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

(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.

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

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

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:

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:

Số

TT Tên các bài trong mô đun

Thời gian Tổng

số

Lý thuyết

Thực hành

Kiểm tra*

2 Nội dung chi tiết của giáo trình

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

- 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

- 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

- 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…;

- 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

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:

- 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

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?

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

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

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

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:

Hình 2-5 : Sơ đồ kết tinh của kim loại mối 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:

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

* 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

Phương pháp hàn

Kích thước trung bình của các vùng

(mm)

Chiều dài của khu vực ảnh hưởng nhiệt

Quá nhiệt Thường

hoá

Kết tinh lại không hoàn toàn

1,6 1,6 4,0 0,81,7

0,7 2,2 2,0 0,7

2,5 6,0 27,0 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

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

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)

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)

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

b Phương pháp mồi hồ quang mổ thẳng

Cho đầu que hàn tiếp xúc thẳng với bề mặt vật hàn (đầu que hàn đụng nhẹ vào vật hàn) rồi đưa nhanh que hàn lên đồng thời bảo đảm khoảng cách giữa que hàn và vật hàn từ 2 4mm, lúc đó hồ quang sẽ cháy ổn định (hình2-10a)

Hình 2-9 : Biểu diễn phương pháp mồi hồ quang

a Phương pháp mổ thẳng.b.Phương pháp ma sát

c Ưu nhược điểm

* Ưu điểm

- Phương pháp ma sát dễ điều khiển hơn, dễ quan sát được điểm cần hàn

- Phương pháp mổ thẳng không để lại vết hồ quang trên bề mặt vật hàn, gây hồ quang tốt vật hàn nhỏ do chuẩn thẳng vào vị trí mối hàn

*Nhược điểm

- Phương pháp masát không phù hợp với chi tiết hàn nhỏ, bề mặt hẹp với vật hàn yêu cầu cao, sau khi hàn không gia công lại thì không phù hợp vì nó để lại dấu vết trên bề mặt vật hàn

- Phương pháp mổ thẳng thường làm thuốc hàn bị vỡ chập mạch khi gây

hồ quang, làm cho hồ quang hay bị tắt,

Chú ý: Khi thấy hiện tượng que hàn bị dính vào vật hàn ta lắc que hàn

sang bên trái hoặc bên phải thì có thể tách được que hàn ra khỏi vật hàn Nếu không tách được thì lập tức phải nhả kìm hàn ra khỏi que hàn, sau đó tiến hành lại từ đầu

d Sự cháy của hồ quang

Sự cháy hồ quang phụ thuộc vào: Cường độ dòng điện, điện áp giữa hai điện cực và khoảng cách giữa hai điện cực (chiều dài cột hồ quang) Quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện hàn hồ quang Uh= f(I h) được gọi là đường đặc tính tĩnh của hồ quang (Hình 2-11) Ứng với mỗi chioêù dài của hồ quang có

đường đặc tính nhất định Điện thế hồ quang chủ yếu phụ thuộc vào cương độ dòng điện và chiều dài hồ quang, ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vật liệu điện cực, loại khí trong khoảng hồ quang cháy, loại dòng điện

- Khoảng Ih 102(A): Điện áp hàn giảm khi cường độ dòng điện tăng đó là

vì diện tích tiết diện ngang của cột hồ quang tăng lên cùng với sự tăng lên của dòng điện, nhưng lại tăng nhanh hơn so với sự tăng của dòng điện, do đó mật độ dòng trong cột hồ quang giảm xuống, mặt khác điện áp rơi trên vùng anốt và catốt lại thay đổi rất ít nên điện áp của cột hồ quang giảm xuống, tức là đường đặc tính tĩnh đi xuống

Hình2-10: Đường đặc tính tĩnh của hồ quang.

