Giáo trình Hàn Kim Loại và Hợp Kim Màu - Trường CĐN Việt - Đức Hà Tĩnh

Tải trọn bộ giáo trình hàn kim loại màu và hợp kim màu nghề hàn. Tài liệu cung cấp kiến thức hàn nhôm, đồng bằng các phương pháp MIG, TIG, hàn khí.

• Tác giả: Thạc Sỹ Nguyễn Ngọc Sáng
• Trường học: Trường Cao Đẳng Nghề Việt - Đức Hà Tĩnh
• Chuyên ngành: Hàn
• Đề tài: Hàn Kim Loại Màu Và Hợp Kim Màu
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Tĩnh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Giáo trình Hàn Kim Loại Màu và Hợp Kim Màu

Giáo trình Hàn Kim Loại Màu và Hợp Kim Màu là tài liệu học tập toàn diện được biên soạn bởi Thạc sỹ Nguyễn Ngọc Sáng, dành cho sinh viên trình độ trung cấp ngành Hàn tại Trường Cao đẳng Nghề Việt - Đức Hà Tĩnh. Đây là mô đun chuyên môn nghề quan trọng với mã MĐ 22, cung cấp kiến thức và kỹ năng thực hành về các phương pháp hàn hiện đại. Giáo trình bao gồm 75 giờ học tập, trong đó 16 giờ lý thuyết và 57 giờ thực hành, giúp học viên nắm vững các công nghệ hàn MIG, hàn TIG và hàn khí áp dụng cho kim loại màu như nhôm, đồng và các hợp kim của chúng. Tài liệu được lưu hành nội bộ từ năm 2017 và được cập nhật theo tiêu chuẩn đào tạo nghề hiện hành.

1.1. Vị trí và vai trò của mô đun trong chương trình đào tạo

Mô đun hàn kim loại màu được bố trí sau khi học viên hoàn thành các môn học chung và chuyên môn cơ bản. Đây là mô đun chuyên sâu có vai trò rất quan trọng trong chương trình đào tạo nghề Hàn, trang bị cho người học kiến thức và kỹ năng thực tiễn về hàn kim loại màu phục vụ nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là chế tạo ôtô, hàng không, xây dựng và công nghiệp nặng.

1.2. Mục tiêu chính của giáo trình

Giáo trình nhằm giúp học viên thành thạo các kỹ năng hàn kim loại màu bằng nhiều phương pháp khác nhau. Cụ thể, người học sẽ nắm vững tính chất lý nhiệt, chuẩn bị vật hàn, chọn chế độ hàn phù hợp, sử dụng thiết bị chuyên dụng, và thực hiện các mối hàn đảm bảo chất lượng kỹ thuật cao nhất.

II. Nội dung chính của Giáo trình Hàn Kim Loại Màu

Giáo trình được chia thành 5 bài học chi tiết với tổng thời gian 75 giờ, giúp học viên tiếp cận lần lượt từng phương pháp và kim loại khác nhau. Mỗi bài học kết hợp lý thuyết cơ bản với thực hành thực tế trên các thiết bị chuyên dụng. Bài học về hàn nhôm bằng MIG chiếm 15 giờ (4 giờ lý thuyết, 11 giờ thực hành), bài hàn nhôm bằng TIG cũng 15 giờ (4 giờ lý thuyết, 11 giờ thực hành). Phần hàn đồng được chia thành 3 bài với tổng 70 giờ, bao gồm phương pháp hàn khí, hàn hồ quang tay, và hàn TIG. Cuối cùng là kiểm tra mô đun để đánh giá năng lực của học viên.

2.1. Bài 01 và 02 Hàn nhôm và hợp kim nhôm bằng MIG và TIG

Hai bài đầu tiên tập trung vào hàn nhôm - kim loại không sắt phổ biến nhất trong công nghiệp. Phương pháp hàn MIG sử dụng hồ quang điện cực nóng chảy trong môi trường khí trơ, với dây hàn cấp tự động. Hàn TIG (Tungsten Inert Gas) cho phép kiểm soát tốt hơn, phù hợp với công tác yêu cầu độ chính xác cao. Học viên sẽ hiểu rõ đặc điểm nhôm: nhẹ, dẫn nhiệt cao, chống ăn mòn tốt, nhưng dễ nứt nóng.

