Tài liệu Giáo trình hàn tàu

Chương 1 Khái niệm chung

1.1. Lịch sử phát triển của ngành hàn

Khoảng đầu thời đại đồ đồng, đồ sắt loài người đã biết hàn kim loại. Từ cuối thế kỷ 19, vật lý, hóa học và các môn khoa học khác phát triển rất mạnh. Năm 1802 nhà bác học Nga petơrop đã tìm ra hiện tượng hồ quan điện và chỉ rõ khả năng sử dụng nhiệt năng của nó để làm nóng chảy kim loại. Năm 1882 kỹ sư Benađớt đã dùng hồ quang cực than để hàn kim loại. Năm 1888 Slavianốp đã áp dụng cực điện nóng chảy - cực điện kim loại vào hồ quang điện.
Năm 1990 - 1902 trong công nghiệp đã sản xuất được các bit canxi và sau đó 1906 hàn khí ra đời.
Hàn tiếp xúc xuất hiện và phát triển chậm hơn, năm 1886 Tomson tìm ra phương pháp hàn tiếp xúc giáp mối. Năm 1887 Benađớt tìm ra phương pháp hàn điểm, nhưng mãi đến năm 1903 thì hàn giáp mối mới dùng trong công nghiệp và đặc biệt kể từ sau chiến tranh thế giới thứ hai hàn tiếp xúc mới phát triển mạnh mẽ và xuất hiện nhiều phương pháp hàn mới.
Một đóng góp rất quan trọng cho sự phát triển hàn hồ quang là thành công của kỹ sư Thụy Điển Kenbe năm 1907 về phương pháp ổn định quá trình phóng hồ quang và bảo vệ vùng hàn khỏi tác dụng của không khí chung quanh bằng cách đắp lên cực kim loại một lớp vỏ thuốc. Việc ứng dụng que hàn bọc thuốc bảo đảm chất lượng cao của mối hàn.
Thời kỳ phát triển mới của môn hàn đó được mở ra vào những năm cuối ba mươi và đầu bốn mươi với những công trình nổi tiếng của Viện sĩ E.O Paton về hàn dưới thuốc. Phương pháp hàn tự động và sau đó hàn nửa tự động dưới thuốc ra đời và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Đó là thành tựu vô cùng to lớn của kỹ thuật hàn hiện đại. Từ khi ra đời cho đến nay hàn dưới thuốc vẫn là phương pháp cơ khí hóa cơ bản trong kỹ thuật hàn.
Từ những năm cuối bốn mươi các phương pháp hàn trong khi bảo vệ cũng được nghiên cứu và đưa vào sản xuất. Việc khai thác rộng rãi các khí tự nhiên (heli acgông ở Mỹ, khí cacbonic ở Liên Xô .) lúc đó đó làm cho các phương pháp hàn này phát triển mạnh mẽ. Hàn trong khi bảo vệ làm tăng vọt chất lượng mối hàn. Hiện nay hàn trong khí bảo vệ được ứng dụng mỗi ngày một nhiều hơn.
Một phát minh nổi tiếng nữa của tập thể Viện hàn điện mang tên B.O.Patôn (kiep Liên Xô) là hàn điện xỉ. Quá trình hàn điện xỉ được các nhà bác học Xô viết phát hiện năm 1949, nghiên cứu và đưa vào sản xuất trong những năm mươi. Phương pháp hàn điện xỉ ra đời và phát triển là một cuộc cách mạng kỹ thuật trong ngành chế tạo máy móc hạng nặng như lò hơi, tuabin, máy ép cỡ lớn
Những năm gần đây loạt phương pháp hàn mới ra đời như hàn bằng tia điện tử, hàn lạnh, hàn masat, hàn nổ, hàn siêu âm, hàn phát ma hồ quang vv Hiện nay có hơn 120 phương pháp hàn khác nhau.
Nói chung, các phương pháp hàn ngày càng được hoàn thiện hơn và được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân, trong kỹ thuật quốc phòng và đặc biệt là trong ngành du hành vũ trụ. Có thể nói hàn là một phương pháp gia công kim loại tiên tiến và hiện đại.
Hàn ở Việt Nam cũng đã xuất hiện từ thời thượng cổ, hồi đó ông cha ta dã biết sử dụng hàn để làm ra những dụng cụ cần thiết phục vụ cho đời sống và cải tiến điều kiện lao động.
Trước cách mạng tháng tám, môn hàn rất ít được ứng dụng. Sau cách mạng tháng tám và trong thời kỳ kháng chiến, môn hàn được phát triển hơn, nó đã đóng góp vào nền công nghiệp quốc phòng mới mẻ của chúng ta. Sau hòa bình chúng ta đã sử dụng hàn rất nhiều trong cuộc cách mạng kỹ thuật và xây dựng nền kinh tế xã hội chủ nghĩa. Nhiều công trình đồ sộ đã mọc lên sử dụng nhiều đến hàn như lò cao khu gang thép Thái Nguyên, nhà công nghiệp, tàu bè, nồi hơi vv Tuy vậy việc nghiên cứu áp dụng các phương pháp hàn tiên tiến còn gặp nhiều khó khăn và chưa đủ điều kiện để phát triển mạnh mẽ.