- Khoảng Ih=102 103(A): Điện áp hàn hầu như không thay đổi theo dòng điện mà chỉ thay đổi theo chiều dài của cột hồ quang mà thôi Đó là vì ở đọan này tiết diện ngang của cột hồ quang tăng gần như tỉ lệ thuận với sự tăng của dòng điện Vì vậy mật độ dòng điện trong cột hồ quang gần như không thay đổi, cho nên đường đặc tính tĩnh gần như song song với trục hoành Đường này thường được gọi là đương đặc tính tĩnh cứng, được sử dụng dùng với phương pháp hàn hồ quang tay

Khoảng Ih >103(A): Do lúc này diện tích tiết diện ngang của cột hồ quang hầu như không tăng lên được nữa cùng với dòng điện nên khi dòng điện tăng thì mật độ dòng điện trong cột hồ quang tăng lên vì thế đường đặc tính tĩnh có dạng

đi lên Đoạn đường đặc tính tĩnh này được dùng để hàn bán tự động

Bằng phương pháp tính toán và thực nghiệm người ta đã tìm ra được công thức tính gần đúng như sau: Uh=a+b.lh+

h

hq

I

I d

c

(v)

Trong đó Uh: Điện áp hàn

Ih: Cường độ dòng điện hàn (A)

lhq: Chiều dài cột hồ quang (mm)

2030405060

U

a: Tổng điện áp rơi trên anốt và catốt a=1620(V)

b: Điện áp rơi trên một đơn vị chiều dài hồ quang b =15,7(V/cm) c và d:

Là hai hệ số thực nghiệm c = 9,4; d = 2,5

Vị trí số hạng 3 rất nhỏ Nhất là khi Ih lớn, nên khi tính toán có thể bỏ qua

số hạng này khi đó

Uh=a + b.lhq

e Đặc điểm của hồ quang xoay chiều

- Đối với dòng điện một chiều do chiều của dòng điện luôn luôn không thay đổi nên hồ quang cháy ổn định Còn đối với dòng điện xoay chiều tần số 50Hz do cực của dòng điện thay đổi 100 lần trong 1 giây nên hồ quang cũng được kích thích và tắt 100 lần trong 1 giây Sự giảm cường độ dòng điện ở mỗi bán chu kỳ kèm theo sự giảm nhiệt độ hồ quang, vì vậy ở mỗi chu kỳ hồ quang chỉ được kích thích khi điện áp tăng lên, nghĩa là điện áp mồi (Um) phải có đỉnh

vì đường cong điện áp Uh=f(t) Điện áp mồi phụ thuộc vào điện thế ion hoá, nếu trị số ion hoá càng cao thì điện áp mồi càng lớn Những nguyên tố trong không gian hồ quang ảnh hưởng nhiều đến điện áp mồi là những nguyên tố có ái lực điện từ mạnh như các kim loài kiềm kiềm thổ, Flo, Argon (Ar)

Khi trong không gian hồ quang chứa một lượng lớn các nguyên tố có điện thế ion hoá thấp thì trị số điện áp mồi sẽ giảm xuống và hồ quang cháy ổn định hơn Vì thế nên khi hàn bằng dòng điện xoay chiều nên dùng que hàn có thuốc bọc hay thành phần của nó có chứa nhiều chất có điện thế ion hoá thấp

2.1.3.3 Tác dụng của điện trường đối với hồ quang

Khi hàn có thể xem cột hồ quang như một dây dẫn khí dưới tác dụng của

từ trường có thể dịch chuyển đi như một dây dẫn thông thường, đồng thời nó còn bị biến dạng và kéo dài ra Nếu từ trường xung quanh cột hồ quang phân bố đối xứng thì nó không bị thổi lệch (hình2-11a) Nhưng nếu phân bố không đối xứng thì nó sẽ bị lệch về phía có từ trường yếu hơn tức là về phía có mật độ đường sức nhỏ hơn, gọi là hiện tượng hồ quang bị thổi lệch (Hình 2-11b)

b)a)

a) b) Hình 2-11: a) Hồ quang bình thường

b) Hồ quang bị thổi lệch

Đối với dòng điện xoay chiều, do chiều của dòng điện thay đổi liên tục nên chiều của từ trường cũng thay đổi theo, do đó cột hồ quang bị thổi lệch ít hơn.Nhưng đối với dòng điện một chiều do chiều của dòng điện luôn không thay đổi nên chiều của từ trường cũng không thay đổi, do đó cột hồ quang cũng bị thổi lệch nhiều hơn Ngoài từ trường ra: sắt từ, góc nghiêng que hàn trong quá trình hàn cũng có ảnh hưởng đến sự thổi lệch hồ quang

a Ảnh hưởng của từ trường riêng

Từ trường riêng là từ trường được tạo nên khi có dòng điện chạy qua mạch hàn (dây dẫn, vật hàn, hồ quang và que hàn) Từ trường này thổi lệch cột

hồ quang hay không là do vị trí nối dây ở vật hàn quyết định (Hình 2-12)

