Giáo trình Công nghệ sửa chữa đầu máy Diezel

àn tránh được hiện tượng rỗ khí. Trong hàn hơi phải dùng ngọn lửa có công suất bé hơn so với hàn hơi đối với các chi tiết bằng thép và phải dùng ngọn lửa trung hòa. Tùy thuộc vào chiều dày của chi tiết hàn mà tiến hành chọn công suất ngọn lửa và số hiệu đầu mỏ hàn như trong bảng 4.10. Sở dĩ phải dùng ngọn lửa trung hòa để hàn là vì nếu trong khi thừa ôxy thì nhôm bị ôxy hóa mạnh và tạo ra màng ôxyt khó chảy. Nếu là ngọn lửa axêtylen mà thừa hyđrô thì làm cho mối hàn dễ bị rỗ. Bảng 4.10. Lựa chọn công suất ngọn lửa và số hiệu đầu mỏ hàn Chiều dày chi tiết, mm Công suất ngọn lửa axetylen, l/h Số hiệu, đầu mỏ hàn Chiều dày chi tiết, mm Công suất ngọn lửa axetylen, l/h Số hiệu đầu mỏ hàn 0,8 50 0 4,0 750 4 1,0 75 0 6,0 1200 5 1,5 150 1 10,0 1750 6 2,0 300 2 Lớn hơn 10,0 2500 7 3,0 500 3 - - - Chất trợ dung dùng để hòa tan lớp ôxyt nhôm khó chảy là các chất đã nêu ở trên như các hợp chất muối clorua và florua ở dạng kali clorua (KCl), natri clorua (NaCl), liti clorua (KliCl), kali ftorit (KF), natri ftorit (NaF) với các hợp chất khác như kriôlit và kim loại kiềm thô. Trước khi hàn các chi tiết đúc từ hợp kim nhôm phải đốt nóng sơ bộ chi tiết đến nhiệt độ 150-2000C để tránh hiện tượng nứt. Sau khi hàn cũng phải đốt nóng bên trong. Trong trường hợp này cũng sử dụng chất trợ dung kiểu có thành phần như sau: Cnsc.211 kali clorit (KCl) - 50%, natri clorit (NaCl) - 28%, liti clorit (LiCl) - 14% và natri ftorit (NaF) - 8%. Ngoài ra, người ta còn đề ra thêm một công nghệ mới để hàn một vài hợp kim nhôm mà không cần chất trợ dung. Công nghệ đó đảm bảo chất lượng cao: mối hàn hoàn toàn đồng nhất với kim loại chính của chi tiết. Sở dĩ đề ra như vậy là vì các chất trợ dung và bọt xỉ do chúng tạo ra có thể tác dụng với kim loại và phá hủy nó ngoài ra lại là chất đắt tiền không thường xuyên sẵn có ở các cơ sở sản xuất. Khi hàn không có chất trợ dung thì lớp ôxyt nhôm được tẩy sạch bằng phương pháp cơ khí bằng mỏ thép đặc biệt hoặc bằng que hàn. Việc tẩy sạch màng kim loại bằng móc thép có thể dùng khi sửa chữa các chi tiết không quan trọng, đồng thời móc thép không được để ở trong vùng hàn bởi vì ngược lại thì lượng tạp chất có hại của sắt sẽ tăng lên. Phương pháp hàn này thường dùng cho các chi tiết làm từ hợp kim nhôm loại xilimin (píttông động cơ đầu máy). Loại công nghệ này gồm những bước sau đây: Bất kỳ chi tiết nào cũng đốt nóng tới 250-3000C. Cạnh chỗ cần hàn đặt mẫu kim loại hàn, kim loại đó có thành phần tương ứng với thành phần của kim loại chính. Như vậy tay trái của người thợ hàn được tự do. Người thợ hàn chỉ hướng ngọn lửa trung hòa vào vùng hàn sao cho ngọn lửa cũng phủ kín toàn bộ mẫu hợp kim hàn. Khi đó, tay trái người thợ cầm mỏ sắt, đưa mỏ nhọn vào vùng cháy sáng của ngọn lửa hàn và đốt nó đến khi nóng đỏ. Từ đó mỏ sắt luôn tỳ vào chỗ cần hàn, để nhằm xác định điểm nóng chảy của kim loại chính ở từng chỗ một. Khi kim loại chính bắt đầu chảy, người thợ dùng mỏ sắt đẩy mẫu kim loại đến vị trí cần hàn và sao cho mẫu kim loại đó được trùm