2.2. Bài 03 04 và 05 Hàn đồng và hợp kim đồng

Ba bài cuối học tập về hàn đồng - kim loại màu có tính dẫn điện cao và ứng dụng rộng. Bao gồm hàn khí (phương pháp truyền thống), hàn hồ quang tay (hàn điện cơ bản), và hàn TIG (hiện đại). Mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm riêng phù hợp với các loại hợp kim đồng khác nhau trong thực tế sản xuất.

III. Đặc điểm Kỹ Thuật của Kim Loại Màu Khi Hàn

Kim loại màu như nhôm và đồng có những đặc điểm riêng biệt khi hàn, khác so với hàn thép thông thường. Nhôm có khối lượng riêng thấp (chỉ bằng 1/3 thép), tính dẫn nhiệt cao gấp 4 lần thép, hệ số dãn nở gấp 2 lần, và có ái lực mạnh với oxy ở nhiệt độ cao. Điều này dẫn đến các thách thức riêng như tốc độ nguội nhanh, dễ tạo rỗ, và khó loại bỏ oxide. Đồng có tính dẫn nhiệt và dẫn điện cực cao, đòi hỏi nguồn nhiệt lớn hơn. Ôxyt nhôm có nhiệt độ nóng chảy (2050°C) cao hơn nhôm (660°C), dễ lẫn vào mối hàn, làm giảm chất lượng. Vì vậy, giáo trình nhấn mạnh tầm quan trọng của chuẩn bị bề mặt sạch sẽ và chọn khí bảo vệ thích hợp.

3.1. Tính chất lý nhiệt và ảnh hưởng khi hàn nhôm

Nhôm nguyên chất không có khoảng nhiệt độ tới hạn nhưng có xu hướng tạo rỗ bọt. Hợp kim nhôm ít thể có khoảng nhiệt độ tới hạn, dễ nứt nóng do liên kết tinh thể yếu. Hợp kim nhôm đủ thể không có xu hướng nứt nhưng nguy cơ tạo co rỗ biên giới hạn. Tính dẫn nhiệt cao đòi hỏi nung nóng sơ bộ và công suất hàn lớn.

3.2. Tính chất của đồng và hợp kim đồng

Đồng có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cực cao, gây tốc độ nguội nhanh. Trong hàn khí, amoniac (NH₃) là khí bảo vệ chính tạo môi trường trơ. Hợp kim đồng (như đồng-nickel, đồng-thiếc) có tính chất thay đổi theo thành phần, yêu cầu điều chỉnh chế độ hàn cụ thể cho mỗi loại.

IV. Ứng dụng Thực tiễn và Yêu cầu An toàn

Giáo trình Hàn Kim Loại Màu và Hợp Kim Màu không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn hướng dẫn thực hành trên các thiết bị thực tế. Học viên được chuẩn bị vật hàn, mép hàn theo bản vẽ kỹ thuật, chọn khí bảo vệ phù hợp (argon, helium cho nhôm; argon, amoniac cho đồng), tính chế độ hàn dựa trên chiều dày vật liệu. Các mối hàn thực hành bao gồm giáp mối, gấp mép, giáp mối dược vật liệu với yêu cầu chất lượng cao. An toàn lao động là ưu tiên hàng đầu, yêu cầu sử dụng dụng cụ bảo vệ cá nhân, tuân thủ quy trình vệ sinh phân xưởng, và kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn. Giáo trình được lưu hành nội bộ tại các trường nghề, hỗ trợ đào tạo thợ hàn chuyên nghiệp cho các ngành công nghiệp đòi hỏi kỹ năng hàn cao.

4.1. Chuẩn bị thiết bị và quy trình thực hành

Học viên phải nắm vững cách vận hành thiết bị MIG, TIG, hàn khí, chọn tốc độ dây hàn, điện áp, dòng điện phù hợp. Chuẩn bị phôi hàn đúng bản vẽ kỹ thuật, vệ sinh bề mặt khỏi oxide bằng chổi kim loại hoặc giấy chà nhẹ. Kiểm tra chất lượng mối hàn thông qua kiểm tra ngoài mắt, kiểm tra từ tính (nếu cần), đảm bảo không có khuyết tật lớn.

