NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÀN TIG ĐẮP PHỤC HỒI CÁC CHI TIẾT BỊ MÒN TRONG

KHUÔN ÉP NHỰA VÀ KHUÔN DẬP

RESEARCH ON TIG WELDING PROCESS TO RECOVER WEARING PARTS OF MOLD FOR METAL FORMING AND

PLASTIC MOLDING

GV – ThS. Võ Xuân Tiến

Bộ môn Công nghệ Kim loại – Khoa Cơ khí chế tạo máy

TÓM TẮT

Hiện tượng các chi tiết trong các khuôn dập và khuôn ép nhựa bị mài mòn sau một thời gian làm việc cũng như nhu cầu hàn đắp phục hồi các chi tiết trong khuôn nhằm kéo dài thời gian sử dụng, qua đó giảm giá thành gia công khuôn mới là một nhu cầu có thực và bức thiết. Công nghệ hàn TIG được biết đến như là một phương pháp hàn hiệu quả đối với các loại thép làm khuôn dập và khuôn ép nhựa. Do đó, việc kết hợp công tác hàn phục hồi các chi tiết bị mài mòn với công nghệ hàn TIG sẽ giúp cho công tác hàn phục hồi các chi tiết hiệu quả hơn thông qua việc xác định quy trình hàn, chế độ hàn và chỉ ra các loại que hàn đắp phù hợp nhất đối với từng loại thép làm khuôn xác định.

ABSTRACT

Not only the wearing parts of mold for plastic molding and metal forming after the time on duty but also the need to recover those parts in order to extend the time on duty of those parts are vital and essential. TIG welding is also well-known as a adequated method to weld these wearing parts. Therefore, combination of recovery wearing parts of mold and TIG welding will highly effective through definition welding parameters of TIG welding and most suitable types of rod for certain steel of mold.

1. Dẫn nhập

Trong quá trình làm việc khuôn dập bị mài mòn do phải chịu ma sát lớn khi dập, ép…nên để tránh cho khuôn bị mài mòn phụ thuộc rất lớn vào độ cứng bề mặt và tổ chức tế vi của vật liệu. Ngoài ra khuôn còn làm việc trong môi trường hóa chất, chất bôi trơn, không khí ẩm… làm cho khuôn bị ăn mòn hóa học ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cũng như tuổi thọ của khuôn.

1

Khi khuôn dập bị sai hỏng mòn, gãy, nứt mẻ, bong tróc bề mặt, biến dạng dẻo, lún lòng khuôn trong quá trình làm việc, ta cần tiến hành công tác bảo trì, sửa chữa phục hồi. Một trong các phương pháp sửa chữa thông dụng là hàn phục hồi bằng phương pháp hàn TIG kết hợp với gia công sau khi hàn để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của khuôn. Do đó, việc sửa chữa khuôn dập, ép bằng công nghệ hàn TIG mang lại hiệu quả kinh tế cao, chất lượng mối hàn tốt, hạn chế việc thay mới khuôn khi khuôn bị sai hỏng trong quá trình làm việc, vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, chế độ làm việc của khuôn.

2. Điều kiện thực tế của thị trường thép làm khuôn và que hàn đắp – Lựa chọn giải pháp thực hiện

Trên thị trường, các mác thép làm khuôn thông dụng: P20, SUS420J2, S50C, S55C (thép làm khuôn ép nhựa); SKD11, SKS3, SKS93,K105 (thép làm khuôn dập nguội); SKD61, SKDT4 (thép làm khuôn dập nóng)

Đây là các mác thép có tổng lượng hợp kim >3% và C > 0,38% nên có tính hàn xấu, cần có que bù thích hợp và đảm bảo quy trình hàn để mối hàn đạt chất lượng tốt.

Trong quá trình hàn, để tránh vết nứt trên mối hàn cần thực hiện gia nhiệt (nung nóng sơ bộ) ở nhiệt độ nhất định trong suốt quá trình hàn nhằm đảm bảo nhiệt độ không bị chênh lệch ở đầu và cuối đường hàn. Xác định nhiệt độ gia nhiệt bằng phấn chỉ thị màu, máy đo nhiệt hoặc bằng mắt thường theo kinh nghiệm.