+

Hình 2-12: Thể hiện ảnh hưởng của vị trí nối dây hiện tượng thổi lệch hồ quang

Nếu vị trí nối dây như (hình a, c) thì từ trường xung quanh cột hồ quang phân bố không đều và cột hồ quang sẽ bị thổi lệch về phía có từ trường yếu hơn Còn vị trí nối dây như ở (hình b), do từ trường phân bố đều nên cột hồ quang không bị thổi lệch

b Ảnh hưởng của sắt từ

Vì sắt từ có độ thẩm từ lớn hơn hàng nghìn lần so với không khí, nên từ thông di qua sắt từ lớn hơn rất nhiều lần so với không khí, do đó khi hàn hồ quang sẽ bị lệch về phía sắt từ

- Khi hàn các gân có chiều dày lớn, nếu đặt que hàn có vị trí như (Hình 13a), thì hồ quang sẽ bị lệch về phía gân đó tức là về phía có sắt từ mạnh hơn

2 Trường hợp hàn liên kết góc có chiều dầy lớn, vì que hàn cần có chuyển động ngang để đảm bảo chiều sâu mối hàn (Hình 2-13b), nên lúc que hàn đến

gần chi tiết nào thi hồ quang sẽ bị lệch về phía chi tiết đó Dẫn tới không đảm bảo kích thước và chất lượng mối hàn

- Khi hàn liên kết hàn giáp mối có vát mép, do trong quá trình hàn que hàn cũng cần có dao động chuyển động lắc ngang nên hồ quang cũng bị lệch như khi hàn liên kết hàn góc hay liên kết chữ T (Hình 2-13c)

Hình 2-13: Mô tả sự ảnh hưởng của sắt từ đến hồ quang hàn

- Khi hàn đến cuối vật hàn hồ quang bao giờ cũng bị lệch về phía cuối vật hàn (Hình 2-13d) Do đó rất khó hoàn thành phần cuối mối hàn (gây lõm mối

hàn và có thể gây ra nứt)

c Ảnh hưởng của góc nghiêng que hàn

- Ngoài ảnh hưởng của từ trường riêng và sắt từ ra góc nghiêng que hàn trong quá trình hàn cũng có ảnh hưởng đến sự thổi lệch hồ quang Vì khi hàn bao giờ cột hồ quang cũng theo hướng trục que hàn và bị đẩy về phía trước do

áp lực hơi của kim loại và thuốc bọc Hồ quang bị thổi lệch có thể là do cột hồ quang lớp thuốc bọc không đều mà gây ra Hồ quang bị thổi lệch làm cho ta khó khống chế sức nóng của cột hồ quang vào vùng nóng chảy làm giảm chất lượng mối hàn Nghiêm trọng có thể làm cho hồ quang bị tắt, không hàn được nữa

Vì vậy trong quá trình hàn cần phải khắc phục hoặc giảm bớt sự thổi lệch

hồ quang qua một số biện pháp sau đây:

- Thay đổi vị trí nối dây của của vật hàn để tạo ra từ trường phân bố đều xung quanh cột hồ quang Tuy nhiên biện pháp này khó thực hiện vì phải dịch chuyển vị trí nối dây đó theo hồ quang trong suốt quá trình hàn

- Đặt que hàn nghiêng về phía cột hồ quang bị thổi lệch để giảm bớt sự thổi lệch của từ trường riêng

- Khi hàn các liên kết hàn góc chữ T, giáp mối có vát mép hay không có vát mép mà que hàn không có chuyển động dao động ngang thì trong quá trình hàn cần đảm bảo cho que hàn luôn luôn nằm trên đường phân giác giữa hai chi tiết hàn và đường trục của mối hàn

- Lúc hàn đến gần cuối của đường hàn cần đặt thêm một vật sắt từ nối tiếp với vật hàn để kéo hồ quang ra phía sau của vật hàn