4.2. Các yêu cầu an toàn lao động trong quá trình hàn

Luôn đeo mặt nạ bảo vệ, tay bảo vệ, áo chuyên dùng. Thông gió tốt để tránh hít khí độc (ozone từ UV, khí khủng khiếp từ flash). Kiểm tra thiết bị trước khi sử dụng, đặt vật liệu trên bàn hàn an toàn, tránh chạm phải mối hàn nóng. Tuân thủ quy tắc vệ sinh như dọn sạch mảnh hàn, dầu mỡ, giữ phân xưởng sạch sẽ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH HÀ TĨNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT - ĐỨC HÀ TĨNH GIÁO TRÌNH Mô đun/Môn học: HÀN KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MÀU Nghề: HÀN Trình độ: TRUNG CẤP Biên soạn: Thạc sỹ Nguyễn Ngọc Sáng Tài liệu lưu hành nội bộ Năm 2017 1 2 MỤC LỤC STT Nội dung Trang 2. Chương trình mô đun hàn kim loại màu và hợp kim màu 3 4. Bài 01: Hàn nhôm hợp kim nhôm bằng phương pháp hàn MIG 4 5. Bài 02: Hàn nhôm hợp kim nhôm bằng phương pháp hàn TIG 31 6.

Bài 03: Hàn đồng hợp kim đồng bằng phương pháp hàn khí 67 7. Bài 04: Hàn đồng hợp kim đồng bằng phương pháp hàn hồ 75 quang tay 8. Bài 05: Hàn đồng hợp kim đồng bằng phương pháp hàn TIG 81 9. Danh mục các chữ viết tắt, ký hiệu và ý nghĩa 89 10.

Tài liệu tham khảo 90 3 TÊN MÔ ĐUN: HÀN KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MÀU Mã mô đun: MĐ 22 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí: Là môn đun được bố trí cho người học sau khi đã học xong các môn học chung theo quy định của Bộ LĐTB-XH và học xong các môn học chuyên môn nghề. - Tính chất của mô đun: Là mô đun chuyên môn nghề, nhằm luyện tập kỹ năng về hàn kim loại màu và hợp kim màu phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp hiện nay. - Ý nghĩa, vai trò mô đun: Là môđun có vai trò rất quan trọng trong chương trình đào tạo nghề Hàn, người học được trang bị những kiến thức, kỹ năng hàn kim loại màu và hợp kim màu bằng các công nghệ hàn MIG; TIG; Hàn khí. Mục tiêu của mô đun: - Trình bày được tính chất lý nhiệt và đặc điểm khi hàn kim loại màu và hợp kim màu; - Nêu được thành phần, tính chất hóa học và tác dụng của khí hàn, thuốc hàn; - Chuẩn bị phôi hàn đúng kích thước bản vẽ, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật; - Tính được chế độ hàn phù hợp với chiều dày, tính chất vật liệu và kiểu liên kết hàn; - Sử dụng được các loại thiết bị, dụng cụ dùng hàn kim loại màu và hợp kim màu; - Hàn các mối hàn kim loại màu và hợp kim màu đảm bảo yêu cầu kỹ thuật; - Tuân thủ công tác an toàn lao động và vệ sinh phân xưởng.

Nội dung mô đun: Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: Thời gian Số Tên các bài trong mô đun Tổng Lý Thực Kiểm TT số thuyết hành tra* Hàn nhôm hợp kim nhôm bằng 1 15 4 13 0 phương pháp hàn MIG Hàn nhôm hợp kim nhôm bằng 2 15 4 19 1 phương pháp hàn TIG Hàn đồng hợp kim đồng bằng 3 20 4 36 0 phương pháp hàn khí Hàn đồng hợp kim đồng bằng 5 25 4 15 1 phương pháp hàn TIG 6 Kiểm tra mô đun Cộng 75 16 57 2 4 BÀI 01: HÀN NHÔM HỢP KIM NHÔM BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN MIG Mã bài: MĐ 22.1 Giới thiệu: Hàn Nhôm và hợp kim nhôm bằng phương pháp hàn MIG là một phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi trường bảo vệ khí trơ. Dây hàn được cấp tự động vào vùng hàn bằng tốc độ cháy của hồ quang. Mục tiêu: - Trình bày được tính chất lý nhiệt của nhôm và hợp kim nhôm; - Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ hàn MIG; - Chuẩn bị vật hàn, mép hàn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật; - Chọn khí bảo vệ phù hợp vật liệu hàn; - Chọn chế độ hàn phù hợp với chiều dày vật liệu, kiểu liên kết hàn; - Hàn được các mối hàn giáp mối, mối hàn gấp mép, mối hàn giáp mối vật liệu là nhôm hoặc hợp kim nhôm bằng phương pháp hàn MIG đảm yêu cầu kỹ thuật; - Kiểm tra đánh giá đúng chất lượng mối hàn, thực hiện tốt công tác an toàn lao động và vệ sinh phân xưởng. Đặc điểm khi hàn nhôm hoặc hợp kim nhôm Mục tiêu: - Trình bày được các đặc điểm, tính chất của nhôm và hợp kim nhôm khi hàn MIG; - Giải thích được các ảnh hưởng của nhôm và hợp kim nhôm xảy ra trong quá trình hàn.

