¸

tr×nh biÕn d¹ng dÏo tiÕp þuc x¶y ra.

• Giai ®o¹n 3 : Ng¾t dßng ®iÖn nh−ng vÉn duy tr× ¸p lùc thªm mét thêi gian ®Ó

®¶m b¶o cho mèi hµn dÝnh ch¾c

• Ng¾t ¸p lùc vµ lÊy vËt hµn ra.

Cã thÓ cã c¸c ph−¬ng ph¸p ®ãng ng¾t dßng vµ ¸p lùc Ðp nh− sau :

P, I

I

H×nh 5-9 S¬ ®å ®ãng ng¾t dßng ®iÖn vµ lùc Ðp.

Nguån nhiÖt khi hµn : 2 Q = 0,24 IRt

R = 2 x R + 2 R + R . §C-KL KL TX

R = ρ 1 KL . R = 0,2 R . §C-KL TX S

( R lµ ®¹i l−íng lín nhÊt trong sè 3 ®¹i l−îng trªn. TX

I H = Q

0 24 ,R t m . .

m =1 - 1, 1 Khi hµn thÐp; m = 1,2 - 1,4 khi hµn nh«m

m - lµ hÖ sè tÝnh ®Õn sù thay ®æi ®iÖn trë trong qu¸ tr×nh hµn.

Tæng nguån nhiÖt Q ®−îc tÝnh theo c«ng thøc :

Q = Q + Q + Q + Q . 1 2 3 4

Q- NhiÖt l−îng nung nãng ®iÓm hµn víi kÝch th−íc b»ng kÝch th−íc mÆt 1

tiÕp xóc cña ®iÖn cùc víi vËt hµn.

Q - NhiÖt l−îng nung nãng vïng xung quanh ®iÓm hµn 2

Q - NhiÖt l−îng nung nãng ®iÖn cùc 3

Q - Tæn thÊt nhiÖt do bøc x¹ vµ truyÒn nhiÖt ra xung quanh. 4

I = (120 170 −)D DH

H ρ

D - KÝch th−íc ( ®−êng kÝnh) ®iÓm hµn (mm) DH

D = 2 S + 3 mm S ChiÒu dµy kim lo¹i hµn DH

ρ- §iÖn trë suÊt cña kim lo¹i vËt hµn T

b. B¶ng mét sè chÕ ®é hµn ®Æc tr−ng :

B¶ng 5-2

VËt liÖu S J I P SB th PdËp td

Ðp s¬ bé

mm 2 A/mm A KG/mm s KG/mm s

§ua-ra 0,8+0,8 24.000

1,2+1,2 27.000

AMr6 1 + 1 2.760 35 0,08 72 0,02

3 + 3 880 21 0,20 51 0,04

CT31 1 + 1 700 22 0,14 - - CT38 3 + 3 200 15 0,26 30 0,06 Chó ý :

• Khi hµn cã dßng ®iÖn nhá th× gäi lµ chÕ ®é hµn mÒm, lóc nµy thêi gian hµn

lín.

• Khi I nhá th× gäi lµ chÕ ®é hµn cøng, thêi gian hµn nhá. h

• NÕu T < T , th× trong tæ chøc h¹t kim lo¹i kh«ng cã ræ khÝ vµ nh÷ng khuyÕt hµn nc

tËt nh− thiÕu hôt, ... nh−ng tæ chøc h¹t lín, cã khi bÞ ngËm xû nªn lµm cho

mèi hµn kÐm dÏo.

• §èi víi hµn cã nh©n nãng ch¶y th× sau khi kÕt tinh sÏ cã lâm co. • Lùc dËp cã t¸c dông cho mèi hµn ®Æc ch¾c, chÆt, nªn sau khia ng¾t dßng ®iÖn

chóng ta cÇn gi÷ ¸p lùc thªm mét thêi gian n÷a cho kim lo¹i kÕt dÝnh ch¾c

h¬n.

c. §iÖn cùc hµn :

a. Yªu cÇu ph¶i cøng, bÒn nhiÖt, chÞu nhiÖt vµ chèng ¨n mßn ; dÉn ®iÖn vµ dÉn

nhiÖt tèt.

b. VËt liÖu ®iÖn cùc ®−îc chÕ t¹o tõ hîp kim ®ång:Cu+Sn, Cu + Cr + Cd + Sn. c. Khi lµm viÖc yªu cÇu ph¶i lµm m¸t ®Ó ®¶m b¶o ®é bÒn cÇn thiÕt cho ®iÖn cùc

khi lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao vµ ¸p lùc cao.

d. S¬ ®å cÊu t¹o cña ®iÖn cùc :

N−íc lµm m¸t

H×nh 5-10 S¬ ®å cÊu t¹o ®iÖn cùc cña m¸y hµn ®iÓm

C¸c d¹ng ®Çu ®iÖn cùc khi hµn ®iÓm

H×nh 5-11 S¬ ®å cÊu t¹o mét sè lo¹i ®iÖn cùc cña m¸y hµn ®iÓm

5.8 Hµn ®−êng :

5.8.1 Kh¸i niÖm : Lµ mét ph−¬ng ph¸p hµn tiÕp xóc t−¬ng tù hµn ®iÓm nh−ng

c¸c ®iÓm hµn ®−îc nèi liÒn nhau t¹o thµnh ®−êng hµn nªn gäi lµ hµn ®−êng.

Khi hµn ®−êng , ®iÖn cùc hµn ®uîc thay thÕ b»ng b¸nh xe ®iÖn cùc vµ l¨n

theo ®−êng hµn.

5.8.2 Ph¹m vi øng dông hµn c¸c chi tiÕt máng, c¸c kÕt cÊu trong c«ng nghÖ chÕ

t¹o «t«, thïng dÇu, ... tõ c¸c lo¹i vËt liÖu kh¸c nhau nh− thÐp, ®ång nh«m,

manhª, ...

5.8.3 S¬ ®å nguyªn lý m¸y hµn ®−êng

H×nh 5-12 S¬ ®å nguyªn lý m¸y hµn ®−êng 1 - Nguån ®iÖn hµn 2 - HÖ thèng ®iÒu khiÓn chu kú hµn 3 - C«ng t¾c t¬; 4 - C¸c phÝch c¾m ®Ó thay ®æi ®iÖn ¸p cuéng s¬ cÊp; 5 - M¸y biÕn ¸p hµn

6 - Khung ngoµi cña m¸y hµn ®y−êng bao gåm : cuén thø cÊp, d©y dÉn ®iÖn ®Ò vËt hµn, c¬ cÊu kÑp chi tiÕt, b¸nh ®iÖn cùc hµn.

• Lu«n cho dßng ®iÖn ®i qua vïng mèi hµn;

nhiÖt, ®iÖn cùc chãng mµi mßn vµ h− háng.

Hµn gi¸n ®o¹n :

• Chi tiÕt dÞch chuyÓn liªn tôc;

• Dßng ®iÖn ®i qua vïng mèi hµn gi¸n ®o¹n theo tõng kho¶ng thêi gian

• Chi tiÕt hµn ®−îc dÞch chuyÓn gi¸n ®o¹n; • T¹i nh÷ng vÞ trÝ b¸nh xe dõng th× ta cho dßng ®iÖn ®i qua vïng mèi

hµn.

• B−íc hµn phô thuéc chiÒu dµy (S), lùc Ðp .

Mét sè th«ng s« ®Æc tr−ng :

• §−êng kÝnh ®iÖn cùc D = 40 - 350 mm • B−íc hµn h = 1,5 - 4,5 • VËn tèc hµn Vh = 0 - 3,0 m/ph