Hàn Hồ Quang

Chia sẻ: 2 2 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:169

Thêm vào BST

Báo xấu

90
lượt xem 23
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trạng thái hàn có thể là trạng thái lỏng, dẻo thậm chí là trạng thái nguội bình thường. ∗ Khi hàn nếu kim loại đạt tới trạng thái lỏng, thì trong phần lớn các trường hợp, mối hàn tự hình thành mà không cần lực ép, việc tạo ra mối hàn có hình dáng và kích thước cho trước có thể cần hoặc không cần kim loại bổ xung. (thông qua vật liệu hàn). Giới thiệu hàn hồ quang - VTH/Apave 1 .∗ Nếu kim loại chỗ cần nối khi hàn có nhiệt độ thấp, hoặc chỉ đạt tới trạng thái dẻo thì...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Hàn Hồ Quang

PHẦN I GIỚI THIỆU HÀN HỒ QUANG 1 THỰC CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM HÀN HỒ QUANG 1.1 Thực chất Hàn là phương pháp nối các phần tử thành một mối liên kết không thể tháo rời được bằng cách nung nóng chỗ nối tới trạng thái chảy lỏng hoặc dẻo. Khi hàn ở trạng thái chảy thì chỗ nối của vật hàn nóng chảy ra cùng với kim loại hàn, sau đó kết tinh và đông đặc lại cho ta mối hàn. Ở trạng thái dẻo thì chỗ nối của vật hàn được nung nóng tới trạng thái dẻo, khi đó khả năng để đảm bảo được mối hàn bền chắc chưa được nên phải tác dụng lên chỗ đó một ngoại lực. Hàn hồ quang - Là quá trình sử dụng nhiệt của hồ quang để làm nóng chảy kim loại phụ (que hàn, dây hàn… ) và kim loại gốc. Trong quá trình hàn hồ quang bao gồm các chuyển động như gây hồ quang, dịch chuyển hồ quang, dịch chuyển bằng tay. Một hoặc nhiều mối hàn có thể tạo thành một kết cấu hàn. Kết cấu hàn có thể là một sản phẩm hoàn chỉnh cũng có thể là một bộ phận. Chú ý : ∗ Trạng thái hàn có thể là trạng thái lỏng, dẻo thậm chí là trạng thái nguội bình thường. ∗ Khi hàn nếu kim loại đạt tới trạng thái lỏng, thì trong phần lớn các trường hợp, mối hàn tự hình thành mà không cần lực ép, việc tạo ra mối hàn có hình dáng và kích thước cho trước có thể cần hoặc không cần kim loại bổ xung. (thông qua vật liệu hàn). Giới thiệu hàn hồ quang - VTH/Apave 1
∗ Nếu kim loại chỗ cần nối khi hàn có nhiệt độ thấp, hoặc chỉ đạt tới trạng thái dẻo thì để đạt được mối hàn cần có ngoại lực tác động. ∗ Về bản chất thì hàn đắp, hàn vảy và dán kim loại cũng tương tự như hàn. Do đó trong kỹ thuật nó cũng được coi như là lĩnh vực riêng của hàn. 1.2 Đặc điểm Liên kết hàn không tháo rời được bởi tính đặc trưng liên tục và nguyên khối, đó là dạng liên kết cứng và bền. Với khả năng làm việc, so với các phương pháp nối ghép khác như tán đinh, bu lông…thì kết cấu hàn cho phép tiết kiệm từ 10 - 20% khối lượng kim loại. Hình dáng của chi tiết cân đối hơn do không phải đột lỗ khoan hay tán đinh. So với phương pháp đúc thì phương pháp hàn tiết kiệm 50% khối lượng công việc vì hàn không cần hệ thống đốt và khuôn, giảm được thời gian và giá thành. Hàn cho phép chế tạo các kết cấu phức tạp, và có thể liên kết được các kim loại có tính chất khác nhau. Vd: Kim loại đen với kim loại đen Kim loại màu với kim loại màu Kim loại màu với kim loại đen Ngoài ra còn hàn nối được các kim loại có tính chất khác nhau nhưng phụ thuộc vào que hàn, máy hàn và môi trường khí bảo vệ. Hàn tạo ra liên kết có độ bền cao, độ kín cao đáp ứng được các yêu cầu công việc của các kết cấu quan trọng như: Bình bồn áp lực, tàu thuyền… Hàn có tính linh động và năng suất cao so với các phương pháp gia công khác, dễ cơ khí hóa và tự động hóa quá trình sản xuất. ∗ Giảm được tiếng ồn và mức độ đầu tư cho hàn không cao. ∗ Thiết bị hàn tương đối đơn giản và dễ chế tạo. Giới thiệu hàn hồ quang - VTH/Apave 2