Lựa chọn que hàn đắp tốt nhất là cùng loại với mác thép làm khuôn, hoặc sử dụng các loại que hàn thép hợp kim có thành phần hoá học gần bằng nhau và có sẵn trên thị trường.

Có hai phương án thực hiện:

Phương án 1 Phương án 2

- Chọn mác thép thông dụng phục vụ nghiên cứu.

- Chọn que hàn trùng với mác thép.

- Chọn thông số hàn.

- Tiến hành nung nóng sơ bộ và hàn thực nghiệm

- Kiểm tra đánh giá.

- Chọn mác thép thông dụng phục vụ nghiên cứu.

- Chọn que hàn có thành phần tương đương, có sẵn trên thị trường sử dụng cho thép hợp kim cao.

- Chọn thông số hàn.

- Tiến hành nung nóng sơ bộ và hàn thực nghiệm.

- Kiểm tra đánh giá.

2

Ta chọn phương án 2 để nghiên cứu do que hàn trùng với mác thép rất khó tìm trên thị trường, thực nghiệm hàn phục hồi với các que hàn thép hợp kim có sẵn trên thị trường nhằm tìm ra que hàn và chế độ hàn thích hợp cho từng mác thép.

3. Trình tự tiến hành

3.1. Chọn thép:

- Thép làm khuôn dập nóng: SKD61.

- Thép làm khuôn dập nguội: SKD11, K105.

- Thép làm khuôn ép nhựa: P20, S50C.

3.2. Chọn que hàn:

- Để tránh các vết nứt trên mối hàn sinh ra trong quá trình hàn, cần chọn que hàn có thành phần cacbon thấp.

- Chọn que hàn: ER304L, ER308L, ER309L, ER316L đường kính 3.2mm.

3.3. Quy trình hàn

a. Hàn đắp:

- Chọn quy cách các mẫu thép 15x100x100 (mm).

- Làm sạch bề mặt mẫu thép.

- Mài lõm tại vị trí sai hỏng cần phục hồi.

- Tiến hành hàn thử nghiệm. Sau các đường hàn cần làm sạch bề mặt để tiếp tục cho các đường hàn tiếp theo nhằm đảm bào chất lượng mối hàn.

- Mài phẳng hoặc gia công mối hàn, đánh dấu từng loại mác thép và que hàn để kiểm tra đánh giá.

- Lưu lượng khí 6-10 l/ph

- Cường độ dòng hàn mối hàn đắp

Mác thép Dòng điện hàn DC (A)

ER304L ER308L ER309L ER316L

SKD11 150 140 130 140

K105 140 130 130 140

SKD61 140 130 130 140

P20 140 130 130 140

S50C 140 140 130 140

3

b. Hàn giáp mí:

- Chọn quy cách các mẫu thép 15x50x100 (mm).

- Làm sạch bề mặt vật hàn.

- Vát mép: do vật hàn dày, để đàm bảo độ ngấu, cần tiến hành vát mép chữ X.

- Hàn đính cố định vật hàn.

- Nung nóng sơ bộ: do vật hàn là loại thép có tính hàn hạn chế, mối hàn thường bị nứt, cần nung nóng trước, trong, và sau khi hàn ở khoảng nhiệt độ riêng biệt cho từng loại thép được xác định dựa vào hàm lượng cacbon tương đương CE.

- Thực hiện hàn với các loại que hàn khác nhau cho từng loại thép.

Đường hàn đầu tiên dùng phương pháp hàn kéo (từ trái sang phải), với mục đích giữ cho nhiệt độ mối hàn không giảm nhanh, tránh vết nứt. Đường hàn đầu cũng có tính chất quyết định chất lượng mối hàn.

Các đường hàn tiếp theo dùng phương pháp hàn đẩy (từ phải sang trái).

Sau các đường hàn, cần làm sạch bề mặt để tiếp tục các đường hàn tiếp theo.

- Mài phẳng hoặc gia công mối hàn, đánh dấu từng loại mác thép và que hàn để kiểm tra đánh giá.

- Chọn lưu lượng khí 6-10 l/ph.