- Thay dòng điện một chiều bằng dòng điện xoay chiều

- Dùng tấm chắn để giảm bớt luồng khí ảnh hưởng đến cột hồ quang

- Chế tạo que hàn có lớp thuốc bọc mỏng và đều về một phía trên suốt chiều dài que hàn

Hình 2-14 : Tác dụng của que hàn nghiêng theo để khắc phục hồ quang bị thổi lệch

2.1.3.4 Phân loai

a Phân loại theo cực điện hàn

* Hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy:

Cực điện được chế tạo bằng than, grafít hoặc bằng wonfram Sự hình thành mối hàn do hàn kim loại vật hàn nóng chảy, nếu như không dùng que hàn phụ hoặc do có cả kim loai que hàn phụ và kim loại vật hàn cùng nóng chảy

* Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy:

Cực điện là que hàn bằng kim loại, hồ quang cháy giữa kim loại que hàn

và kim loại cơ bản Mối hàn hình thành chủ yếu là kim loai que hàn nóng chảy

bù đắp vào mối hàn

b Phân loại theo phương pháp nối dây

* Nối dây trực tiếp

Là nối một cực của nguồn điện với vật hàn và một cực của nguồn điện với que hàn nếu không dùng que hàn phụ (hình2-15a), nếu dùng que hàn phụ (Hình 2-15d)

Như chúng ta đã biết, năng lượng nhiệt của hồ quang sinh ra rất lớn và rất tập trung, nhiệt độ trung bình của cột hồ quang có thể lên tới 5000060000C Nhiệt độ ở bên anốt bao giờ cũng lớn hơn ở bên catốt đó là do động năng của

các điện tử chuyển động từ catốt sang anốt lớn hơn

Hình 2-15a

Động năng của các ion dương chuyển động từ anốt sang catốt

Vì vậy khi hàn bằng dòng điện một chiều có thể nối theo hai cách nối thuận và nối nghịch

* Nối gián tiếp:

Là nối hai cực của nguồn điện với que hàn chứ không nối với vật hàn (hình2-16b) Hồ quang hình thành giữa hai điện cực, nên khi hàn cần phải đưa

nó vào gần chi tiết nung nóng chảy kim loại cơ bản Cách nối dây này chỉ dùng đối với trường hợp hàn điện cực không nóng chảy, bởi vì trong quá trình hàn, điện cực không nóng chảy mà bị mòn đi rất chậm, tạo điều kiện cho việc duy trì

hồ quang tương đối dễ dàng hơn (Hình 2-15b)

Ưu điểm: Điều chỉnh được nhiệt độ hàn và nhiệt độ nung nóng kim loại cơ

bản bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa hồ quang và vật hàn Do đó thường được dùng để hàn những chi tiết mỏng hay các kim loại và hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp

*Nối hỗn hợp: Được sử dụng đối trường hợp hàn hồ quang tay bằng dòng

điện xoay chiều 3 pha khi hàn hai cực của nguồn điện được nối với que hàn còn cực thứ 3 được nối với vật hàn (Hình 2-15c)

- Cách nối dây này có ưu điểm là nhiệt độ tập trung ở vùng hàn cao hơn so với cách nối dây ở trên, kim loại cơ bản cùng que hàn nóng chảy mạnh hơn, do

đó năng suất hàn cao hơn.Tuy nhiên nó chỉ thích hợp đối với hàn chi tiết dầy ,hoặc những kim loại hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao

Hình 2-15: Cách nối điên cực hàn

c Phân loại theo dòng điện

Theo tính chất của dòng điện hàn hồ quang tay được chia ra làm hai loại : Hàn bằng dòng điện xoay chiều và hàn bằng dòng điện một chiều

- Hàn bằng dòng điện xoay chiều

Thiết bị hàn đơn giản dễ chế tạo, dễ sửa chữa dễ bảo quản giá thành thấp vì tốn ít năng lượng, thuận tiện cho những nơi gần lưới điện Nhưng nhược điểm là khó gây hồ quang và hồ quang cháy không ổn định (do cực hàn thay đổi liên tục) Vì vậy chất lượng mối hàn nhận được không cao.Tuy nhiên do có các ưu điểm trên các nhà máy, các công trường .Hiện nay dùng phổ biến trên 80% phương pháp han bằng dong điên xoay chiều