∗ Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín do kim loại mối hàn tốt hơn kim loại vật hàn, nên chịu tải trọng tĩnh tốt, mối hàn chịu được áp suất cao. 1.3 Ưu nhược điểm của phương pháp hàn Ưu điểm. ∗ Phương pháp hàn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chế tạo mới và tu sửa như đóng tàu, cầu phà, bình bồn, nhà xưởng… ∗ Nói chung những bộ phận máy có hình dáng phức tạp phải chịu lực tương đối lớn, có chiều dày nhỏ đều được gia công chế tạo bằng phương pháp hàn. Nhược điểm ∗ Dễ tạo ra biến dạng kim loại, có thể làm thay đổi tính chất kim loại, làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu và là nghề được xếp vào nghề độc hại. ∗ Trong kết cấu hàn thường tồn tại trạng thái ứng xuất dư và biến dạng dư, tạo ra ứng suất mỏi của sản phẩm trong quá trình sử dụng. 2 PHÂN LOẠI PHƯƠNG PHÁP HÀN PHƯƠNG PHÁP HÀN CÓ THỂ ĐƯỢC CHIA THEO CÁC CÁCH SAU. 2.1 CĂN CỨ THEO DẠNG NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG Các phương pháp hàn dùng điện năng Bao gồm các phương pháp dùng điện năng biến thành nhiệt năng để cung cấp nhiệt cho quá trình hàn. Hàn hồ quang Hàn điện trở Hàn điện xỉ Hàn tia điện tử Giới thiệu hàn hồ quang - VTH/Apave 3
Các phương pháp hàn cơ năng Bao gồm các phương pháp sử dụng cơ năng để làm biến dạng kim loại tại khu vực cần hàn và tạo ra liên kết hàn. Hàn ma sát Hàn áp lực Các phương pháp hàn hóa năng Bao gồm các phương pháp sử dụng các phản ứng hóa học tạo ra để nung nóng kim loại mối hàn. Hàn khí Hàn nhiệt nhôm Hàn nổ Các phương pháp hàn chùm hạt năng lượng cao Bao gồm các phương pháp hàn dùng các tia điện tử có năng lượng cao đốt chảy kim loại cục bộ để tạo liên kết hàn. Hàn tia laser Phương pháp hàn bằng năng lượng sóng siêu âm Hàn siêu âm 2.2 CĂN CỨ VÀO TRẠNG THÁI CỦA KIM LOẠI MỐI HÀN Ở TẠI THỜI ĐIỂM HÀN. Nhóm hàn nóng chảy Trong nhóm hàn nóng chảy còn được chia ra thành các phương pháp hàn như: Các phương pháp hàn khí nhiên liệu Phương pháp hàn nhiệt nhôm Phương pháp hàn điện xỉ Phương pháp hàn tia điện tử Phương pháp hàn tia laser Các phương pháp hàn hồ quang Nhóm hàn áp lực Giới thiệu hàn hồ quang - VTH/Apave 4
Phương pháp này chỉ thích hợp với các loại kim loại khi biến thành thể lỏng phải qua thể nhão (dẻo), những kim loại khác như Gang thì không thể áp dụng hàn ở phương pháp này được vì không có thể dẻo. Trong nhóm này cũng được chia ra các phương pháp hàn khác như: Phương pháp hàn áp lực khí Phương pháp hàn điện trở Phương pháp hàn rèn Phương pháp hàn siêu âm Phương pháp hàn ma sát Phương pháp hàn áp lực nguội Phương pháp hàn nổ Giới thiệu hàn hồ quang - VTH/Apave 5
PHẦN VI HÀN HỒ QUANG NÓNG CHẢY TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ BẢO VỆ 1 GIỚI THIỆU 1.1 THỰC CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM Phương pháp hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ được đưa vào sử dụng từ năm 1948, mặc dù nguyên lý của các phát kiến của chúng được tìm ra từ những năm 1920. Từ đó đến nay phương pháp này có nhiều cải tiến, một trong những cải tiến quan trọng là dùng khí CO2 để bảo vệ vùng hàn khi hàn thép thường. Và có tên tiếng Anh là GMAW (Gas Metal Arc Welding). Khí bảo vệ có thể là khí trơ không tác dụng với kim loại lỏng khi hàn hoặc là các loại khí hoạt tính có tác dụng chiếm chỗ đẩy không khí ra khỏi vùng hàn và hạn chế tác dụng xấu của nó. Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí trơ (Ar, He,…) gọi là phương pháp hàn MIG (Metal Inert Gas), thường được sử dụng để hàn kim loại màu và hợp kim. Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí hoạt tính (CO2, CO2 + O2,…) gọi là phương pháp hàn MAG (Metal Active Gas), thường được sử dụng rộng rãi để hàn kim loại thép carbon và thép hợp kim thấp trong công nghiệp. 1.2 ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN GMAW Phương pháp hàn GMAW chiếm được một vị trí rất quan trọng trong nền công nghiệp hiện đại, nó không những có thể hàn các loại thép kết cấu thông thường, mà còn hàn các loại thép không rỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nóng, hợp kim đặc biệt, nhôm, đồng, mangan và các hợp kim của chúng…. Phương pháp hàn GMAW dễ sử dụng và mang tính hiệu quả kinh tế cao trong sản xuất công nghiệp 1.3 ƯU ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN GMAW Hàn GMAW có thể được thực hiện bán tự động hoặc tự động, ngày nay chúng được sử dụng rộng rãi cho các công việc hàn nhờ các ưu điểm: Năng suất cao Giá thành thấp Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave 1
Năng lượng hàn ít, ít biến dạng nhiệt Hàn được hầu hết các kim loại Dễ tự động hoá. 1.4 NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN GMAW Thiết bị hàn GMAW được chế tạo tinh vi phức tạp rất đắt tiền do đó cần phải có sự giữ gìn và bảo dưỡng. Nếu khí gas không đảm bảo độ tinh khiết, mối hàn sẽ bị lẫn xỉ và rỗ khí, chất lượng mối hàn không tốt. Trong quá trình hàn cần có sự che chắn đảm bảo cho khu vực hàn không bị gió lùa hoặc thổi tạt Khó khăn hơn khi phải làm việc ở những vị trí trên cao 2 NGUYÊN TẮC CƠ BẢN 2.1 CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN Hàn GMAW là quá trình hàn nóng chảy trong đó nguồn nhiệt hàn được cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa điện cực nóng chảy (dây hàn) được cấp liên tục và vật hàn. Khí bảo vệ được lấy từ bên ngoài do bộ cấp khí và không sử dụng áp lực, khí bảo vệ có thể là khí trơ hoặc khí có tính khử. Sự cháy của hồ quang được duy trì tự động nhờ các hiệu chỉnh đặc tính điện của hồ quang, chiều dài hồ quang và dòng điện hàn được duy trì tự động trong khi tốc độ và góc độ súng hàn được duy trì bởi thợ hàn. Bộ phận quan trọng kiểm soát quá trình hàn là: Súng hàn và cáp điều khiển Thiết bị cấp dây Nguồn hàn 1. Nguồn hàn 2. Mô tơ cấp dây 3. Cuộn dây hàn 4. Van khí 5. Khí bảo vệ 6. Dây dẫn khí 7. Súng hàn 8. Cáp điều khiển 9. Cáp nối kẹp mát 10. Vật liệu hàn cơ bản Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave 2
Hình 1. Thiết bị phương pháp hàn GMAW cơ bản 2.2 CÁC ĐẶC TÍNH Đặc tính tốt nhất của phương pháp hàn GMAW được mô tả bởi 4 kiểu chuyển dịch cơ bản. Chuyển dịch phun Chuyển dịch cầu Chuyển dịch ngắn mạch Chuyển dịch xung Chuyển dịch phun và chuyển dịch cầu là đặc trưng của quá trình hàn với năng lượng hàn tương đối cao. Chuyển dịch phun có được, khi dùng dây hàn có đường kính tương đối nhỏ, cả hai chuyển dịch cầu và chuyển dịch phun chỉ giới hạn áp dụng khi hàn ở vị trí phẳng hoặc ngang và với bề dày kim loại lớn hơn 3mm (1/8in) Chuyển dịch xung đặc trưng bởi năng lượng hàn tương đối thấp. Chuyển dịch ngắn mạch có năng lượng hàn thấp nhất thích hợp cho những ứng dụng trên kim loại có bề dày nhỏ hơn 3mm (1/8 in). Các nhân tố xác định loại chuyển dịch. Mật độ dòng điện Kích thước dây điện cực hàn Dòng điện Loại khí bảo vệ Điện áp hồ quang 2.3 CHUYỂN DỊCH DẠNG PHUN (SPRAY TRANSFER) Chỉ xảy ra khi khí bảo vệ có hơn 80% Argon. Trong kiểu chuyển dịch này các giọt kim loại có kích cỡ bằng hoặc nhỏ hơn đường kính dây điện cực. Các giọt kim loại được định hướng theo trục hồ quang, hồ quang cháy êm và ổn định, kết quả là hàn ít văng toé hơn, bề mặt mối hàn mịn. Năng lượng hồ quang dạng Plasma trải đều trong vùng không gian hình côn giúp cho biên đường hàn trở nên sạch sẽ, xong cũng dễ gây ra các khuyết tật do thiếu chảy trên đường biên hàn. Độ ngấu trong kiểu chuyển dịch này sâu hơn với khi hàn bằng que, song lại thấp hơn chuyển dịch cầu có năng lượng hàn cao hơn. Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave 3
Kiểu chuyển dịch phun được hình thành ở mức dòng điện nhỏ nhất cho từng loại đường kính dây hàn (mật độ dòng). Ở mức dòng này thông thường được giới hạn “ mức chuyển tiếp dòng”. Mối hàn định rõ sự chuyển tiếp dòng chỉ khi cùng với khí bảo vệ trên 80% là Argon. Ở mức dòng thấp hơn sự chuyển tiếp dòng thì kích thước các hạt kim loại tăng lên [có đường kính lớn hơn đường kính điện cực]. Đặc tính hồ quang hầu hết thay đổi trong giới hạn làm việc này. KHÍ BẢO VỆ ∗ Có thể hỗn hợp như sau: 95% Ar, 5% ô xy 98% Ar, 2% ô xy 99% Ar, 1% ô xy Argon có tính chất khí trơ. Không kết hợp với vật liệu. Ngăn chặn các khí tích cực khác tiếp cận mối hàn Giới hạn kích thước giọt kim loại. Oxy. Mở rộng độ ngấu. Cải tiến đường hàn. Giảm khả năng cháy chân. ∗ Dòng lớn hơn và dây hàn lớn hơn ∗ Quá trình hàn bằng và ngang Với dây hàn đường kính nhỏ có thể sử dụng ở mọi tư thế 2.4 CHUYỂN DỊCH CẦU (GLOBULAR TRANSFER) Với khí bảo vệ có CO2 hoặc helium Trong kiểu chuyển dịch này kim loại chuyển dịch từ điện cực sang vũng hàn dưới dạng các giọt cầu có kích cỡ không đều và định hướng ngẫu nhiên, kết quả là lượng văng toé tăng lên đáng kể. Khi hàn với khí CO2 thì có thể giảm sự văng toé bằng cách hiệu chỉnh thông số hàn sao cho đầu dây hàn nhúng chìm vào trong vũng hàn và hồ quang cháy trong lỗ hổng nằm trong vũng hàn. Khí dùng khí trộn có nhiều Helium, mối hàn trở nên rộng cùng với chiều sâu ngấu chảy giống như Argon, nhưng tiết diện tròn trịa hơn. Đặc trưng của hồ quang này là đường hàn mấp mô hơn so với các loại chuyển dịch khác, bởi vì hồ quang nhúng chìm vào bể hàn, hiệu quả làm sạch biên mối hàn kém. Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave 4
∗ Giọt kim loại có kích thước bằng 1.5 đến 2 lần đường kính điện cực hàn Thường sử dụng khí bảo vệ là khí CO2. ∗ Tạo độ ngấu rộng và sâu. ∗ Nếu thêm Argon nó sẽ cải thiện sự ổn định hồ quang. Chỉ giới hạn cho các tư thế hàn bằng và hàn ngang 2.5 CHUYỂN DỊCH NGẮN MẠCH Trong kiểu chuyển dịch ngắn mạch, năng lượng có trị số thấp, tất cả kim loại chuyển dịch xảy ra khi dây hàn tiếp xúc vào vũng nóng chảy của vật hàn. Trong kiểu chuyển dịch kim loại này, đặc tính nguồn hàn điều khiển mối quan hệ giữa sự thiết lập gián đoạn của hồ quang và ngắn mạch của dây hàn tới vât hàn. Từ đó nhiệt lượng thấp, độ ngấu của mối hàn rất nông và cần phải chú ý khi thực hiện cùng với kỹ thuật đảm bảo tốt đối với chi tiết dày. Tuy nhiên, đặc tính cho phép hàn ở mọi vị trí. Chuyển dịch ngắn mạch có đặc thù thích ứng khi hàn với các chi tiết mỏng. Ứng dụng hàn: Thép các bon vừa và thấp. Thép hợp kim thấp có sức bền cao. Một vài loại thép không rỉ Que hàn được đưa liên tục chạm vào kim loại cơ bản, tạo ra ngắn mạch. Điều đó làm cho dây hàn bị nổ, tạo ra hồ quang mới. Dù vậy, vì dây hàn được cấp có điện áp cao, dây hàn lại tiếp tục chạm vào kim loại cơ bản và chu trình lặp lại. Chu trình lặp lại quá nhanh để có thể nhận thấy bằng mắt thường. Thông thường sử dụng khí bảo vệ là 100% khí CO2 Có thể trộn thêm khí Argon Có thể trộn 75% Argon và 25% CO2 Nó sẽ tạo ra hồ quang ổn định hơn Hàn ngắn mạch sử dụng que hàn có đường kính nhỏ hơn và vì vậy dòng điện và điện áp cũng thấp hơn. Có thể sử dụng ở tất cả các tư thế hàn. Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave 5
