Giáo trình Hàn cơ bản (Nghề: Cắt gọt kim loại - Cao đẳng): Phần 1 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

Chia sẻ: Hoatudang09 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:115

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình Hàn cơ bản với mục tiêu giúp người học có thể sử dụng thành thạo các thiết bị, dụng cụ liên quan đến công việc hàn; Vận hành máy hàn, mỏ hàn đúng trình tự, yêu cầu kỹ thuật và an toàn; Thực hiện được kỹ năng hàn hồ quang tay, hàn MAG/CO2; Chấp hành đúng quy trình, quy phạm trong thực hành Hàn cơ bản; Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỉ của học viên. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 1.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Hàn cơ bản (Nghề: Cắt gọt kim loại - Cao đẳng): Phần 1 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI NGUYỄN VĂN KHANH (Chủ biên) NGUYỄN VĂN NINH – VŨ TRUNG THƯỞNG GIÁO TRÌNH HÀN CƠ BẢN Nghề: Cắt gọt kim loại Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2018
LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ trên thế giới, lĩnh vực cơ khí chế tạo nói chung và ngành hàn ở Việt Nam nói riêng đã có những bước phát triển đáng kể về số lượng và chất lượng đóng góp cho sự nghiệp công nghiệp hóa-hiện đại hóa đất nước. Việc biên soạn tài liệu chuyên môn nhằm đáp ứng yêu cầu về tài liệu học tập cho HSSV, tài liệu tham khảo cho giáo viên, tạo tiếng nói chung trong quá trình đào tạo, phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế và đáp ứng yêu cầu sản xuất thực tế là một điều cần thiết. Nhằm đáp ứng nhu cầu về tài liệu học tập và giảng dạy nghề hàn. Căn cứ vào chương trình khung của Tổng cục dạy nghề và điều kiện thực tế giảng dạy của nhà trường. Giáo trình ‘’Môđun: Hàn hồ quang tay cơ bản’’ được biên soạn theo hướng tích hợp giữa lý thuyết và thực hành. Giúp cho Học sinh - Sinh viên vận dụng ngay lý thuyết vào thực tiễn, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo. Giáo trình được biên soạn trên cơ sở lựa chọn các kiến thức trong các tài liệu chuyên ngành song vẫn đảm bảo tính kế thừa những nội dung đang được giảng dạy ở trường. Nội dung giáo trình gồm những kiến thức cơ bản về hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vê. Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình biên soạn, song chắc chắn không thể tránh được những thiếu sót. Chúng tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến của đồng nghiệp, để giáo trình được hoàn chỉnh hơn. Địa chỉ đóng góp về khoa Cơ khí, Trường Cao Đẳng Nghề Việt Nam – Hàn Quốc, Đường Uy Nỗ – Đông Anh – Hà Nội. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Nhóm biên soạn 1
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................... 1 MỤC LỤC ............................................................................................................ 2 Bài 1: Nội qui xưởng thực tập-Qui tắc an toàn ............................................ 4 1.1 Nội qui xưởng thực tập. .......................................................................... 4 1.2 Qui tắc về an toàn .................................................................................... 5 Bài 2: Hàn hồ quang tay (SMAW) .............................................................. 10 2.1 Hồ quang hàn ........................................................................................ 10 2.2 Thiết bị và vật liệu hàn .......................................................................... 28 2.3 Kỹ thuật hàn .......................................................................................... 55 2.4 Khuyết tật mối hàn và phương pháp kiểm tra ....................................... 80 Bài 3: Hàn MAG/CO2 ................................................................................ 