- Nhiệt độ gia nhiệt:

Mác thép CE (%) Nhiệt nung TP (oC)

SKD11 4,10 686

SKD61 1,94 455

P20 1,07 317

S50C 0,68 230

- Cường độ dòng hàn mối hàn giáp mí

Mác thép Dòng điện hàn DC (A)

ER304L ER308L ER309L ER316L

SKD11 190 190 190 190

4

K105 190 190 190 190

SKD61 190 190 190 190

P20 190 190 190 190

S50C 190 190 190 190

- Tốc độ hàn: 60 – 70 mm/ph

4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

a. Dựa vào độ chênh lệch về độ cứng giữa mối hàn và kim loại nền, ta xác định được các loạique hàn đắp thích hợp nhất cho từng loại thép:

- SKD11: ER304L.

- K105: ER308L, ER309L, ER316L.

- SKD61: ER308L.

- P20: ER304L, ER309L, ER316L.

- S50C: ER304L.

b. Qua phân tích tổ chức tế vi, ta có thể nhận xét như sau:

Đối với SKD11:

- Que hàn ER304L:

Kích thước hạt ở vùng ảnh hưởng nhiệt và vũng hàn tuy có to hơn so với kích thước hạt của vật liệu hàn, nhưng kích thước hạt giữa hai vùng này tương đối đều. Mặt khác, chênh lệch độ cứng thấp, lựa chọn que hàn này thích hợp nhất cho thép so với các que hàn còn lại.

- Que hàn ER308L:

Hạt trong vũng hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt to, độ cứng trong và ngoài vũng hàn chênh lệch lớn. Lựa chọn que hàn này là không thích hợp cho thép.

5

- Que hàn ER309L:

Hạt trong vũng hàn đến viền chảy có kích thước lớn, làm giảm cơ tính mối hàn. Lựa chọn que hàn này là không thích hợp cho thép.

- Que hàn ER316L:

Hạt trong vũng hàn và sát viền chảy có kích thước lớn, làm giảm cơ tính mối hàn. Lựa chọn que hàn này là không thích hợp cho thép.

Đối với thép SKD61:

- Que hàn ER304L:

Hạt ở tâm vũng hàn và viền chảy có kích thước lớn, làm giảm cơ tính mối hàn và vật liệu. Lựa chọn que hàn này không thích hợp cho thép.

- Que hàn ER308L:

Hạt ở tâm vũng hàn và sát viền chảy có kích thước lớn, làm giảm cơ tính mối hàn và vật liệu. Lựa chọn que hàn này không thích hợp cho thép.

- Que hàn ER309L:

Hạt ở tâm vũng hàn đến viền chảy có kích thước lớn, làm giảm cơ tính vật liệu và mối hàn. Lựa chọn que hàn này là không thích hợp cho thép.

- Que hàn ER316L:

Hạt trong vũng hàn đến viền chảy có kích thước nhỏ. Lựa chọn que hàn này thích hợp cho thép.

Đối với thép P20:

- Que hàn ER304L:

Hạt ở viền chảy có kích thước nhỏ, cơ tính được đảm bảo. Lựa chọn que hàn này thích hợp cho thép.

6

- Que hàn ER308L:

Vùng viền chảy, hạt có kích thước lớn, làm giảm cơ tính mối hàn và vật liệu. Lựa chọn que hàn này là không thích hợp cho thép.

- Que hàn ER309L:

Hạt ở vùng ảnh hưởng nhiệt và tâm vũng hàn có kích thước nhỏ. Xét độ cứng đo được có sự chênh lệch lớn, chọn que hàn này không thích hợp cho thép.

- Que hàn ER316L:

Hạt ở vũng hàn đến viền chảy có kích thước nhỏ, nhưng hạt ở vùng ảnh hưởng nhiệt to, hạt to sẽ làm giảm cơ tính mối hàn và vật liệu. Lựa chọn que hàn này không phù hợp cho thép.

Đối với thép S50C:

- Que ER304L:

Hạt ở vũng hàn đến viền chảy và vùng ảnh hưởng nhiệt có kích thước nhỏ, hạt nhỏ đảm bảo cơ tính mối hàn không bị giảm. Xét về độ cứng mối hàn và kim loại nền có sự chênh lệch cao, lựa chọn que hàn này sẽ không thích hợp cho thép.