lên toàn bộ vị trí cần hàn. Sau đó điều chỉnh ngọn lửa thành ngọn lửa thừa axetylen (còn gọi là ngọn lửa hoàn nguyên). Khi tiếp tục đốt nóng chỗ hàn và mẫu kim loại hàn thợ hàn phải chú ý làm nóng chảy thật kỹ. Song, sự nóng chảy kim loại chính với kim loại hàn khi chưa hoàn toàn, hoặc có trường hợp khó chảy, đó là nguyên nhân do màng ôxýt nhôm bao phủ. Nên chú ý rằng, nếu kim loại chính chỗ vùng hàn đã được chảy thì phải chuyển nhanh mỏ hàn sang chỗ khác để tiếp màng ôxýt đồng thời làm cho kim loại hàn nóng chảy. Ở thời điểm kim loại chính và kim loại hàn vừa chảy, phải chuyển toàn bộ sang vị trí kế tiếp. Thợ hàn phải luôn luôn giữ mỏ sắt sao cho ngọn lửa hoàn nguyên bao trùm vùng hàn, nhằm bảo vệ vùng hàn được nóng chảy cùng một chỗ người thợ hàn mới chuyển vị trí hàn và tiếp tục mối hàn. Nhờ đó, người thợ hàn đã làm cho các mảnh tạp chất vụn trở thành bọt xỉ nổi lên và vùng hàn đã được nóng chảy hoàn toàn. Sau khi vừa hoàn thành xong công việc hàn cần phải đốt nóng lại một lần nữa, hướng ngọn lửa mỏ hàn lên mối hàn, kiểm tra lại các vị trí hàn. Sau khi kết thúc mọi công việc hàn, chi tiết phải được làm nguội từ từ, hoặc tốt hơn nên đốt nóng tới nhiệt độ 3000C và sau đó cho nguội chậm. Làm như vậy sẽ khử được ứng suất bên trong sinh ra trong quá trình hàn. Khi hàn đắp các píttông động cơ đầu máy làm bằng hợp kim xilumin người ta dùng que hàn xiluumin đường kính 10-12 mm có chiều dài 300-350mm. Khi hàn đắp, que hàn được dao động theo hình lưỡi liềm dọc theo vùng hàn có chiều rộng khoảng 30-40 mm. Sau khi hàn tiến hành làm nguội chậm. 4.5. Phục hồi chi tiết bằng phương pháp hàn đắp rung 4.5.1. Nguyên lý hoạt động Cnsc.212 Hàn đắp rung là một dạng hàn cơ khí tự động, nguyên tắc hoạt động cơ bản của nó cũng giống như nguyên tắc của hàn tự động duy chỉ có khác là trong quá trình làm việc mỏ hàn luôn luôn rung với tần số và biên độ nhất định. Sơ đồ nguyên lý thiết bị hàn đắp rung được thể hiện trên hình (hình 4.4). Hình 4.4. Sơ đồ thiết bị hàn đắp rung 1. Chi tiết cần hàn đắp 7. Các con lăn 2. Dây hàn 8. Rãnh dẫn nước cần làm mát 3. Mỏ hàn rung 9. Nguồn điện 4. Lò xo 10. Bơm bánh răng 5. Bộ gây rung 11. Cảm kháng 6. Hộp cuốn dây 12. Bể chứa nước làm mát Dây hàn 2 (que hàn) từ hộp cuốn dây 6 nhờ các con lăn 7 được đưa qua mỏ hàn rung 3 tới bề mặt cần hàn đắp của chi tiết 1 quay với tốc độ nhất định nào đó. Độ rung dọc của dây hàn cùng với mỏ hàn được thực hiện nhờ bộ gây rung 5 và các lò xo 4. Khi chạm vào bề mặt của chi tiết, dây hàn bị nóng chảy dưới tác dụng phóng điện xung từ nguồn điện 9 và kim loại nóng chảy được phủ lên bề mặt của chi tiết. Để nâng cao độ ổn định và tăng hiệu suất của quá trình hàn đắp người ta mắc nối tiếp cảm kháng 11 vào mạch điện. Từ bể chứa 12, nhờ bơm bánh răng 10 chất lỏng làm mát được đưa theo rãnh 8 qua mỏ hàn 3 tới vị trí kim loại nóng chảy. Chất lỏng làm mát có tác dụng thúc đẩy việc tạo thành mối hàn một cách nhanh chóng, còn hơi nước bốc lên sẽ bảo vệ cho kim loại nóng chảy khỏi bị tác dụng của ôxy và nitơ trong không khí. Chất lỏng làm mát thường là