115 3.1 Khái niệm chung về hàn trong môi trường khí bảo vệ ....................... 115 3.2 Nguyên lý và phạm vi ứng dụng của phương pháp hàn MIG, MAG . 115 3.3 Thiết bị - dụng cụ hàn MIG, MAG ..................................................... 117 3.4 Vật liệu hàn MIG, MAG ..................................................................... 124 3.5 Sự chuẩn bị kim loại hàn và kích thước mối hàn ................................ 130 3.6 Kĩ thuật hàn ......................................................................................... 131 3.7 Kĩ thuật hàn ở các vị trí trong không gian .......................................... 137 3.8 Các khuyết tật mối hàn ........................................................................ 147 TÀI KIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 172 2
GIÁO TRÌNH HÀN HỒ QUANG TAY CƠ BẢN Tên mô đun: Hàn HQT cơ bản Mã số mô đun: MĐ 48 Thời gian mô đun: 60 giờ(LT: 8 giờ; TH: 48 giờ; KT :4 giờ) I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔ ĐUN: - Vị trí: Là Mô đun được bố trí giảng dạy sau môn học MH07÷MH13 hoặc song song với các môn học/ mô đun đào tạo nghề. - Tính chất: Nâng cao khả đa dạng về năng kỹ năng nghề của HSSV khi tham gia quá trình sản xuất II. MỤC TIÊU MÔ ĐUN: + Sử dụng thành thạo các thiết bị, dụng cụ liên quan đến công việc hàn; + Vận hành máy hàn, mỏ hàn đúng trình tự, yêu cầu kỹ thuật và an toàn + Thực hiện được kỹ năng hàn hồ quang tay, hàn MAG/CO2 + Chấp hành đúng quy trình, quy phạm trong thực hành Hàn cơ bản + Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỉ của học viên III. NỘI DUNG MÔ ĐUN: 1. 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* 1 Nội qui xưởng thực tập và qui tắc an toàn 1 1 0 0 1 Hàn hồ quang tay (SMAW) 34 4 28 2 2 Hàn MAG/CO2 25 3 20 2 Cộng: 60 8 48 4 2. Nội dung chi tiết của giáo trình 3
Bài 1: Nội qui xưởng thực tập-Qui tắc an toàn Mục tiêu của bài - Trình bày được các nội quy trong xưởng thực tập, các qui tắc an toàn; - Thực hiện đúng nội quy, quy định tại xưởng thực tập; - An toàn lao động - Vệ sinh công nghiệp. 1.1 Nội qui xưởng thực tập. 1.1.1 Trước khi thực tập - Những người không có nhiệm vụ không vào xưởng thực hành. - Giảng viên, Giáo viên, Học sinh-Sinh viên phải có mặt tại xưởng thực hành trước giờ học từ 5 đến 10 phút để kiểm tra tình trạng cơ sở vật chất, trang thiết bị, dụng cụ, vật tư… nhận bàn giao xưởng thực hành và ghi sổ giao ca. Nếu phát hiện trang thiết bị hỏng, mất thì phải báo ngay cho bộ phận quản lý. - Giáo viên, Học sinh-Sinh viên phải có đầy đủ bảo hộ lao động, đeo thẻ theo quy định, quần áo đầu tóc gọn gàng. 1.1.2 Trong khi thực tập - Thực hiện các công việc khi đã được giáo viên hướng dẫn, phân công, không làm việc riêng. - Học sinh thực tập trong xưởng nếu cần ra hoặc vào xưởng thực tập phải được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn. - Trước khi sử dụng các thiết bị trong xưởng phải kiểm tra an toàn. Tuyệt đối không được tự ý sử dụng nếu thấy không an toàn và không được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn. - Người sử dụng các thiết bị có trong xưởng thực tập phải được hướng dẫn về kỹ thuật an toàn, qui trình sử dụng thiết bị đó. - Trước khi sử dụng các thiết bị trong xưởng phải kiểm tra an toàn. Tuyệt đối không được tự ý sử dụng nếu thấy không an toàn và không được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn. - Không tự ý bỏ ra ngoài gây mất trật tự, đùa nghịch đi lại lộn xộn và xả rác bừa bãi. - Cấm uống rượu, bia, hút thuốc lá, nhai kẹo cao su… Sử dụng hung khí, chất gây cháy nổ. Nghỉ học phải có giấy phép, có lý do chính đáng. Nghỉ ốm phải có giấy xác nhận của Y Bác sỹ. 4