- Hàn bằng dòng điện một chiều

Dễ gây hồ quang và hồ quang cháy ổn định, do đó chất lượng mối hàn nhận được tốt hơn, mặt khác nó thuận tiện cho những nơi xa lưới điện Nhưng thiết bị hàn phức tạp vì muốn tạo ra dòng điện một chiều cần phải có hệ thống động cơ như máy phát, bộ chỉnh lưu Khó chế tạo khó sửa chữa và bảo quản, tốn nhiều năng lượng, vì vậy phương pháp nay này hiện nay ít dùng Có hai cách nối dây:

*Nối thuận:

Là nối que hàn với cực âm còn vật hàn với cực dương của nguồn điện Cách nối này hồ quang cháy ổn định hơn, mặt khác nhiệt độ bên vật hàn (anốt) lớn hơn bên que hàn (catốt), nên thường dùng hàn các chi tiết có chiều dày lớn Khi hàn bằng điện cực không nóng chảy nối thuận còn có ưu điểm là điện cực bị nung nóng ít hơn, do đó nâng cao được tuổi thọ của điện cực, Khi hàn bằng điện cực than hay grafít nối thuận còn có tác dụng là giảm bớt hiện tượng cácbon hoá mối hàn

2.2 Thiết bị và vật liệu hàn

2.2.1 Yêu cầu đối với máy hàn

Hồ quang dùng để hàn và điện thường dùng có sự khác nhau rất lớn Ví dụ, trong khi dùng đèn điện, điện trở của nó hầu như cố định, nhưng sự biến đổi của

hồ quang thì lại vô cùng phức tạp

Khi mồi hồ quang trước tiên là cho que hàn tiếp xúc với vật hàn, để tạo thành hiện tượng chập mạch, tiếp đó nhấc que hàn lên để mồi hồ quang, trong quá trình mồi hồ quang như vậy điện trở chập mạch bằng không, khi hồ quang đốt cháy thì điện trở có một trị số nhất định

Trong quá trình đốt cháy hồ quang, vì ta thao tác bằng tay cho nên chiều dài hồ quang luôn bị thay đổi, như vậy, hồ quang dài thì điện trở lớn Ngược lại

khi hồ quang ngắn thì điện trở nhỏ Do đó muốn cho hồ quang hơi dài đốt cháy một cách ổn định, thì đòi hỏi phải có một điện thế hơi cao, ngược lại nếu hồ quang hơi ngắn thì đòi hỏi phải có một hiệu điện thế hơi thấp Ngoài ra còn do que hàn nóng chảy nhỏ giọt vào bể hàn trong mỗi giây, que hàn nóng chảy nhỏ giọt trên 20 giọt, khi những giọt to rơi xuống sẽ tạo thành hiện tượng chập mạch, làm cho hồ quang bị tắt, sau đó muốn mồi lại hồ quang, đòi hỏi phải có một điện thế cao ngay sau lúc đó

Do những đặc điểm trên, nếu dùng máy phát điện hay máy biến thế thông thường để cung cấp điện cho hồ quang, thì sẽ không thể nào duy trì được một cách ổn định, quá trình đốt cháy hồ quang, thậm chí không mồi được hồ quang, đôi khi còn có thể làm cháy máy phát điện hoặc máy biến thế Để đáp ứng được những yêu cầu trong khi hàn, máy hàn điện phải đạt được mấy yêu cầu sau đây:

- Điện thế không tải của máy phải hơi cao hơn điện thế khi hàn, đồng thời không gây nguy hiểm cho người sử dụng (U0 < 80 V)

Ví dụ:

- Đối với nguồn điện xoay chiều: U0=5580 (V) Uh= 2545(V)

- Đối với nguồn một chiều: U0=3055(V) Uh=1635(V)

- Khi hàn thường xảy ra hiện tượng ngắn mạch, lúc này cường độ dòng điện rất lớn Dòng điện lớn không những làm nóng chảy nhanh que hàn mà còn

có thể phá hỏng máy do đó trong qúa trình hàn, không cho phép dòng điện ngắn mạch Iđ quá lớn thường chỉ cho phép Iđ=(1,3  1,4)Ih

- Tùy thuộc vào sự thay đổi chiều dài hồ quang, điện thế công tác của máy hàn chóng cho sự thích ứng Khi chiều dài của hồ quang tăng thì điện thế công tác tăng, khi chiều dài hồ quang giảm thì điện thế công tác giảm