dung dịch 5% nước xô đa nung hoặc dung dịch 20-30% nước glixêrin kỹ thuật [C3H5(CH)3] và những dung dịch khác. Tiêu chuẩn hao nước làm mát là khoảng 0,2-0,7 lít/phút. V A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cnsc.213 Trong mỗi chu trình rung của điện cực, việc hàn đắp được thực hiện thông qua các giai đoạn chính sau đây (hình 4.5): 1. Thời kỳ ngắn mạch của điện cực với bề mặt chi tiết; 2. Thời kỳ ngắt mạch; 3. Thời kỳ phóng hồ quang; 4. Thời kỳ chạy không. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, trong cả một chu trình rung của dây hàn khoảng 0,01 giây thì hành trình chạy không chiếm tới 60-70% tổng số thời gian. Còn lại thời kỳ ngắn mạch chiếm khoảng 2,5-3,0.10-3 giây, thời kỳ ngắt mạch và phóng hồ quang là 1.10-3 giây. Ở thời điểm ngắn mạch điện áp không tải của nguồn điện giảm xuống đột ngột còn dòng điện thì tăng lên nhanh chóng tới khoảng 1100-1200 A (trong khi đó trị số trung bình là 180 A). Mật độ dòng điện lúc này đạt tới 3.10-3 A/mm2. Dưới tác dụng của lượng nhiệt sinh ra các điện cực bị đốt nóng và đầu dây hàn bị nóng chảy. Hình 4.5. Sơ đồ các quá trình trong khi hàn rung a. Thời kì ngắn mạch b. Thời kì ngắt mạch c. Thời kì phóng hồ quang d. Thời kì chạy không Ở thời điểm ngắt mạch cường độ dòng điện giảm xuống, còn điện áp giữa các điện cực tăng lên do có suất điện động tự cảm cùng chiều với điện áp của nguồn điện. Khi đó xuất hiện hiện tượng phóng hồ quang và tỏa ra một khối lượng nhiệt lớn (tới 70%). Kim loại ở đầu điện cực bị nóng chảy và bị bức xạ, một phần được bám chặt vào bề mặt chi tiết còn một phần bị văng ra. Trong quá trình phóng hồ quang thì hầu như hiệu điện thế không thay đổi. Cuối thời kỳ này, tức là thời kỳ đi ra của điện cực quá xa (d) điện áp hàn lại giảm, nhưng không đột ngột vì nó vẫn dự trữ một độ cảm ứng nhất định. Khi hành trình chạy không càng lớn thì tổn hao kim loại càng lớn và năng suất hàn càng giảm. Độ bền bám của lớp hàn đắp với kim loại cơ bản không cao lắm vì bề mặt kim loại bị oxy hóa. Để khắc phục hiện tượng đó cần phải giảm thời kỳ chạy không và giảm trị số xung của dòng ngắn mạch. Việc tăng điện cảm nhờ cảm kháng (11) sẽ làm giảm trị số xung của dòng điện ở thời kỳ ngắn mạch, khi đó độ tăng giảm của xung sẽ đều hơn, thời gian tồn tại và độ ổn định của hồ quang khi ngắt mạch tăng lên và như vậy hiện tượng không tải được khắc phục. Ngoài ra để khắc phục giai đoạn chạy không cần phải chọn chế độ hàn (V và I) cho phù hợp, chọn tần số và biên độ rung cho đúng và cuối cùng là tính toán, chọn mạch cho phù hợp. a) b) c) d)  22  1 3 Cnsc.214 Hình 4.6. Sơ đồ bố trí dây hàn với chi tiết 1. Chi tiết; 2. Điện cực; 3. Lớp hàn đắp. 4.5.2. Quá trình công nghệ hàn Hàn rung có thể tiến hành nhờ nguồn điện một chiều hoặc xoay chiều và cũng có thể dùng hỗn hợp cả một chiều và xoay chiều. Khi dùng dòng điện một chiều và hàn ngược cực thì chất lượng lớp hàn đắp sẽ cao hơn. Trong trường hợp này độ bền bám của lớp hàn đắp với kim loại cơ bản cao hơn đáng kể so với trường hợp hàn đắp ở dòng điện xoay chiều hoặc hỗn hợp. Khi hàn