- Tuyệt đối không tự ý đem các thiết bị, dụng cụ… ra khỏi xưởng thực hành khi chưa được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn hoặc người quản lý. - Khi ngừng thực tập hoặc mất điện phải ngắt cầu dao điện vào máy hoặc các thiết bị đang sử dụng. - Trong khi sử dụng các thiết bị, dụng cụ mới hiện đại nếu có hiện tượng khác nạ như có tiếng kêu khác thường, mất mát, hỏng hóc....phải ngừng hoạt động đồng thời báo cho giáo viên hướng hoặc người có trách nhiệm giải quyết. - Khi để xảy ra mất an toàn lao động cho người, thiết bị phải ngắt điện, cấp cứu người bị nạn (nếu có); giữ nguyên hiện trường và báo ngay cho giáo viên hướng dẫn hoặc người có trách nhiệm giải quyết; - Bảo vệ tài sản trang thiết bị trong phòng học (xưởng thực hành). Khi làm hỏng dụng cụ, trang thiết bị… tùy theo mức độ nặng nhẹ, phải bồi thường theo quy định của nhà trường. 1.1.3 Kết thúc buổi thực tập - Ngắt điện vào máy, lau sạch sẽ các trang thiết bị dụng cụ… và cho dầu mỡ vào những chỗ cần thiết của thiết bị, dụng cụ. - Vệ sinh phong học, xưởng thực hành (gồm nền nhà, bảng, bàn ghế, tường, cửa kính…) sạch sẽ; tắt đèn, quạt, khóa cửa và bàn giao xưởng cho người quản lý. 1.1.4 Yêu cầu Giảng viên, Giáo viên và Học sinh-Sinh viên phải thực hiện nghiêm túc các điều Nội quy trên. 1.2 Qui tắc về an toàn 1.2.1 An toàn về điện - Trước khi nối máy với nguồn điện cần phải kiểm tra các thiết bị, hệ thống bảo vệ. Các thiết bị dây dẫn phải chịu được dòng tối đa (dây cáp nguồn, dây cáp hàn…); - Máy phải có dây nối đất. Nếu máy nối thường xuyên với nguồn điện thì dây nối đất phải nối liên tục để tránh điện giật; - Khi máy nghỉ làm việc phải để công tắc nguồn của máy ở vị trí số 0; - Thường xuyên kiểm tra độ cách điện của các thiết bị như: Phích cắm, dây dẫn điện, đầu nối, mỏ cặp, mỏ hàn…; 5
- Không để các kim loại, vật sắc nặng chạm đè vào hệ thống dây dẫn, ống dẫn. - Trước khi tiến hành kiểm tra, bảo dưỡng, máy phải được ngắt ra khỏi nguồn điện. - Không được chạm vào các phần dẫn điện; - Không sử dụng dây cáp bị gãy, đứt, hỏng lớp cách điện, dây nhỏ hơn kích cỡ cho phép; - Máy hàn phải có đầy đủ các biển hiệu và vỏ máy. 1.2.2 An toàn với tia hồ quang, kim loại bắn tóe và tiếng ồn Trong quá trình hàn điện hồ quang sinh ra tia tử ngoại, tia hồng ngoại và những tia sáng thông thường rất mạnh. Tất cả những tia sáng đó tùy theo mức độ khác nhau nhưng điều có hại cho sức khỏe con người. Đồng thời những hạt kim loại bắn ra, những vật hàn nóng bỏng đều có thể làm cho thợ hàn bị bỏng hoặc xảy ra những vụ cháy lớn. Dô đó trong khi thao tác cần có những biện pháp an toàn sau đây: - Khi làm việc cần trang bị đầy đủ bảo hộ lao động: Mặt nạ hàn cùng với kính hàn, mũ, găng tay, dày da, quần áo bảo hộ... - Đeo kính bảo hộ đúng chủng loại quy định và nên được che hai bên mắt. - Sử dụng các tấm chắn để tránh tia sáng của hồ quang cho những người xung quanh khi nhìn vào hồ quang. - Quần áo, dầy bảo hộ và găng tay, tạp dề cần phải làm từ vật liệu bền chống cháy. - Sử dụng nút bịt tai hoặc giảm thanh nếu tiếng ồn quá lớn. - Khi đục, mài có thể làm cho các mạt, phoi kim loại văng ra bám vào người hoặc khi mối hàn nguội xỉ có thể bong bắn vào người. - Mặc quần áo bảo hộ lao động phải kín để bảo vệ da người. - Xung quanh nơi làm việc không được để những chất dễ cháy hoặc nổ, lúc làm việc ở trên cao thì phải để những tấm thép ở dưới vật hàn để tránh khi hàn bị kim loại nóng chảy nhỏ giọt xuống, làm những người ở dưới bị bỏng hoặc ngây nen hỏa hoạn. - Xung quanh nơi làm việc phải để những tấm che, trước khi mồi hàn quang phải quan sát bên cạnh để tránh những tia sáng hồ quang ảnh hưởng đến sức khỏe của những người làm việc xung quang. 6