2.6 CÁC MỨC BIẾN ĐỔI Trong tổng cộng 3 phương pháp cơ bản của chuyển dịch kim loại biểu thị đặc điểm của phương pháp hàn GMAW, còn có những biến đổi khác quan trọng. CHUYỂN DỊCH DÒNG XUNG ∗ Chuyển dịch dòng xung là phương pháp hàn GMAW có thể áp dụng ở mọi tư thế hàn với mức năng lượng lớn hơn so với chuyển dịch ngắn mạch. Trong thay đổi này, nguồn hàn cung cấp hai mức dòng: Mức không thay đổi (giá trị nền) có cường độ thấp đến mức không gây ra bất kỳ chuyển động kim loại nào; và dòng (đỉnh xung), ở khoảng trên dòng giá trị nền điều chỉnh được các khoảng . Sự kết hợp của kết quả hai dòng hồ quang đều đặn (dòng nền) cùng với điều khiển chuyển dịch của kim loại mối hàn trong dạng phun tạo ra chuyển dịch xung (dòng xung đỉnh). ∗ Kỹ thuật thao tác tốt rất quan trọng mục đích tránh các hiện tượng thiếu chảy khi hàn các vật dày, nhưng cũng ít nghiêm trọng hơn khi hàn với chế độ chuyển dịch ngắn mạch. 3 TRANG THIẾT BỊ Phương pháp hàn GMAW có thể được thực hiện tự động hoặc bán tự động, trang thiết bị cơ bản đối với bất kỳ hệ thống hàn GMAW nào cũng bao gồm như sau: ∗ Súng hàn ∗ Mô tơ cấp dây và các thiết bị kết hợp hoặc các bánh xe cuộn ∗ Bộ điều khiển ∗ Nguồn hàn ∗ Van giảm áp và chỉnh lưu lượng khí ∗ Các trang thiết bị cho dây điện cực ∗ Cáp điện và các đường dẫn khí bảo vệ THIẾT BỊ HÀN BÁN TỰ ĐỘNG 3.1 SÚNG HÀN VÀ CÁC TRANG THIẾT BỊ Súng hàn (hình 2) dùng để cung cấp dây hàn và khí bảo vệ vào trong vùng mối hàn và truyền nguồn điện tới dây hàn. Các loại súng hàn khác nhau được thiết kế nhằm cung cấp hiệu quả tối đa cho công việc hàn. Chúng bao gồm súng hàn công suất cao, loại năng suất cao, loại nhẹ dùng để hàn mọi vị trí, loại thiết kế đặc biệt cho các mối hàn đặc biệt. Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave 6
Có loại được làm nguội bằng nước, loại làm nguội bằng gió, loại mỏ thẳng, loại mỏ cong. Loại súng làm mát bằng khí được giới hạn sử dụng tới 600 A cùng với chu kỳ ngắn lại. Khi hàn trên các dây truyền công nghệ thường được sử dụng súng hàn làm mát bằng nước. Súng hàn hồ quang bao gồm các chi tiết sau: ∗ Contact tip (đầu tiếp xúc) ∗ Ống phun khí ∗ Ống dẫn dây điện cực ∗ Ống dẫn khí bảo vệ ∗ Ống dẫn nước làm nguội (đối với loại súng làm nguội bằng nước) ∗ Dây dẫn điện hàn ∗ Công tắc điều khiển. 1. Ống phun khí 2. Dây cáp hàn Hướng hàn 3. Dây cáp điều khiển 4. Dây dẫn khí bảo vệ 5. Dây hàn 6. Vật liệu hàn cơ bản 7. Kim loại hàn đông đặc 8. Hồ quang 9. Khí bảo vệ Hình 2. Kiểu súng hàn bán tự động dùng khí làm mát. 3.2 MÔTƠ CẤP DÂY Thường là loại có tốc độ không đổi điều chỉnh vô cấp. Bộ cấp dây tốc độ không đổi được trang bị mạch điện tử để điều khiển quá trình mồi hồ quang, tự động điều chỉnh khi có sự thay đổi điện áp nguồn, tự hiệu chỉnh khi xảy ra hiện tượng kẹt dây. Kết quả là hồ quang mồi và cháy ổn định hơn, hạn chế đáng kể lượng văng toé. Bộ cấp dây có trang bị hệ thống hãm tự động cho phép dừng dây tức thời mỗi khi nhả công tắc điều khiển. Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave 7