Với lực lượng cán bộ khoa học kỹ thuật hàn, công nhân hàn lành nghề ngày càng đông đảo, chúng ta tin chắc rằng, kỹ thuật hàn ở Việt Nam sẽ ngày càng phát triển và được ứng dụng ngày càng nhiều vào sản xuất.
1.2. Thực chất, đặc điểm và công dụng của hàn.
1.2.1. Thực chất
Hàn là quá trình nối hai đầu của một chi tiết hoặc nhiều chi tiết với nhau bằng cách nung nóng chúng đến trạng thái chảy hay dẻo. Khi hàn ở trạng thái chảy thì ở chỗ nối hàn của vật hàn chảy ra và sau khi đông đặc ta nhận được mối hàn. Khi hàn ở trạng thái dẻo thì chỗ nối được nung nóng đến trạng thái mềm dẻo, khi ấy khả năng thẩm thấu và chuyển động các phần tử của kim loại hàn tăng lên. Nên chúng nó có thể dính lại với nhau. Thường chỉ nung nóng chỗ nối hàn đến trạng thái dẻo vẫn chưa bảo đảm được mối hàn bền, nên ta phải tác dụng lên chỗ nối hàn một áp lực.
1.2.2. Đặc điểm
Hàn có những đặc điểm sau:
a. So vói tán rive: Hàn tiết kiệm được 10 đến 20% khối lượng, hình dáng chi tiết cân đối hơn, giảm được khối lượng kim loại như phần đầu rivê, kim loại mất mát do đột lỗ vv
So với đúc hàn tiết kiệm được 50% vì không cần hệ thống rót
Sử dụng hàn trong xây dựng nhà cao cho phép giảm 15% trọng lượng sườn, kèo, đồng thời việc chế tạo và lắp ráp chúng cũng được giảm nhẹ, độ cứng vững của kết cấu lại tăng.
b. Giảm được thời gian và giá thành chế tạo kết cấu. Hàn có năng suất cao so với các phương pháp khác do giảm được số lượng nguyên công giảm được cường độ lao động và tăng được độ bền chắc của kết cấu.
c. Hàn có thể nối được những kim loại có tính chất khác nhau. Ví dụ như hàn kim loại đen với kim loại đen, kim loại màu với nhau và cả kim loại đen với kim loại màu. Ngoài ra hàn còn có thể nối các vật liệu không kim loại với nhau.
d. Thiết bị hàn tương đối đơn giản và dễ chế tạo. Khi tán đinh rivê ta dùng rất nhiều máy như máy khoan, lò nung, máy đột vv .còn khi hàn ta có thể chỉ dùng máy hàn xoay chiều gồm một máy giảm thế từ 200 vôn hay 230 vôn xuống nhỏ hơn 80 vôn.
e. Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín. Do kim loại mối hàn tốt hơn kim loại vật hàn nên mối hàn chịu tải trọng tĩnh tốt. Mối hàn chịu được áp suất cao nên hàn là một phương pháp chủ yếu dùng chế tạo các bình chứa, nồi hơi, ống dẫn vv .chịu áp lực cao.
g. Giảm được tiếng động khi sản xuất vv
Tuy nhiên hàn còn nhược điểm là sau khi hàn vẫn tồn tại ứng suất dư tổ chức kim loại gần mối hàn không tốt vv sẽ giảm khả năng chịu tải trọng động của mối hàn, vật hàn cong vênh.
1.2.3. Công dụng
Hàn ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hiện đại. Về công dụng của hàn có thể chia làm hai mặt: chế tạo và tu sửa.
Về chế tạo như nồi hơi, ống, ống bình chứa, sườn nhà cầu, tàu thuyển, thân máy bay, vỏ máy, tên lửa, toa xe, ôtô và ngay cả đến tàu du hành vũ trụ nữa. Nói chung những bộ phận máy có hình dáng phức tạp, phải chịu lực tương đối lớn, mà lại nóng đều chế tạo bằng phương pháp hàn, vì nếu đúc bằng gang thì nặng, nếu rèn thì vừa tốn công vừa chế tạo khó khăn, giá thành cao.
Những bộ phận hỏng và cũ, ví dụ như: xilanh rạn, bánh xe răng bị nứt, mặt đường ray bị mòn, những vật đúc bị khuyết đều có thể dùng phương pháp hàn để tu sửa, vừa nhanh, vừa rẻ.
Ngoài những chỗ chịu tác dụng của lực chấn động không nên hàn ra, không có chỗ nào không thể hàn được. Cho nên công nghệ hàn đóng góp rất nhiều cho sự phát triển của công nghiệp hiện đại.