1.2.3 An toàn về cháy nổ Trong khi hàn tia lửa điện và kim loại lỏng bắn téo ra, vật hàn nóng, thiết bị nóng là nguyên nhân gây ra cháy nổ. Do đó để đảm bảo an toàn về cháy nổ cần thực hiện đúng các yêu cầu sau: - Tránh tia lửa điện hoặc kim loại lỏng bắn vào người và các vật dụng khác. - Không được hàn ở các nơi có các vật liệu dễ cháy (thùng sơn, xốp, giấy....) - Phải di chuyển các vật liệu dễ cháy ra xa chỗ hàn ít nhất là 10 mét. Nếu không thể được thì phải dùng những tấm che phủ chúng thật chắc chắn, cẩn thật bằng các vật liệu chống cháy phù hợp. - Cần cảnh giác với tia lửa điện và kim loại nóng có thể dễ dàng lọt qua các khe nhỏ và lan rộng ra các vùng xung quanh. - Cần chú ý về hỏa hoạn có thể xảy ra, luôn luôn phải có bình cứu hỏa ở nơi làm việc. - Cần nhận thức được sự nguy hiểm khi hàn ở trên trần, sàn nhà, vách ngăn có thể bốc cháy do lửa cháy ngầm. - Không được hàn ở trong những hộp chứa kín như: trong téc, thùng chứa, bình chứa.... - Cáp điện hàn phải được nối trực tiếp với vật hàn và được tiếp xúc tốt để tránh dòng điện hàn có thể truyền ra các nơi khác gây tai nạn điện giật hoặc cháy. - Không được dùng nguồn điện hàn cho các thiết bị điện khác ngoài hàn hồ quang. - Mặc các trang bị bảo hộ lao động chống cháy như: găng tay da, quần áo vải bạt, giầy cao cổ, mũ... - Đầu cáp tiếp xúc lỏng có thể phát ra tia lửa điện và nhiệt cao. - Vặn chặt tất cả các đầu cáp nối. 1.2.4 An toàn đối với khói hàn, khí hàn Khi hàn hồ quang sinh ra khói và khí hàn. Khi ngửi hít phải các khói và khí này có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe con người. Do đó cần chú ý: 7
- Để phòng chống khói hàn tốt nhất là thông hơi nơi làm việc, trong khi làm việc cần chọn hướng ngồi xuôi theo chiều gió tránh khói hàn tạt vào mặt, thợ hàn có thể dùng kính bảo hộ cá nhân, khẩu trang... - Khi hàn giữ cho đầu người thợ ở ngoài vùng khói hàn. Không nên hít ngửi khói hàn. - Khu vực làm việc cần được thông gió dùng các thiết bị hút, lọc khí để loại bỏ khói và khí hàn. - Nếu thông gió không tốt, cần phải sử dụng bình thở theo qui định. - Đọc các văn bản về an toàn khi sử dụng các vật liệu và hướng dẫn sử dụng các vật liệu kim loại, vật tư, vệ sinh và bảo quản. - Không được hàn, cắt ở vùng dính dầu mỡ hoặc sơn. Nhiệt và các tia lửa của hồ quang có thể tác động tạo ra các hơi độc và các khí gây ra kích thích da. - Khi làm việc ở những nơi kín, chật hẹp cần được thông gió tốt hoặc phải sử dụng bình thở. 1.2.5 Các chú ý trang bị an toàn khi hàn Các nguyên nhân gây ra tai nạn cho công nhân trong quá trình hàn cắt gồm: Giật điện, nhiễm độc khói, gas, cháy nổ, bỏng do tiếp xúc với kim loại nóng, tiếp xúc với tia cực tím, tiếng ồn và một số nguyên nhân khác. Các trang bị bảo hộ là cần thiết để bảo vệ người công nhân khi hàn. Hình 2.1. Bảo hộ lao động Chất liệu bằng da luôn là các lựa chọn tốt nhất để bảo vệ công nhân khỏi các tác nhân gây cháy trong quá trình hàn. Hiện nay trong quá trình làm việc 8
công nhân hàn thường không quan tâm đến các trang bị bảo hộ nhưng các tai nạn khi xảy ra có thể gây các hậu quả nghiêm trọng do đó hãy học thói quen mang đồ bảo vệ cho mình khi tham gia vào quá trình hàn để tránh các tai nạn đáng tiếc. Câu hỏi và bài tập Câu 1: Nêu các nội qui thực tập xưởng? Câu 2: Trình bày các qui tắc an toàn? 9
Bài 2: Hàn hồ quang tay (SMAW) 2.1 Hồ quang hàn 2.1.1 Cấu tạo mối hàn và tổ chức kim loại mối hàn Tương tự như các mối nối bằng đinh tán và bu lông mối nối được thực hiện bằng hàn gọi là mối nối hàn. Mối nối hàn là mối nối liền. Trong hàn nóng chảy, mối nối hàn gồm: - Mối hàn (1). - Vùng tiệm cận mối hàn (2). - Kim loại cơ bản không bị tác dụng nhiệt trong quá trình hàn(3). Mối hàn gồm hỗn hợp kim loại điện cực (kim loại phụ) và kim loại cơ bản kết tinh tạo thành, còn tiệm cận mối hàn là vùng kim loại cơ bản bị nung nóng 100C đến nhiệt độ nóng chảy. Hình 2-1: Mối nối hàn. 1. Mối hàn. 2. Vùng tiệm cận mối hàn. 3. Kim loại cơ bản. 2.1.1.1. Sự tạo thành bể hàn Trong qúa trình hàn nóng chảy, mép kim loại hàn và kim loại phụ bị nóng chảy và tạo ra bể kim loại lỏng (bể hàn) chung cho cả hai chi tiết. I II Hình 2-2: Bể hàn và chuyển động của kim loại lỏng. 10