3.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA Bộ điều khiển hàn và mô tơ cấp dây có giá trị hoạt động bán tự động trong cùng một hệ thống liền khối với nhau, nó có chức năng điều khiển tốc độ cấp dây. Tốc độ cấp dây được xác lập theo khoảng giá trị dòng hàn. Khí bảo vệ, nước làm mát, và dòng điện hàn,…thường được gắn với nguồn cung cấp thông qua bộ điều khiển. Lưu lượng khí bảo vệ và nước được hiệu chỉnh đồng bộ với việc khởi động và dừng hàn nhờ các van điện từ 3.4 NGUỒN HÀN Trong phương pháp hàn GMAW thường được sử dụng với nguồn hàn DC phân cực dương (DCEP). Nguồn hàn AC không thích hợp vì hồ quang bị tắt trong từng nửa chu kỳ và sự chỉnh lưu chu kỳ phân cực nguội làm cho hồ quang không ổn định. Đối với phương pháp hàn (GMAW) thì bộ nguồn thường có đặc tính ngoài là CV, ưu điểm chính của thiết bị hàn kiểu CV là điện áp hồ quang không đổi trong suốt quá trình hàn, dòng hàn sẽ tự động tăng hoặc giảm khi chiều dài hồ quang thay đổi, từ đó làm tăng hoặc giảm tốc độ chảy của dây hàn nhờ đó mà điện áp hồ quang được duy trì không đổi. Như vậy hàn phương pháp hàn (GMAW) điều chỉnh dòng điện hàn thông qua tốc độ cấp dây. 4 CÁC YÊU CẦU VÀ ỨNG DỤNG Trong hàn GMAW, được định nghĩa, sự liên kết của các kim loại là kết quả của của nhiệt nung nóng cùng với hồ quang đã được thiết lập giữa sự duy trì, sự cháy của dây kim loại điền đầy và vật hàn. Khí bảo vệ và dây hàn nóng chảy là hai yếu tố cần thiết của phương pháp này. 4.1 KHÍ BẢO VỆ ∗ Nhiệm vụ chính của khí bảo vệ trong hàn GMAW là tạo ra khí quyển có tính trơ hoặc khử để ngăn chặn các khí có hại từ không khí thâm nhập vào trong vũng hàn khi hàn. ∗ Đồng thời khí bảo vệ còn đảm nhận các công việc sau: Mồi hồ quang dễ dàng và hồ quang cháy ổn định Tác động đến các kiểu chuyển dịch trong hồ quang hàn Ảnh hưởng đến độ ngấu và tiết diện ngang của mối hàn Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave 8
Tốc độ hàn Khả năng tạ ra khuyết tật biên mối hàn Tẩy sạch bề mặt và biên đường hàn Argon Argon-Helium Helium CO2 Ảnh hưởng của khí bảo vệ đến tiết diện ngang của mối hàn Hình 5. Đường viền của các đường hàn và mặt cắt độ ngấu đối với từng loại khí bảo vệ. Argon-O2 Argon- CO2 CO2 Ảnh hưởng của khí bảo vệ khi thêm O2 và CO2 vào Argon Hình 6. So sánh tác động của O2 đối với CO2 được cộng thêm vào khí Argon Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave 9
Bảng 2. Khí bảo vệ và hỗn hợp khí dùng cho phương pháp hàn GMAW Tác động Khí bảo vệ Phạm vi ứng dụng hoá học Argon Khí trơ Gần như tất cả kim loại trừ thép Nhôm, mangan, và hợp kim đồng vì có Helium Khí trơ nhiệt lượng lớn và mức độ rỗ khí nhỏ Nhôm, mangan, và hợp kim đồng vì có Ar + 20-80% He Khí trơ nhiệt lượng lớn và mức độ rỗ khí nhỏ (ảnh hưởng của hồ quang tốt hơn Helium 100%) Cung cấp nhiệt lượng lớn trên đồng Nitrogen (Châu âu ) Cung cấp nhiệt lượng lớn trên đồng (ảnh Ar + 20-30% N2 hưởng của hồ quang tốt hơn N2100%) Oxy hoá mức Thép trắng và thép hợp kim, một vài tính Ar + 1-2% O2 độ nhỏ khử đối với hợp kim đồng Thép carbon và một vài loại thép hợp kim Ar + 3-5% O2 Oxy hóa thấp Thép carbon và một vài loại thép hợp kim CO2 Oxy hóa thấp Các loại thép có tính chất khác nhau, chủ Ar + 20-50% CO2 Oxy hóa yếu là kiểu chuyển dịch ngắn Ar Các loại thép có tính chất khác nhau + 10% CO2 Oxy hóa + 5% O2 (Châu âu) Các loại thép có tính chất khác nhau CO2 + 20% O2 Oxy hóa (Nhật) 90% He Oxy hoá mức Các loại thép trắng có tính chống ăn mòn + 7.5% Ar + 2.5% CO2 độ nhỏ cao, dùng cho kiểu chuyển dịch ngắn mạch 60 - 70% He Thép hợp kim thấp có tính dẻo, dùng cho + 25 - 35% Ar Oxy hóa + 4 - 5% CO2 kiểu chuyển dịch ngắn mạch Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave 10