- Quan hệ giữa điện thế và dòng điện của máy hàn gọi là đường đặc tính ngoài của máy Đường đặc tính ngoài dùng để hàn hồ quang tay yêu cầu phải là đường cong dốc liên tục (hình 2-18)

Tức là dòng điện trong mạch tăng lên thì thì điện thế của máy giảm xuống, và ngược lại Đường đặc tính ngoài càng dốc thì càng thoả mãn với những yêu cầu ở trên và càng tốt, vì khi chiều dài hồ quang thay đổi thì dòng điện hàn cũng thay đổi (hình 2-18) Phối hợp giữa đường đặc tính tĩnh của hồ quang 2 và đường đặc tính ngoài của máy hàn 1 (hình 2-19) ta thấy chúng cắt nhau tại hai điểm A và B B là điểm gây hồ quang, ở đây có điện thế lớn để tạo điều kiện gây hồ quang, nhưng vì cường độ dòng điện nhỏ nên không thể duy trì

sự cháy ổn định của hồ quang, mà điểm A mới là điểm cháy ổn định

- Máy hàn phải điều chỉnh được cường độ dòng điện để thích ứng với những yêu cầu hàn khác nhau

Hình 2-18: Đường đặc tính ngoài của máy

Hình 2-19: Đường đặc tính của hồ quang và đường đặc tính ngoài của máy

2.2.2 Máy hàn điện xoay chiều

2.2.2.1 Nguyên lý chung

a Khái niệm cơ bản

Là thiết bị chuyền tải năng lượng dòng điện xoay chiều từ áp này sang áp khác không phảI là thiết bị biến đổi năng lượng Đối với dòng điện ba pha: cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn có công suất là

P = 3U.I.cos()

Q = f(R.I) = R.I2.t Nếu P = const U tăng lên 2 lần thì I giảm đi 2 lần dẫn đến tổn hao nhiệt giảm đi

4 lần

b Cấu tạo nguyên lý làm việc của máy biến thế

* Cấu tạo

Hình2-20: Cấu tạo biến áp hàn

Gồm hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Cuộn sơ cấp có số vòng dây là W1 Cuộn thứ cấp có số vòng dây là W2

W1: số vòng dây cuộn sơ cấp

l1 : độ dài toàn bộ dây sơ cấp

I: cường độ donmgf điện qua cuộn dây sơ cấp

Giá trị cảm ứng điện từ B = .H (: độ từ thẩm)

Từ thông sinh ra trong lõi thép:  = B.S (S: tiết diện của lõi thép)

Cường độ dòng điện (I) biến thiên dẫn đến  biến thiên

Giả sử  = const, I = Io.sin(w.t)   cũng biến đổi tức thời là t = max.sin(w.t)

max : từ thông cục đại; w = 2..f

Từ thông biến đổi sinh ra suất điện động E1 max= max w.W1.sin(w.t), với sin(w.t) = 1 thì ta có E1 max= max w.W1 = E1 max= max W1 2..f

Cuộn thứ cấp E2 max= max w.W2 = E2 max= max W2 2..f

E1 max= max w.W1 = E1 max= max W1 2..f

E2 max= max w.W2 = E2 max= max W2 2..f

Xét tỉ số:

2 1 2

1 2

1

2.

max

2.

max max

E

max E

W

W f W

f W

Tỉ số đó được ký hiệu là:  (vêta)

Bởi vì năng lượng mất đi một cách vô ích khoảng 2- 3% trong ký thuật người ta tính công suất U1.I1  U2.I2

E1 U1; E2 U2

2 2 2 1 2 1 2

1

I

I W

W U

U E

Hình 2-21: Cấu tạo máy hàn xoay chiều có lõi từ di động

- Khi có tải: Cường độ dòng điện I qua cuôn dây thứ cấp gây từ thông tải

và tạo suất điện động E2 = - 4,44f.W 2, khi thay đổi khe hở (a) thay đổi từ thông đi qua sun từ A làm cho điện cảm kháng 2 thay đổi dẫn đến cường độ dòng điện I2 tăng và từ thông 2 tăng, làm cho áp ở cuộn dây thứ cấp giảm rõ rệt