Trong quá trình hàn, nguồn nhiệt chuyển dời theo kẽ hàn và bể hàn cũng đồng thời chuyển động theo nó. Theo quy ước có thể chia bể hàn ra làm hai phần : Phần đầu I và phần đuôi II. - Phần đầu I: Diễn ra quá trình nấu chảy kim loại cơ bản và kim loại phụ (cực hàn). Theo độ chuyển dời của nguồn nhiệt (hồ quang, ngọn lửa khí ...)tất cả kim loại cơ bản phía trước nó bị nấu chảy. - Trong phần đuôi II: Diễn ra quá trình kết tinh hình thành mối hàn. Kim loại lỏng trong bể hạn ở trạng thái chuyển động và xáo trộn không ngừng. Sự chuyển động đó gây ra do áp suất của dòng khí lên mặt kim loại lỏng trong vùng tác dụng của nguồn nhiệt (phần đầu I). - Dưới tác dụng của khí, kim loại lỏng bị đẩy từ vùng tác dụng của nguồn nhiệt về hướng ngược với chiều chuyển động của nó và tạo nên chỗ lõm trong bể hàn. - Hình dạng của bể hàn và hình dạng của mối hàn có ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất, đặc biệt là tính chống rạn nứt của mối hàn do nhiều yếu tố như: công suất nguồn nhiệt, chế độ hàn, loại và chiều dòng điện, tính chất lý nhiệt của kim loại hàn ... Hệ số b/ Lk: là hình dạng bể hàn Lb: chiều dài bể hàn h: chiều sâu bể hàn b: chiều rộng bể hàn Lk: chiều dài phần kim loại kêt Hình 2-3: Kích thước mối hàn. - Chiều dài của bể hàn không phụ thuộc vào tốc độ hàn, mà chỉ phụ thuộc vào công suất của nguồn nhiệt. - Hệ số hình dạng bể hàn b/Lk phụ thuộc nhiều vào tốc độ hàn. Khi tốc độ hàn lớn, hệ số hình dạng k sẽ nhỏ và ngược lại khi tộc độ hàn nhỏ, hệ số hình 11
dạng sẽ lớn. Hệ số hình dạng bể hàn ảnh hưởng lớn đến quá trình kết tinh dẫn tới ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn. Khi hệ số hình dạng bể hàn lớn (bể hàn rộng) điều kiện kết tinh bể hàn tốt dẫn đến mối hàn chất lượng cao, ngược lại khi hệ số hình dạng bể hàn nhỏ (bể hàn hẹp) có thể sinh ra rạn nứt ở trục mối hàn. 2.1.1.2. Sự chuyển dịch kim loại lỏng từ que hàn vào bể hàn Nghiên cứu sự chuyển dịch kim loại khi hàn hồ quang có một ý nghĩa rất lớn. Không những đối với sự tạo hình của mối hàn mà đối vối quá trình luyện kim trong vũng hàn, trước tiên là ảnh hưởng đến thành phần và chất lượng mối hàn. Kim loại từ que hàn chuyển vào bể hàn ở dạng những giọt nhỏ có kích thước khác nhau. Khi hàn hồ quang bất cứ phương pháp nào và bất kỳ vị trí nào kim loại cũng chuyển từ que hàn vào bể hàn. Điều này được giải thích bằng những nhân tô sau: * Trọng lượng của các giọt kim loại lỏng Những giọt kim loại hình thành trong mặt đầu que hàn và dịch chuyển theo phương thẳng đứng từ trên xuống dưới. Lực này chỉ có khả năng làm chuyển dịch giọt kim loại vào bể hàn khi hàn băng (sấp) và có tác dụng ngược lại, khi hàn trần (ngửa). Còn khi hàn đứng thì chỉ một phần kim loại chuyển dịch từ trên xuống dưới. * Sức căng bề mặt Sức căng bề mặt sinh ra do tác dụng của lực phân tử. Lực phân tử luôn luôn có khuynh hướng tạo cho bề mặt một năng lượng nhỏ nhất. Vì vậy, sức căng bề mặt tạo nên những giọt kim loại lỏng có dạng hình cầu. Những giọt hình cầu này chỉ mất đi khi chúng rơi vào bể hàn và bị sức căng bề mặt của vũng hàn kéo vào thành dạng chung của bể hàn. Sức căng bề mặt tạo điều kiện giữ cho kim loại lỏng của bể hàn khi hàn trần không rơi và để hình thành mối hàn. * Lực từ trường Dòng điện đi qua que hàn và sinh ra xung quanh nó một điện trường ép lên que hàn, có tác dụng làm giảm mặt cắt ngang của que hàn đến không. Lực cắt này cắt kim loại lỏng ở đầu que hàn thành những giọt. Do sức căng bề mặt và cường độ điện trường, ở ranh giới nóng chảy của que hàn bị thắt lại. Mặt cắt ngang giảm xuống mật độ dòng điện tăng lên, mặt khác ở đây dòng điện cao và nhiệt sinh ra khá lớn và kim loại lỏng đạt đến trạng thái sôi, tạo ra áp lực đẩy hạt kim loại loại chảy vào bể hàn đối với tất cả các vị trí hàn. Cường độ điện trường trên bề mặt bể hàn không lớn bởi vì mật độ của dòng điện nhỏ. Mật độ của dòng điện giảm dần từ que hàn đến vật hàn, nên không bao giờ có hiện tượng kim loại lỏng chuyển từ vật hàn vào que hàn được. 12