bằng dòng xoay chiều hoặc hỗn hợp, cực dòng điện luôn thay đổi do đó trên điện cực lượng nhiệt sản sinh ra không đồng đều và quá trình hàn không ổn định. Từ những nguyên nhân đó chất lượng hàn giảm xuống. Hàn đắp ở dòng điện hỗn hợp gây phức tạp vì phải có hai nguồn điện: Máy phát một chiều và biến áp bàn. Bên cạnh những nhược điểm trên nguồn xoay chiều có ưu điểm nổi bật là dễ tạo hơn, mạng điện sẵn hơn giá thành hạ so với ngồn một chiều. Khi hàn đắp bằng dòng một chiều, nguồn điện có thể là máy phát một chiều, hoặc chỉnh lưu, hoặc máy phát điện áp thấp có mắc nối tiếp một cuộn cảm vào mạch hàn thay đổi điện cảm bằng cách thay đổi số vòng. Trên các sơ đồ dưới đây giới thiệu phương pháp hàn rung với nguồn điện một chiều và với nguồn điện xoay chiều có lắp cảm ứng bổ sung: Hình 4.7. Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị hàn rung với nguồn điện một chiều 1. Động cơ đưa dây; 9. Vòi nước làm mát; 2. Hộp giảm tốc; 10. Thùng chứa nước làm mát; 3. Hộp cuốn dây hàn; 11. Bơm nước; 9 8 11 10 12 13 14 1 76 5 2 3 15 16 Cnsc.215 4. Con lăn đưa dây; 12. Cuộn cảm ứng bổ sung; 5. Bộ rung động; 13. Ampe kế; 6. Lò xo bộ rung động; 14. Vôn kế; 7. Biến áp của bộ rung; 15. Máy phát một chiều; 8. Chi tiết phục hồi; 16. Động cơ (xoay chiều 3 pha). Để tiến hành hàn đắp người ta gá chi tiết lên mâm cặp của máy tiện, còn mỏ hàn có hộp cuốn dây hàn được gá lên bàn dao của máy tiện. Trục chính máy tiện có thể phải có hộp giảm tốc để giảm số vòng quay theo yêu cầu công nghệ (tới 1 vòng/phút). Số vòng quay của chi tiết có thể xác định theo công thức sau đây: . .. ..15 2 Dsh vdn n , vòng/phút (4.18) trong đó: d- đường kính dây kim loại hàn, mm; vn - vận tốc đưa dây hàn, mm/giây;  - hệ số chuyển kim loại dây hàn vào lớp hàn đắp, ( = 0,85 - 0,90); h - chiều dày lớp hàn đắp, mm; s - bước hàn đắp, mm/vòng; D - đường kính của chi tiết, mm. Chi tiết cần hàn đắp phải được làm sạch bẩn và gỉ bằng giấy giáp hoặc bàn chải sắt. Các chi tiết lắp lỏng có độ mòn không lớn (0,1 - 0,2 mm) hoặc bị cong hoặc có độ ô van lớn nên mài sơ bộ để sau khi gia công cơ lớp kim loại phủ có chất lượng tốt hơn về thành phần hóa học, cấu trúc và cơ tính. Hình 4.8. Sơ đồ thiết bị hàn rung nguồn xoay chiều có cảm ứng bổ sung 1. Biến áp hàn; 5. Cuộn từ gây rung; 2. Cuộn dây; 6. Mỏ hàn rung; 3. Động cơ điện đưa dây; 7. Chi tiết; 7 5 6 3 2 1 8 4 V A Cnsc.216 4. Con lăn đưa dây; 8. Cuộn cảm ứng bổ sung. Độ ổn định và chất lượng hàn đắp phụ thuộc vào điện áp, điện cảm và cực của dòng điện; vào thành phần và khối lượng chất lỏng làm mát và trị số khoảng cách giữa các điện cực. Hàn đắp rung có thể tiến hành ở điện áp 4-30 V. Việc phục hồi các chi tiết bằng hàn đắp thường tiến hành ở điện áp 18-22V và dòng điện 80-300 A. Khi tăng điện áp thì năng suất và tác dụng nhiệt của dòng điện đối với kim loại tăng lên. Một số thành phần như cácbon, măngan ... bị đốt cháy nhiều hơn và độ cứng của chi tiết hàn đắp giảm xuống, còn kim loại bị tổn hao do bị bắn toé tăng lên. Vì vậy, để nhận được lớp phủ có độ chống mòn tốt thì nên hàn đắp ở điện áp