Điện áp hàn Uhq = U2 - E2 (E2 phụ thuộc vào sun từ A) U2 = Uhq- E2

- Khi gắn mạch: Dòng điện tăng lên rất lớn dẫn đến E2 tăng và điện áp hàn giảm xuống bằng không (Uhq = 0) và khi đó U2 = |E2|

Đây là loại máy hàn có từ thông tản cao Đặc điểm của máy hàn có lõi từ

di đông cho phép điều chỉnh được vô cấp dòng điện hàn và có khả năng điều chỉnh được rất chính xác (hay còn gọi là điều chỉnh kỹ) Bằng cách thay đổi khe

hở (a) giữa sun từ Avà B, nếu khe hở (a) mà lớn thì từ thông 1 qua sun từ A nhỏ dẫn đến từ thông 2 qua B tăng khi đó điện áp U2 tăng và cường độ dòng điện hàn giảm và ngược lại

Để mở rộng điều chỉnh dòng điện hàn, người ta phân chia cuộn thứ cấp ra làm nhiều phần riêng (hình2-21) Phương pháp này là tổ hợp của hai phương pháp điều chỉnh phân cấp và điều chỉnh vô cấp

Đưa điện vào 2 đầu A – X Lấy điện ra 2 đàu a -x

Hình 2-22: Sơ đồ nguyên lý của máy hàn xoay chiều kiểu 1HX - 230

Trong từng phần riêng của cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy đều có khả năng điều chỉnh phân cấp và vô cấp được Do điều chỉnh tổ hợp dòng điện hàn như vậy nên có thể thay đổi được đồng thời điện thế không tải trong một khoảng nhất định thích ứng với dòng điện hàn, bảo đảm gây được hồ quang dễ dàng và cháy ổn định

2.2.2.3 Máy hàn xoay chiều có các cuộn dây chuyển động

Đại diện cho nhóm máy này có kiểu TD và TD -500

* Cấu tạo:

Kiểu TĐ gồm những lá thép dạng thanh (1) làm bằng những lá thép kỹ thuật điện kẹp với nhau bằng vít cấy và được cách điện với lõi thép và êcu Tại

lõi thép đặt hai cuộn sơ cấp và hai cuộn thứ cấp (3) làm bằng nhôm, còn ở đầu

ra có hàn thêm tấm đồng Cuộn sơ cấp bắt cố định ở giàn dưới, cuộn thứ cấp là cuộn di động Nó được bắt với êcu vào thanh dưới và thanh trên, nó có thể thay đổi hành trình bằng vít răng (4) kẹp (5) gắn cuộn sơ cấp vào ổ chẹn để cho hành

Hình 2-23: Biến áp hàn kiểu TD

trình của vít đi qua lỗ trong giàn và bố trí ở cửa của biến áp Trên trục vít

có bắt bánh răng chuyển động khi quay tay quay (6) dẫn đến trục vít và ê cu chuyển động lên trên hay xuống dưới phụ thuộc vào hướng quay của tay và đồng thời làm chuyển động cuộn dây thứ cấp

kháng (X ba) phụ thuộc vào khoảng cách (l)

- Khi có tải: Điện áp hàn Uhq = (U22  (I hq.X ba)2) Từ đó ta có I hq =

- Khi gắn mạch: Điện áp hàn giảm xuống bằng không (U hq =0) dẫn đến I h =

ba

X

U2

Khi thay đổi khoảng cach (l) dẫn đến trở kháng thay đổi khi đó cường độ

dong điện (I hq) thay đổi Nếu khoảng cách (l) mà nhỏ thì cường độ dòng điện phụ thuộc nhiều vào (l) Ngược lại, nếu khoảng cách (l) mà lớn thì cường độ dòng điện it phụ thuộc vào (l)

2.2.3 Máy hàn điện một chiều

Máy một chiều được chia làm 4 kiểu chính:

- Máy hàn một chiều có cuộn kích thích từ độc lập

- Máy hàn điện một chiều có cuộn kích thích mấc song song và cuộn khử

từ mắc nối tiếp

- Máy hàn điện một chiều có các cực từ lắp rời

- Máy hàn điện một chiều với từ trường ngang

2.2.3.1 Nguyên lý chung của các máy điện một chiều

Khi dây dẫn chuyển động trong từ trường cắt các đường sức từ lập tức dây dẫn xuất hiện sức điện động cảm ứng