Bảng 3. Lựa chọn khí bảo vệ cho hàn GMAW cùng với chuyển dịch dạng phun Kim loại Khí bảo vệ Ứng dụng Chiều dày (0 – 25mm), chuyển dịch kim Argon loại tốt nhất và ổn định hồ quang, sự bắn toé ít nhất. Chiều dày (25 – 76 mm), có nhiệt lượng cao Nhôm 35 % argon hơn Argon nguyên chất; làm cho sự nóng + 65 % helium chảy tốt hơn với loại 5XXX hợp kim nhôm mangan 25 % argon Chiều dày trên 76mm: Nhiệt lượng rất cao, + 75 % helium giảm thiểu rỗ khí Mangan Argon Tác dụng làm sạch tốt Cải thiện sự ổn định của hồ quang; kết quả dễ cháy hơn và kiểm soát tốt bể hàn, sự liên Argon kết tốt và mối hàn gọn, giảm thiểu cháy + 1 – 5 % O2 chân, cho phép hàn ở tốc độ cao hơn Argon Thép carbon nguyên chất Hình dáng mối hàn đẹp, giảm thiểu sự bắn Argon toé, giảm bớt khả năng tách lớp khi lạnh, + 3 - 10 % CO2 không thể hàn được ở tất cả các vị trí. Thép hợp kim Argon thấp Giảm thiểu cháy chân, tạo tính bền tốt. + 2 % O2 Cải thiện sự ổn định của hồ quang, kết quả Argon dễ cháy hơn và kiểm soát tốt bể hàn, sự liên + 1 % O2 kết tốt và mối hàn gọn, giảm thiểu cháy chân trên thép không gỉ cao Thép không gỉ Tạo sự ổn định hồ quang tốt hơn, độ liên Argon kết, và tốc độ hàn lớn hơn với hỗn hợp 1% + 2 % O2 O2 đối với các loại vật liệu pha thép không gỉ. Argon giảm bớt độ lỏng của kim loại mối hàn đối Đồng, Niken với chiều dày 3.2mm và hợp kim của nó Argon Nhiệt độ dự nhiệt cao với 50 & 70% khí + Helium trộn helium Hồ quang ổn định tốt, tạp chất trong mối hàn là nhỏ nhất, yêu cầu có sự hỗ trợ của Titanium Argon khí trơ ngăn ngừa gió làm ảnh hưởng ở phía sau của khu vực mối hàn. Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave 11
Bảng 4. Lựa chọn khí gas cho hàn GMAW với kiểu Chuyển dịch ngắn mạch Kim loại Khí bảo vệ Ứng dụng Chiều dày nhỏ hơn 3.2mm, tốc độ hàn cao 75% Argon không có sự điền đầy, sự biến dạng và bắn + 25 % CO2 toé là tối thiểu. Chiều dày lớn hơn 3.2mm, ít bắn toé, làm Thép carbon 75% Argon sạch biên dạng mối hàn, điều khiển vũng + 25 % CO2 hàn tốt ở vị trí đứng và khỏi đầu. CO2 Độ ngấu sâu, tốc độ hàn nhanh 90 % He Không có tác dụng việc chống lại ăn mòn, Thép không gỉ + 7.5 % Ar vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, không bị cháy + 2.5 % CO2 chân, ít biến dạng 60 - 70 % He Ít khả năng phản ứng, tính bền cao, sự ổn + 25 - 35% Ar định hồ quang cao, ……., và biên dạng mối Thép hợp kim + 4 - 5% CO2 hàn, ít bắn toé thấp 75 % Ar Tính hàn tốt, hồ quang ổn định cao, ……., + 25 % CO2 và biên dạng mối hàn, ít bị bắn toé. Nhôm, đồng, Argon Argon thoả mãn phần lớn các kim loại, mangan, niken, và Argon Argon – helium được ưu tiên hơn trên phần và hợp kim của + Helium lớn các loại vật liệu ( lớn hơn 3.2mm) chúng 4.2 DÂY HÀN Khái quát chung: Trong công nghệ sản xuất dây hàn, kim loại đắp phải thoả mãn cho việc kết tinh mối hàn cùng với những mục tiêu cơ bản sau: Kim loại đắp tương xứng nhau về cơ tính và lý tính với kim loại cơ bản. Tạo ra mối hàn có độ liên kết liền, không có khuyết tật. Mục tiêu thứ nhất: Ngay cả kim loại đắp có thành phần nguyên tố đồng nhất với kim loại nền thì mối hàn cũng có đặc tính luyện kim riêng biệt. Do vậy, mục tiêu là chọn các thành phần Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave 12