thấp. Sau hàn đắp chi tiết được đem gia công cơ bằng cách mài, đầu tiên mài thô, sau đó mài tinh để đạt được kích thước cần thiết. Trên đây ta vừa xét về hàn đắp điện-hồ quang rung. Trong thực tế còn có những phương pháp hàn rung như tia lửa tiếp điểm rung và hồ quang tiếp điểm rung. Các phương pháp này khác nhau về quá trình sơ đồ điện và nguồn điện. Về đầu hàn rung thì ngoài loại đầu hàn được gây rung bằng điện (hình 4.4), người ta còn dùng các loại đầu hàn có bộ phận gây rung điện tử và cơ học. 4.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng hàn đắp Ngoài các thông số về điện, quá trình và chất lượng hàn rung còn chịu ảnh hưởng của độ rung của mỏ hàn và chất lỏng làm mát. Tần số rung của mỏ hàn (tức là của dây hàn) vào khoảng 50-100 lần/s gây ra bằng ấy lần phóng hồ quang và như vậy nó làm tăng độ ổn định của quá trình hàn và tăng lượng phun kim loại lên bề mặt bằng những suất phun không lớn lắm. Trị số biên độ rung của dây hàn và góc hợp bởi nó với chi tiết đều ảnh hưởng tới trị số khoảng cách giữa các điện cực. Khi khoảng cách đó tăng lên thì điện áp tăng lên và cường độ nóng chảy của kim loại tăng lên. Việc bố trí điện cực so với chi tiết được trình bày trên hình 4.6.71. Góc  phải nằm trong khoảng 35 - 450 (0,612 - 0,787 rad), còn góc  trong khoảng 70-900 (1,22 - 1,57 rad). Chất lỏng làm mát làm giảm ảnh hưởng nhiệt của tia hồ quang đối với chi tiết và làm tăng vận tốc làm mát của lớp hàn, như vậy lớp hàn đắp sẽ có cấu trúc tôi và có độ cứng và độ chống mòn cao. Ngoài ra chất lỏng còn bảo vệ cho lớp hàn đắp khỏi bị tác động của ôxy và nitơ ngoài không khí. 4.5.4. Ưu nhược điểm của phương pháp hàn đắp rung 1. Ưu điểm - Ưu điểm của hàn đắp rung so với các phương pháp hàn đắp khác là chi tiết phục hồi bị đốt nóng không đáng kể, vùng ảnh hưởng nhiệt không lớn, do đó thành phần hóa học và tính chất cơ lý của chi tiết hầu như không bị thay đổi. Ngoài ra, nếu dùng dây hàn có hàm lượng các bon tương ứng thì có thể nhận được tất cả các dạng cấu trúc tôi của kim loại hàn đắp có độ cứng và chống mòn cao; - Cơ khí hóa được quá trình hàn, không phụ thuộc vào tay nghề công nhân; - Cho phép sửa chữa những chi tiết tròn có đường kính nhỏ cỡ 10-15mm mà không thể sửa chữa bằng hàn đắp tự động có bột hàn; - Năng suất cao khi phủ những lớp mỏng; Cnsc.217 - Khi hàn nhờ phương pháp sinh hồ quang bắt buộc nên có thể dùng nước làm nguội, và như vậy chi tiết không bị đốt nóng quá và không bị biến dạng (và đó cũng là điều rất quan trọng); - Sau khi hàn coi như chi tiết được tôi ngay do đó không phải gia công nhiệt luyện. 2. Nhược điểm Nhược điểm của hàn đắp rung là cấu trúc của lớp hàn đắp là không đồng nhất còn độ cứng là không đồng đều, trên bề mặt xuất hiện những vết nứt tế vi. Điều đó có thể giải thích là khi hàn đắp được một vòng lên chi tiết thì mối hàn đó được tôi với độ cứng cao, còn sau đó khi hàn đắp mối tiếp theo thì mối hàn đó lại được ram một phần. Do vậy độ bền mỏi của chi tiết bị giảm đi đáng kể. Vì vậy, khi sử dụng phương pháp hàn rung phải thận trọng xem xét điều kiện làm