Hình 2 -4: Tác dụng của lực từ trường lên điện cực * Áp lực khí Do nhiệt độ của hồ quang cao, nên kim loại lỏng đầu điện cực bị quá nhiệt, các phản ứng hoá học xảy ra trong đó rất mãnh liệt và sinh ra nhiều khí tạo ra một áp lực đẩy các giọt kim loại đich chuyển theo trục điện cực vào vũng hàn. Trên đoạn đường đi, vì các phản ứng hoá học tiếp tục xảy ra, đồng thời giọt kim loại vẫn chịu tác dụng của lực từ trường nên các giọt kim loại tiếp tục phân chia thành các giọt nhỏ và đẩy nhanh chóng vào vũng hàn. 2.1.1.3. Tổ chức kim loại mối hàn Sau khi hàn, kim loại lỏng ở bể hàn (gồm kim loại que hàn và mộ phần kim loại vật hàn) sẽ nguội và kết tinh tạo thành mối hàn. Vùng kim loại vật hàn quanh mối hàn do ảnh hưởng của tác dụng nhiệt nên có sự thay đổi tổ chức tính chất của nó gọi là vùng ảnh hưởng nhiệt . Nghiên cứu mối hàn bằng thép ít các bon qua kính hiển vi, ta thấy có nhiều phần riêng có tổ chức khác nhau sau đây: 13
Hình 2-5: Sơ đồ kết tinh của kim loại mối hàn * Vùng mối hàn Trong vùng này, kim loại nóng chảy hoàn toàn thành phần và tổ chức kim loại que hàn và vật hàn. Khi nguội tổ chức như mội thỏi đúc. - Vùng sát vời kim loại cơ bản do tản nhiệt nhanh, tốc độ nguội lớn nên hạt nhỏ. - Vùng tiếp theo kim loại sẽ kết tinh theo hướng thẳng góc với mặt tản nhiệt tạo nên dạng nhánh dây kéo dài. - Vùng chung tâm do nguội chậm nên hạt lớn và có lẫn chất phi kim loại. * Vùng ảnh hưởng nhiệt Sự tạo thành vùng ảnh hưởng nhiệt là điều tất nhiên trong qúa trình hàn nóng chảy chiều rộng của vùng ảnh hưởng nhiệt phụ thuộc vào phương pháp và chế độ hàn, thành phần và chiều dầy của kim loại hàn. - Nếu nguồn nhiệt tập trung, tốc độ hàn lớn, chiều rộng ảnh hưởng nhiệt sẽ hẹp. - Ngược lại thì vùng ảnh hưởng nhiệt sẽ rộng. Có thể chia vùng ảnh hưởng nhiệt như sau: 14
Hình 2-6: Tổ chức của vùng ảnh hưởng nhiệt khi hàn thép các bon - Viền cháy 1 Kim loại cơ bản vùng này bị nung nóng đến nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ chảy và ở trạng thái rắn lỏng. Thực chất quá trình hàn đã được thực hiện và gồm những hạt kim loại chưa nóng chảy hoàn toàn. Vùng này hạt kim loại nhỏ và có cơ tính mối hàn tốt. - Vùng quá nhiệt 2. Là vùng kim loại cơ bản bị nung nóng từ 11000C đến gần nhiệt độ 15000C. Do bị quá nhiệt nên hạt Ostenít bắt đầu phát triển mạnh, vùng này hạt kim loại lớn có độ dai va chạm và tính dẻo kém là vùng yếu nhất của vật hàn. - Vùng thường hoá 3 Là vùng kim loại bị nung nóng từ 900011000C tổ chức gồm những hạt Ferít nhỏ và một số hạt Peclít nên cơ tính rất cao, cao hơn cả kim loại cơ bản và đây - Vùng kết tinh lại không hoàn toàn 4 Vùng này kim loại bị nung nóng từ 72009200C. Kim loại vùng này chỉ bị kết tinh lại một phần, nên tổ chức gồm những kim loại chưa bị thay đổi trong quá trình nung nóng.Có những tinh thể được tạo nên trong quá trình kết tinh lại. Gồm các hạt Ferít và Ostenít nhỏ, nên cơ tính vùng này giảm. 15