hợp kim của kim loại đắp sao cho chúng có cơ tính bằng hoặc tốt hơn kim loại hàn. Mục tiêu thứ hai: đạt được, thông thường, thông qua dùng điện cực kim loại điền đầy được sản xuất đưa thêm vào các thành phần để không tạo ra khuyết tật. Bảng 5. Giới thiệu các loại dây hàn cho hàn phương pháp hàn GMAW Phân Đường kính Loại kim Giới thiệu dây hàn loại Giới hàn dây hàn loại cơ dây dòng bản Loại vật liệu Phân loại dây hàn hàn in mm điện (A) AWS 1100 ER1100 hoặc ER4043 0.030 0.8 50-175 3003, 3004 ER1100 hoặc ER5356 3/64 1.2 90-250 Nhôm và 5052, 5454 ER5554, ER5554 1/16 1.6 160-350 A5.10 hợp kim hoặc ER5183 3/32 2.4 225-400 của nhôm 5083, 5086, 5456 6061, ER5556 hoặc ER5356 1/8 3.2 350-475 6063 ER4043 hoặc ER5356 AZ10A ERAZ61A, ERAZ92A 0.040 1.0 150-3002 AZ31B, AZ61A, 3/64 1.2 160-3202 AZ80A ERAZ61A, ERAZ92A 1/16 1.6 210-4002 ZE10A ERAZ61A, ERAZ92A 3/32 2.4 320-5102 ZK21A ERAZ61A, ERAZ92A 1/8 3.2 400-6002 Hợp kim A5.19 AZ63A, AZ81A, mangan AZ91C ERAZ92A AZ92A, AM100A ERAZ92A HK31A, HM21A HM31A ERAZ33A LA141A ERAZ33A Đồng thiếc Silic ERCuSi-A Đồng và Đồng khử oxyt ERCu 0.035 0.9 150-300 hợp kim Hợp kim Cu-Ni ERCuNi A5.7 0.045 1.2 200-400 đồng Đồng thiếc nhôm ERCuAl-A1, A2 or A3 1/16 1.6 250-450 Đồng thiếc phốt pho ERCuSn-A 3/32 2.4 350-550 0.020 0.5 - Niken và Monel3 Hợp kim 400 ERNiCu-7 0.030 0.8 - hợp kim Inconel3 Hợp kim 600 ERNiCrFe-5 A5.14 0.035 0.9 100-160 Niken 0.045 1.2 150-260 1/16 1.6 100-400 Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave 13
Phân Đường kính Giới thiệu dây hàn Loại kim loại dây hàn Giới hàn loại cơ dây dòng bản Loại vật liệu Phân loại dây hàn hàn in mm điện (A) AWS Nguyên chất Dùng kim loại điền đầy 0.030 0.8 - Titan và 1 hoặc 2 cấp độ thấp 0.035 0.9 - hợp kim Ti - 0.15 Pd ERTi-0.2Pd A5.16 0.045 1.2 - Titan Ti - 5Al - 2.5Sn ERTi-5Al-2.5Sn hoặc nguyên chất Loại 201 ER308 0.020 0.5 - Loại 301, 302 0.025 0.6 - 304 & 308 ER308 0.030 0.8 75-150 Loại 304L ER308L 0.035 0.9 10-160 Thép Loại 310 ER310 0.045 1.2 140-310 không gỉ A5.9 Loại 316 ER316 1/16 1.6 280-450 Austenitic Loại 321 ER321 5/64 2.0 - Loại 347 ER347 3/32 2.4 - 7/64 2.8 - 1/8 3.2 - Thép carbon thường ER70S-3 hoặc ER70S-1 0.020 0.5 - ER70S-2, ER70S-4 0.025 0.6 - ER70S-5, ER70S-6 0.030 0.8 40-220 0.035 0.9 60-280 0.045 1.2 125-380 Thép A5.18 0.052 1.3 260-460 1/16 1.6 275-450 5/64 2.0 - 3/32 2.4 - 1/8 3.2 - Thép carbon sức bền cao ER80S-D2 0.035 0.9 60-280 và một vài loại thép hợp ER80S-Ni1 0.045 1.2 125-380 kim thấp ER100S-G 1/16 1.6 275-450 Thép A5.28 5/64 2.0 - 3/32 2.4 - 1/8 3.2 - 5/32 4.0 - 2 Chuyển dịch kiểu phun 3 Thương hiệu quốc tế Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave 14
ĐIỀU KIỆN THAO TÁC Sau khi lựa chọn các thông số công nghệ cơ bản, các thông số hàn như sau: Tốc độ đắp - Tốc độ di chuyển Tốc độ cấp dây (dòng điện hàn) Điện áp hàn Độ nhú điện cực Giới hạn đắp Là lượng kim loại thực sự đắp vào mối hàn trong một đơn vị thời gian. (kg/giờ). Cần cân bằng tốc độ đắp và tốc độ hàn vì nếu cân bằng tốt sẽ giúp cho tốc độ đắp đạt được giá trị tối ưu. Các yếu tố sau đây sẽ ảnh hưởng đến sự cân bằng giữa tốc độ hàn và tốc độ cấp dây: Kích thước mối hàn Kiểu mối hàn Số lượng lớp hàn Sức khoẻ của thợ hàn Dòng điện hàn và tốc độ cấp dây Sau khi xác định tốc độ đắp tối ưu, bước kế tiếp là xác định tốc độ cấp dây và độ nhú điện cực, và dòng điện hàn đạt được liên quan đến giới hạn đắp. Trong thực hành, tốc độ lắng đọng là thông số quan trọng nhất, sự duy trì và phát triển bởi thông số của tốc độ cấp dây đúng hơn là giá trị dòng hàn. Điện áp hàn Điện áp hàn ( có liên quan tới độ chính xác của chiều dài hồ quang ), cần thiết lập và duy trì sự ổn định của hồ quang cùng với lựa chọn tốc độ cấp dây hoặc mức dòng điện hàn để có sự bắn toé là nhỏ nhất. Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave 15