việc và đặc điểm kết cấu của chi tiết. Các chi tiết chịu tải trọng đổi dấu như trục khuỷu thì không nên sửa chữa bằng phương pháp này. Cho đến nay toàn bộ quá trình hàn vẫn chưa được nghiên cứu một cách triệt để. Các số liệu có tính chất tiêu chuẩn về tần số dao động chưa được quy định, về mối quan hệ giữa biên độ dao động với chế độ kỹ thuật, về hướng dao động tương đối của các đầu dây đối với chi tiết hiện nay mới chỉ được chọn qua thực tế sản xuất mà thôi. 4.6. Phục hồi chi tiết bằng phương pháp phun kim loại 4.6.1. Nguyên lý phun kim loại điện hồ quang Phun kim loại là quá trình tạo ra lớp phủ bằng cách phun các hạt kim loại nóng chảy nhờ luồng khí nén hoặc khí trơ lên bề mặt chi tiết đã được chuẩn bị trước. Việc làm nóng chảy và phun kim loại được tiến hành nhờ các máy phun kim loại. Tùy thuộc vào phương pháp làm nóng chảy kim loại, việc phun kim loại được chia ra: phun kim loại điện hồ quang, phun kim loại hơi, phun kim loại cao tần, phun kim loại hồ quang plazma, v.v... Phun kim loại điện hồ quang dựa trên cơ sở sử dụng nguồn nhiệt của tia hồ quang làm nóng chảy kim loại cần phun. Trên sơ đồ (hình 4.9) ta thấy các dây kim loại 1 cách ly với nhau và được đẩy đi trong rãnh của vỏ máy phun nhờ các con lăn 5. Trong đầu phun của máy phun, giữa các dây kim loại có chênh lệch điện áp vì vậy xuất hiện tia hồ quang và dưới tác dụng của nó chúng bị nóng chảy. Các phần tử kim loại nóng chảy nhờ luồng khí nén 2 được thổi lên bề mặt đã chuẩn bị sẵn của chi tiết 3. 3 4 1 4 Cnsc.218 PHVN Theùp,ñoàng,ñoàng ñoû, nhoâm thieác , keõm, ñoàng thau, nhoâm,thieác ñoàng ñoû,ñoàng thau keõm LEÂN CAÙC VAÄT LIEÄU Theùp vaø caùc Goã giaáy söù kim loaïi khaùc 75 125 200 50 0 50 100 150 200 250 25 75 100 200 300 400 V [ m/s ] khoâng khí 4 3 2 1 khoaûng caùch phun kim loaïi(mm) Hình 4.9. Sơ đồ làm việc của máy phun kim loại điện hồ quang 6. Dây phun; 7. Luồng khí nén; 8. Chi tiết được phun; 9. Dây dẫn từ nguồn điện; 10. Các con lăn. Khi phun kim loại có thể phủ một lớp kim loại bất kỳ có chiều dày từ 0,03 mm tới vài milimét lên bất kỳ vật liệu nào như kim loại, gỗ, thủy tinh, thạch cao, giấy, v.v... mà không làm những vật liệu đó bị nóng chảy. Hình 4.10. Sơ đồ quá trình phun kim loại 2. Bề mặt được phun; 2. Dây kim loại phun; 3. Đường cong thay đổi vận tốc khí nén; 4. Đường cong thay đổi tốc độ hạt kim loại Cnsc.219 Quá trình phun kim loại có thể chia ra làm 3 giai đoạn: Giai đoạn làm nóng chảy kim loại dây phun, giai đoạn phun kim loại nóng chảy đó nhờ luồng khí và giai đoạn hình thành lớp phủ. Hình 4.10 miêu tả sơ đồ quá trình phun kim loại. Theo nghiên cứu A.Ph.Trô-it-xki, khi đốt chảy dây kim loại trong máy phun xảy ra những chu trình như sau đây: 1. Xuất hiện hồ quang giữa các điện cực và đốt chảy chúng; 2. Ngắt mạch đầu tiên của mạch điện các điện cực; 3. Ngắn mạch và làm nóng chảy điện cực; 4. Phóng tia lửa điện và tiếp tục tia hồ quang mới. Sự nóng chảy kim loại xảy ra ở thời điểm chảy và ngắn mạch của tia hồ quang, ở những thời điểm ngắt mạch điện của các điện cực kim loại không bị nóng chảy. Nhiệt