Nhôm được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các ngành công nghiệp. Trong ngành chế tạo ôtô (xe con và xe tải nhỏ) Nhôm đóng góp một phần chính các sản phẩm nhôm đặc biệt càng ý nghĩa hơn trong những năm gần đây. Nhôm đặc trưng bởi các tính chất sau: Nó nhẹ, khối lượng riêng của nhôm chỉ bằng khoảng một phần ba của thép hay đồng. Với độ bền tương đối cao, độ dẻo tốt, chống ăn mòn trong không khí, nước, dầu… mà không có bảo vệ bề mặt.

Trong các phương pháp khác nhau có thể sản xuất và đặc biệt có thể nén cuộn đa dạng. Tính dẫn điện, dẫn nhiệt của nhôm cao gấp bốn lần của thép. Nhôm không có từ tính. Hệ số gãn nở nhiệt gấp hai lần của thép.

Nhôm nguyên chất: không có khoảng nhiệt độ tới hạn, tinh thể nhôm rắn chắc được liên kết chắc chắn sau khi đông đặc nhưng có xu hướng rỗ bọt. Thể ít cùng tích: khoảng nhiệt độ tới hạn, xu hướng nứt nóng vì khối lượng cứng chắc nhưng không được liên kết. 5 Đủ thể cùng tích: không có khoảng nhiệt độ tới hạn, không có xu hướng nứt vì các tinh thể nhôm cứng chắc bơi trong thể cùng tích nhưng nguy cơ tạo co rỗ biên giới hạn. Nhôm có ái lực mạnh với Ôxy ở 16000c.

Nó có khả năng hòa tan nitơ cao trong chất lỏng, chúng giảm bớt sự thất thường khi đông đặc. Ôxyt Nhôm có nhiệt độ nóng chảy (20500C) cao hơn so với nhôm nguyên chất (6000C). Do đó mối hàn có thể bị lẫn xỉ dưới dạng ôxyt. Tính dẫn nhiệt của Nhôm và hợp kim Nhôm cao.

Điều này tạo nên tốc độ nguội lớn khi hàn, đòi hỏi phải sử dụng nguồn nhiệt hàn có công suất cao, nung nóng sơ bộ hoặc nguồn nhiệt hàn bổ xung. Khi hàn Nhôm và hợp kim Nhôm có thể xảy ra hiện tượng phá hủy liên kết hàn (như hiện tượng sụt mối hàn khi hàn Nhôm dưới tác dụng của trọng lực). Quy trình hàn có các ảnh hưởng của vật liệu như sau: Thông qua nóng chảy vật liệu phụ gia có thể được hợp kim trội hơn cũng như là các nguyên tố hợp kim bị cháy đi. Thông qua hàn, nhiệt được đưa đến tùy theo vật liệu và mức độ năng lượng có nghĩa là khoảng cách vùng nóng chảy tới loại nung hòa tan, tái kết tinh, thay đổi cấu trúc hoặc hồi phục.