* Vùng kết tinh lại 5. (Còn gọi là vùng hoá già). Kim loại vùng này bị nung nóng từ 50007000C. Trong vùng này diễn ra quá trình kết hợp những hạt tinh thể nát vụn với nhau trong trạng thái biến dạng dẻo Trong quá trình kết tinh lại phát sinh những tinh thể mới (nếu giữ ở nhiệt độ quá lâu sẽ không sinh ra những tinh thể mới). Với những kim loại không có biến dạng dẻo (như hợp kim đúc) sẽ không xảy ra quá trình kết tinh lại. Vùng này có độ cứng giảm tính dẻo tăng. - Vùng giòn xanh 6. Là vùng kim loại bị nung nóng ở 1000  5000C. Vùng này không có những thay đổi về tổ chức ơ nhiệt độ 4000  5000C ôxy và nitơ có khả năng xâm nhập vào mối hàn. Do ảnh hưởng nhiệt nên vùng này tồn tại ứng suất dư. 2.1.2 Kích thước thẳng của khu vực ảnh hưởng nhiệt Khu vực ảnh hưởng nhiệt càng nhỏ thì nội ứng suất sinh ra càng lớn nguy cơ xảy ra nứt càng nhiều, ảnh hưởng nhiệt càng lớn thì nguy cơ làm biến dạng và cong vênh vật hàn càng nhiều. Mặt khác cơ tính của kim loại trong vùng ảnh hưởng nhiệt thấp hơn cơ tính vật hàn (trừ vùng hoá già ). Chính vì vậy trong điều kiện cho phép phải hạn chế kích thước khu vực ảnh hưởng nhiệt. Đồng thời phải có những biện pháp ngăn ngừa nội ứng suất. Kích thước khu vực ảnh hưởng nhiệt phụ thuộc vào phương pháp hàn, chế độ hàn, vận tốc hàn cũng như kim loại mối hàn. Kích thước khu vực ảnh hưởng nhiệt phụ thuộc vào phương pháp hàn. Kích thước trung bình của các vùng Chiều dài Phương pháp hàn (mm) của khu vực Quá nhiệt Thường Kết tinh lại ảnh hưởng hoá không hoàn nhiệt. toàn Que hàn trần 1,2 1,6 0,7 2,5 Que hàn thuốc bọc dầy. 2,2 1,6 2,2 6,0 Hàn khí 21,0 4,0 2,0 27,0 Hàn tự động 0,81,2 0,81,7 0,7 2,5 Nếu tăng Ih hoặc chọn mỏ hàn khí lớn thì khu vực ảnh hưởng nhiệt tăng. Nếu tăng vận tốc hàn thì vùng ảnh hưởng nhiệt giảm. Chính vì vậy khi hàn bán tự động có Ih rất lớn tốc độ hàn nhanh nên vùng ảnh hưởng nhiệt không lớn hơn khi hàn hồ quang bằng que hàn trần, đôi khi không có vùng quá nhiệt bởi vì thời gian nhiệt độ cao rất ngắn nên vùng kim loại nằm gần kim loại chảy là Ostenít 16
không kịp lớn lên nhiều. Kim loại có tính dẫn nhiệt càng lớn thì khu vực ảnh hưởng nhiệt càng nhỏ 2.1.3 Hồ quang điện 2.1.3.1. Khái niệm về hồ quang điện Nguồn nhiệt để hàn điện nóng chảy có nhiều loại khác nhau. Do đó có nhiều phương pháp hàn khác nhau. Trong các nguồn nhiệt đó hồ quang điện là nguồn nhiệt chủ yếu mà hiện nay được sử dụng rộng rãi nhất. Khi ta hàn đầu tiên cho que hàn tiếp xúc với vật hàn để sinh ra chập mạch do điện trở tiếp xúc và dòng điện chập mạch sinh ra nhiệt độ cao làm cho điểm tiếp xúc giữa hai điện cực lên đến trạng thái nóng chảy, sau đó nhanh chóng nâng ngay que hàn nên cách vật hàn một ít, lúc này không khí giữa hai đầu que hàn với vật hàn biến thành thể khí dẫn điện, sinh ra nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh gọi là hồ quang. Vậy hồ quang điện là sự phóng điện mạnh và liên tục ở áp suất khí quyển, trong môi trường khí giữa hai điện cực. Đặc điểm của hồ quang điện:- Ánh sáng mạnh. - Sinh nhiệt lớn. Nhiệt của hồ quang hàn dùng để làm nóng chảy kim loại chính và kim loại phụ theo dạng tác động trực tiếp, gián tiếp hay hỗn hợp. - Hồ quang tác động trực tiếp được tạo ra giữa kim loại hay điện cực hay vật hàn. - Hồ quang tác động gián tiếp đốt nóng giữa hai điện cực bố trí với nhau dưới một góc độ nhất định. - Tác động liên hợp là tập hợp tác động trực tiếp và tác động gián tiếp nghĩa là khi hồ quang bị đốt nóng giữa các điện cực cũng như giữa các điện cực và vật hàn (hàn bằng dòng 3 pha). Sự phân bố về nhiệt độ và nhiệt lượng của hồ quang hàn có 3 vùng cơ bản. Hình 2-7: Cấu tạo của hồ quang. 1. Khu vực cực âm (catôt). 2. Cột hồ quang. 3. Khu vực cực dương (anốt). 17