độ nóng chảy của kim loại ở những giai đoạn khác nhau đều khác nhau. Khi hồ quang cháy thì nhiệt độ của kim loại phun tương đối lớn, lúc đó sẽ tạo ra số lượng các hạt kim loại có kích thước nhỏ, còn khi đoản mạch nhiệt độ giảm xuống và lúc này tạo ra các hạt kim loại có kích thước lớn hơn. Khi các phần tử va vào bề mặt phun thì chúng bị làm lạnh bởi dòng không khí nén hoặc khi trơ và do truyền nhiệt từ các phần tử đã bám tới kim loại của chi tiết. Từ đó thấy được rằng, nhiệt độ đốt nóng của chi tiết khi phun kim loại không cao lắm, vào khoảng trên dưới 2000C. Người ta cho rằng liên kết bên trong của lớp kim loại phun với kim loại chi tiết có được là do lực bám tương hỗ cơ giới và tác động của các lực phân từ. Độ bám của lớp kim loại phủ với kim loại cơ bản phụ thuộc vào trạng thái bề mặt sửa chữa của các chi tiết, vào nhiệt độ và vận tốc của các hạt phun vào, kim loại phun và chế độ phun kim loại. Khi phun kim loại có thể tạo ra những hạt kim loại có kích thước khác nhau từ 2 đến 100 m . Tốc độ bay của các hạt kim loại có thể đạt tới khoảng 85-190 m/s còn thời gian chuyển động tới chi tiết thì không tới 0,003 giây. Ở vận tốc lớn và thời gian chuyển động nhỏ như vậy các phần tử không kịp làm lạnh một cách nhanh chóng được và khi chạm vào bề mặt chi tiết chúng vẫn nằm ở trạng thái dẻo. Vì bị va đập mạnh cho nên những phần tử này bị đàn hồi (biến dạng đi) và dính vào nhau, kết quả là nhờ tác dụng của các lực bám giữa các phân tử và nguyên tử tại chỗ tiếp xúc, các phân tử kim loại được liên kết với kim loại của chi tiết và với những phần tử kim loại phun lên trước nó. Vận tốc đưa dây và áp suất luồng khí cũng làm ảnh hưởng tới các quá trình trên. Khi vận tốc đưa dây lớn thì cường độ cực đại của dòng điện tăng lên và kéo dài thời gian ngắn mạch của điện cực và như vậy sẽ làm tăng khối lượng các hạt kim loại có kích thước lớn. Khi tăng áp suất luồng khí sẽ làm tăng chu kỳ cháy của tia hồ quang và như vậy chất lượng phun tốt hơn vì sẽ làm tăng khối lượng của các hạt có kích thước nhỏ. Tuy nhiên, cần chú ý rằng áp suất cao của luồng khí và sự tăng đột ngột vận tốc đưa dây tới một trị số lớn hơn trị số cực đại nào có thể dẫn đến là ở chu Cnsc.220 kỳ ngắn mạch kim loại không kịp nóng chảy hết. Những hạt kim loại lớn thậm chí những cục kim loại có thể bị bứt ra, va vào chi tiết làm ảnh hưởng không tốt tới chất lượng phun. Cấu trúc và tính chất của lớp phủ chịu ảnh hưởng lớn của các yếu tố như vận tốc của các hạt, khối lượng và kích thước của chúng, nhiệt độ của các hạt trong thời gian chúng di chuyển, các hiện tượng xảy ra trong quá trình phun cũng như trạng thái bề mặt chi tiết và vật liệu dây kim loại. Đại bộ phận các yếu tố đó phụ thuộc vào chế độ phun. Cấu trúc của lớp kim loại phun rất khác biệt so với cấu trúc của kim loại đúc hoặc cán. Lớp phủ thường là xốp, trị số độ xốp phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố, trong đó quan trọng nhất là phương pháp làm nóng chảy kim loại và chế độ làm việc của máy phun kim loại. Thành phần hóa học của lớp phủ cũng khác so với thành