Từ đó liên kết được độ bền tương ứng của vật liệu. Từ quan điểm vật liệu học, đưa ra các yêu cầu sau đối với chế tạo một liên kết hàn. Vật liệu phải thích hợp hàn, có nghĩa là nó không được phép có xu hướng tạo nứt. Ngoài ra chúng phải đạt được độ bền cần thiết, đạt được khả năng biến đổi hình dạng cần thiết và đưa ra khả năng chống mòn gỉ đầy đủ cũng như thống nhất được sự thể hiện màu tương ứng trong điện phân anốt đối với vật liệu cơ bản.

chỉ cho phép xuất hiện rỗ bọt hoặc bọc phủ trong phạm vi giới hạn tùy yêu cầu. Vật liệu và khí bảo vệ hàn MIG nhôm Mục tiêu: - Trình bày được đặc điểm, tính chất ứng dụng của các loại khí bảo vệ trong hàn MIG; - Giải thích được các tiêu chuẩn, ký hiệu các loại dây hàn, các loại khí bảo vệ hàn MIG; - Sử dụng được các loại dây hàn, khí bảo vệ an toàn. Dây hàn Ký hiệu dây hàn nhôm: Tiêu chuẩn AWS A5.10 – 1980 quy định ký hiệu vật liệu kim loại cho hàn nhôm bao gồm nhóm chữ cái và chữ số, (Bảng 1. Các chữ cái ER cho biết nhóm dây hàn dùng cho hàn khí, hàn plasma, hàn trong 6 môi trường khí bảo vệ (cả bằng điện cực nóng chảy và điện cực không nóng chảy).

Phân loại dây hàn nhôm, hợp kim nhôm và thành phần hóa học của chúng. Ký hiệu Thành phần () ER 1100 ≥ 99,0 Al ER 2319 6,3 Cu; (V+Zr) có kiểm soát; Al còn lại ER 4043 5,3 Si; Al còn lại ER 4047 12 Si; Al còn lại ER 4145 10 Si; 4 Cu; Al còn lại ER 5183 0,8 Mn; 4,9 Mg; Al còn lại ER 5356 0,1 Mn; 5 Mg; Al còn lại ER 5554 0,8 Mn; 5,1 Mg; Al còn lại ER 5654 3,5 Mn; Mn không đáng kể; Al còn lại Chọn vật liệu hàn nhôm đúng sẽ thành công cho liên kết hàn. Chọn vật liệu hàn nhôm không thích hợp có thể gây nứt tại kim loại mối hàn. Do kim loại mối hàn hoặc vùng ảnh hưởng nhiệt có tính dẻo, độ bền thấp khi nhiệt độ tăng (Hiện tượng này đôi khi gây ra sụt mối hàn).

Để giảm xu hướng nứt giữa các tinh thể trong vùng ảnh hưởng nhiệt, nên dùng vật liệu hàn có nhiệt độ nóng chảy bằng hoặc thấp hơn kim loại cơ bản, tức là có hàm lượng các nguyên tố hợp kim cao hơn. Nếu nhôm chứa 0,6 % Si thì kim loại mối hàn dễ bị nứt khi hàn bằng dây hàn có cùng thành phần hoá học. Khi đó nên dùng dây hàn chứa 5% Si (có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn, do đó dẻo hơn kim loại cơ bản. Khí bảo vệ – khí trơ Khí Argon là khí được điều chế từ khí quyển bằng phương pháp hoá lỏng không khí và tinh chế độ tinh khiết 99,99%.

Khí này được chứa trong các chai khí với áp suất cao hoặc ở dạng lỏng với nhiệt độ – 185,50c. Khí bảo vệ Argon, Heli dùng trong hàn MIG ngoài tác dụng bảo vệ vùng hàn, bảo vệ điện cực còn làm nhiệm vụ làm mát điện cực và vùng hàn. Khí Argon, Heli là khí trơ (không tác dụng hoá học với các nguyên tố khác), khí Argon không màu, không độc và nặng khoảng 1,5 lần so với không khí (tỷ trọng 1,783 g/l) Argon không hoà tan trong kim loại ở trạng thái lỏng hay rắn. Heli có tỷ trọng: 0,178 g/l có nghĩa tỷ trọng khí Argon nặng gấp 10 lần so với Heli.

Trong thực tế khí argon được sử dụng rộng rãi hơn khí Heli vì Argon có những lý do sau: 7 Nó tạo ra hồ quang cháy êm hơn, tạo ra điện áp hồ quang thấp hơn với cùng một dòng hàn khi dùng các khí khác. Có tác dụng làm sạch bề mặt vật liệu khi hàn Nhôm, Magiê, bảo vệ vùng hàn tốt hơn với lưu lượng thấp hơn vì nó nặng hơn khí Heli. Dễ gây hồ quang hơn (do điện áp hồ quang thấp hơn khi hàn với các khí khác). Khí Heli là loại khí phong phú thứ hai sau khí Argon so với các khí trơ còn lại.