Trong hồ quang cực các bon dòng một chiều, vùng cực âm có nhiệt độ lên đến 25000 32000C, nhiệt lượng phóng ra là 38% của tổng nhiệt hồ quang. Nhiệt độ ỏ khu vực cực dương (anốt) từ 25000  40000C, nhiệt lượng phóng ra 42% tổng nhiệt lượng hồ quang. Cột hồ quang nằm giữa vùng anốt và catốt nhiệt độ đạt đến 60000C  70000C, nhưng ngược lại ở xung quanh cột hồ quang thì lại rất thấp, nhiệt lượng phóng ra là 20% tổn thất nhiệt lượng hồ quang. Hồ quang cực kim loại thì không nhất thiết như vậy, bởi vì, nó có tính năng của que hàn, cường độ dòng điện... và nhiều nhân tố khác quyết định. Khi dùng hồ quang xoay chiều để hàn, nhiệt độ và nhiệt lượng phân bố trên que hàn và vật hàn căn bản là giống nhau. 2.1.3.2. Các phương pháp gây hồ quang và duy trì hồ quang * Khái niệm: Trong thực tế, gây hồ quang bằng cách cho que hàn chạm rất nhanh vào bề mặt vật hàn theo phương vuông góc với bề mặt vật hàn khoảng 1/10 giây sau đó nhấc que hàn lên khỏi bề mặt vật hàn khoảng 1,5  5(mm) thì hồ quang được hình thành. Quá trình hình thành hồ quang chỉ xảy ra trong một thời gian ngắn, nhưng có thể chia quá trình đó ra làm 4 giai đoạn sau: Do bề mặt của que hàn và vật hàn không phẳng một cách tuyệt đối nên ở thời điểm đầu, chúng lúc ngắn mạch chúng chỉ tiếp xúc với nhau tại những chỗ nhấp nhô chứ không phải trên toàn bộ diện tích tiết diện ngang của que hàn (hình2-8a). Vì mật độ dòng điện ở những chỗ đó tăng lên rất cao và sinh ra một lượng nhiệt rất lớn làm kim loại chảy nhanh, điền đầy toàn bộ khoảng không gian giữa hai cực (hình2-8b). a b a)b) c)d) c d Hình 2-8: Sơ đồ biểu diễn sự xuất hiện của hồ quang giữa điện cực kim loại và kim loại cơ bản. Khi nhấc que hàn lên khỏi bề mặt vật hàn, do tác dụng của lực từ trường cột kim loại bị kéo dài ra và tiết diện ngang của nó giảm xuống (Hình 2-8c) làm cho mật độ dòng điện tăng lên. Tại chỗ thắt ấy kim loại nhanh chóng đạt đến 18
nhiệt độ sôi và bay hơi. Ở thời điểm cột kim loại lỏng bị đứt ra chuyển vào vùng hàn thì hồ quang được hình thành (Hình 2-8d). - Sở dĩ hồ quang được hình thành là vì lúc ấy xẩy ra hiện tượng phát xạ nhiệt điện từ bề mặt Catốt tạo điều kiện cho hiện tượng tự phát xạ tăng lên, làm tăng thêm tính dẫn điện của hồ quang. Dòng điện sự gia tăng do số lượng hạt điện tích trong khoảng không gian hồ quang, còn điện áp giảm xuống đến một trị số không đổi nào đó thì hồ quang bắt đầu cháy ổn định. Một đặc điểm khác cần chú ý là sự giảm điện áp trên các phần khác nhau của cột hồ quang không giống nhau.Trong 3 vùng khác nhau của hồ quang thì Catốt có ý nghĩa quan trọng nhất đối với quá trình hàn vì catôt là nguồn nhiệt chủ yếu vì: - Khối lượng của ion dương lớn hơn nhiều so vơi khối lượng của điện tử, nhưng tốc độ của nó nhỏ hơn nhiều so với tốc độ chuyển động của điện tử, nên ở vùng gần catốt nồng độ thể tích của các ion dương lớn hơn rất nhiều nồng độ thể tích của các điện tử. - Chiều dài của vùng catốt ở vùng áp suất bình thường từ 105(cm). - Điện áp rơi của vùng gần catốt có thể xem như gần bằng điện thế ion hoá của các khu vực trong này.Vậy môi trường hồ quang là hỗn hợp chủ yếu các điện tử và các ion dương, ngoài ra còn có các ion âm và nguyên tử trung hoà . Tính dẫn điện của cột hồ quang được xác định bởi điện áp rơi trên nó. Uc=Uh-(Ua+Uk). Trong đó : Uc là điện áp rơi trên cột hồ quang . Uh điện áp rơi trên toàn bộ chiều dài hồ quang . Ua và Uk điện áp rơi trên anốt và catốt. Mặc dù các điện tử có khối lượng rất nhỏ, nhưng lại có tốc độ lớn hơn rất nhiều so với các ion, nên dòng điện trong cột hồ quang cũng được xem như dòng điện từ. - Nhiệt độ của cột hồ quang phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như cường độ dòng điện hàn, điện thế ion hoá hiệu dụng cực hàn ... Và nó quyết định mọi quá trình lý hoá xảy ra trong cột hồ quang. Tuy nhiên trong thực tế có hai cách gây hồ quang: a. Phương pháp mồi hồ quang ma sát Phương pháp này gần giống như đánh diêm (hình2-10b). Cho que hàn đi chuyển mạnh trên mặt vật hàn ta có thể mồi cho hồ quang cháy, nhân lúc que hàn chưa nóng chảy nhiều, lập tức phải giữ cho khoảng cách từ đầu que hàn với bề mặt vật hàn từ 2 4mm, lúc đó thì hồ quang cháy ổn định. 19