phần hóa học của dây phun bởi vì trong khi phun một số thành phần của nó như các bon, silic, mangan, v.v... đã bị đốt cháy. Sự tồn tại các màng ôxy hóa trên bề mặt các phần tử kim loại phun cản trở sự tạo thành cấu trúc đồng nhất bình thường cuả lớp phủ và là nguyên nhân làm giảm độ dẻo của nó, đồng thời so với kim loại của chi tiết thì sức cản va đập, sức cản đứt, sức cản xoắn, sức cản uốn của nó nhỏ hơn rất nhiều. Lớp phủ chịu nén tốt nhưng chịu kéo tồi. Độ cứng của lớp phủ lớn hơn độ cứng của dây phun là do khi bị làm lạnh thì các phần tử đã được tôi (đối với dây các bon cao). Cấu trúc xốp và độ cứng cao của lớp phủ đảm bảo cho nó có độ chống mòn cao khi làm việc có bôi trơn. Tại điểm tiếp xúc giữa hai điện cực nhiệt độ sinh ra lớn, lớn hơn khá nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của kim loại, do đó tại đây xuất hiện hai trạng thái của kim loại: kim loại lỏng và hơi kim loại. Kim loại nóng chảy được luồng khí cuốn đi và được phun ra thành những hạt nhỏ với vận tốc lớn của luồng khí. Kim loại cũng như nhiệt độ của các hạt thay đổi từ điểm nóng chảy tới bề mặt của chi tiết và theo tiết diện của luồng khi từ đường tâm luồng khi ra tới lớp biên. Vận tốc của các hạt tăng dần từ vận tốc ban đầu khoảng 18 m/s cho tới trị số cực đại và sau đó càng xa vùng chảy thì càng giảm xuống. Trị số cực đại khi phun thép có thể đạt tới 190 m/s. Vận tốc cuối cùng của các hạt ở khoảng cách 250 mm cách đầu máy phun vào khoảng 85 m/s, thời gian bay của hạt vào khoảng 0,003 giây. Do đó hạt không bị làm lạnh đột ngột khi chạm tới bề mặt chi tiết và nó vẫn còn ở trạng thái dẻo. Sau đây là một số số liệu. - Khoảng cách từ đầu máy phun, mm: 50 100 200 - Nhiệt độ của các hạt kim loại trên đường tâm của luồng khi thổi 0C 1030 980 900 Như trên đã nói, vận tốc nhiệt độ của các hạt kim loại giảm xuống theo tiết diện của luồng khí thổi từ đường tâm ra tới chu vi. Nếu cho rằng trong quá trình bay, các hạt kim loại được làm mát không đồng đều và bị ôxy hóa một phần ở những mức độ khác nhau, thì thấy rõ ràng rằng, khi đạt tới bề mặt chi tiết, các hạt kim loại sẽ có kích thước, khối lượng, vận tốc và nhiệt độ khác nhau. Khi va đập vào bề mặt chi tiết, do những nguyên nhân trên, các hạt kim loại sẽ bị biến dạng, biến cứng và bị làm lạnh do bề mặt nguội của chi tiết ở những mức độ khác nhau và do vậy cấu trúc Cnsc.221 lớp phủ sẽ không đồng nhất và sẽ khác biệt rất nhiều so với cấu trúc của kim loại phun. Độ bền bám giữa các hạt kim loại với nhau có thể xem như độ bền tiếp xúc tạo bởi sự tác dụng của các lực bám giữa các nguyên tử, phân tử của các phần tiếp xúc. Thành phần hóa học của lớp phủ rất khác so với thành phần hóa học của dây phun vì khi bị nóng chảy, dây phun bị cháy mất một số các thành phần: C25-35%, Si 25-45%, Mn 35-38%, S 25-26%. Lớp phủ nhận được bằng cách phun dây kim loại có thành phần 0,7-0,8%C có cấu trúc gồm xoocbit, troxit, mactenxit. 4.6.2. Độ bền bám của lớp kim loại phủ với kim loại cơ bản Tính chất cơ bản xác định khả năng làm việc của các chi tiết phục hồi bằng phun kim lo