- Que ER308L:

Kích thước hạt của vật liệu và vùng ảnh hưởng nhiệt không có sự thay đổi, hạt ở vùng ven viền chảy có kích thước nhỏ và to dần khi vào trong vũng hàn. Phù hợp với tổ chức kim loại mối hàn và vùng phụ cận. Lựa chọn que hàn này là thích hợp cho thép.

7

- Que ER309L:

Vùng ảnh hưởng nhiệt có hạt to làm giảm cơ tính, là vùng yếu nhất của vật liệu hàn. Lựa chọn que hàn này là không thích hợp cho thép.

- Que ER316L:

Hạt ở vũng hàn đến viền chảy và vùng ảnh hưởng nhiệt có kích thước nhỏ. Lựa chọn que hàn này phù hợp cho thép.

5. KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ

5.1. Kết luận

Từ nhiệm vụ đặt ra của đề tài, tôi đã tiến hành thực hiện và đạt được những kết quả sau:

Hàn thực nghiệm trên các loại thép làm khuôn phổ biến trên thị trường. Kiểm tra bằng mắt thường, bằng phương pháp đo độ cứng và xem tổ chức tế vi để

đánh giá chất lượng mối hàn.

Từ đó, tôi đã đưa ra được một số đề nghị về chế độ hàn và các loại que hàn đắp phù hợp nhất cho các loại thép làm khuôn phổ biến trên thị trường.

5.2. Kiến nghị

Từ những kết luận nêu trên tôi đề nghị một số mục tiêu trong tương lai:

- Nghiên cứu đồ gá hàn chuyên dụng cho công tác hàn phục hồi và sửa chữa khuôn.

- Thực hiện thêm nhiều phương pháp kiểm tra như siêu âm, phân tích quang phổ... để đánh giá chính xác hơn tính hàn của thép và que bù.

- Tổ chức nhiệt luyện trước và sau khi hàn đắp để đánh giá hiệu quả của công tác sửa chữa, phục hồi chi tiết khuôn bằng phương pháp hàn TIG.

8

6. TÀI LIỆU THAM KHẢO

a. Tiếng Việt

[1] Kỹ thuật hàn – Lưu Văn Hy – Chung Thế Quang – Nguyễn Phước Hậu – Huỳnh Kim Ngân: Nhà xuất bản Thanh niên (2009)

[2] Giáo trình Công nghệ hàn TIG – Th.s. Nguyễn Văn Thành – Th.s. Giáp Văn Nang: Nhà xuất bản Lao động-Xã hội (2007).

[3] Sổ tay thợ hàn – Nguyễn Bá An: Nhà xuất bản Xây dựng (2003).

[4] Công nghệ hàn thép và hợp kim khó hàn – TS Nguyễn Văn Thông: Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật (2005).

[5] Kỹ thuật hàn – PGS.TS. Cao Văn Sâm – Th.s. Nguyễn Đức Thọ – Th.s. Vũ Xuân Hùng(chủ biên): Nhà xuất bản Lao động (2008).

[6] Kỹ thuật hàn hiện đại – Th.s. Phạm Thanh Đường: Nhà xuất bản Thanh niên (2010).

[7] Sổ tay hàn(công nghệ, thiết bị và định mức năng lượng vật liệu hàn) –PGS.TS.Hoàng Tùng; PGS.TS.Nguyễn Thúc Hà; TS.Ngô Lê Thông; KS. Chu Văn Khang: Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật (2007).

[8] Giáo trình công nghệ hàn – PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà – TS. Bùi Văn Hạnh – Th.s. Võ Văn Phong.

[9] Giáo trình đồ gá và khuôn dập – Nguyễn Văn Đoàn: Nhà xuất bản Lao động- Xã hội

b. Tiếng Anh

[10] Handbook of mold, tool and die repair welding – Steve Thompson: William Andrew Publishing (1999).

c. Nguồn khác

[11] Kỹ thuật hàn, link http://www.weldcom.vn

[12] Que hàn TIG thông dụng, link http://aladins.vn/1478/detail-61-Que-h%C3%A0n-TIG-Inox-ER308L.htm

9