Giá trị của sức điện động tỉ lệ thuận với chiều dài của dây dẫn với cảm ứng từ B của từ trường ở các khoảng trống giữa các cực N, S và tỷ lệ thuận với tốc độ cắt các đường sức (V)

Trong thực tế phải tính đến giá trị trung bình của B



Trong đó: d là đường kính của roto

2 60

n P l l

Hình 2-24: Cấu tạo máy phát điện một chiều có các cực từ lắp rời

Máy phát điện một chiều kiểu các cực từ lắp rời dùng để hàn gồm có 4 cực

từ, hai cực từ cùng tên được nối song song với nhau Trên cực điện có lắp 3 tổ chổi điện than hai tổ chổi điện than chính a và B cung cấp điện cho hồ quang, ở giữa lại có lắp chổi điện than phụ c, chổi điện than phụ a và C cung cấp điện cho cộn dây kích từ cửa máy phát điện,ta có thể điều chỉnh điều chỉnh dòng điện của cuộn dây kích từ bằng bộ biến trở lắp ở trên máy hàn, có thẻ dùng tay nắm để di chuyển vị trí của chổi điện than (hình2-24)

* Nguyên lý làm việc:

Phản ứng rôto là gì? Theo nguyên lý điện từ khi có dòng điện thông qua rôto của máy phát điện sẽ sinh ra từ thông Từ thông sinh ra có tác dụng làm yếu

từ trường sẵn có trong máy hiện tượng này gọi là phản ứng rôto

- Khi không tải: Trong rôto của máy phát điện không có dòng điện hàn thông qua, không sinh ra phản ứng rôto, do đó điện thế không tải của máy phát điện hơi cao, rất dễ mồi hồ quang

- Khi có tải: Trong rôto của máy phát điện có dòng điện hàn thông qua, làm từ thông của máy phát điện sẽ giảm xuống tới mức tương đương với điện thế dùng để đốt cháy hồ quang một cách ổn định Tùy thuộc vào sự thay đổi chiều dài hồ quang, phản ứng rô to cũng thay đổi làm ảnh hưởng tới điện thế công tác của máy phát điện Do đó lúc chiều dài của hồ quang tăng, thì điện thế công tác của máy phát điện cũng sẽ tăng theo, như vậy đáp ứng được nhu cầu khi hàn

- Khi gắn mạch: Phản ứng rôto rất lớn, khiến cho điện thế của máy phát giảm xuống xấp xỉ trị số không, như vậy hạn chế được dòng điện chập mạch

* Điều chỉnh dòng điện hàn:

Có hai phương pháp điều chỉnh dòng điện hàn, điều chỉnh sơ và điều chỉnh

kỹ

- Điều chỉnh sơ: Cho phép dòng điện hàn thay đổi rất lớn Thông qua việc

di chuyển chổi điện than để thực hiện việc điều chỉnh, lúc di chuyển chổi điện than theo chiều quay của rôto thì phản ứng rôto sẽ tăng, điện thế của máy hàn giảm xuống dòng điện hàn cũng sẽ giảm xuống Ngược lại, nếu di chuyển chổi điện than theo chiều quay của rô to thì dòng điện hàn sẽ tăng lên

- Điệu chỉnh kỹ: Cho phép dòng điện hàn thay đổi ít (sau khi điều chỉnh sơ thì tiến hành điều chỉnh kỹ): Bằng cách thay đổi bộ biến trở để thay đổi dòng điện của cuộn dây kích từ, làm tăng giảm từ thông của máy phát điện, khi đó sẽ thay đổi được cường độ dòng điện hàn

Trên máy hàn một chiều có các cực đấu dây Căn cứ theo nhu cầu ta có thể thay đổi cách đấu dây, để thay đổi cực tính hàn Nhà máy chế tạo biến thế của ta đã sản xuất được máy hàn một chiều kiểu máy 2HM-300 là loại máy hàn chế tạo theo nguyên lý máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp có cuộn kích thích nối tiếp khử từ

2.2.3.3 Máy hàn bằng dòng điện chỉnh lưu

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghiệp bán dẫn trong kỹ thuật hàn ngày càng ứng dụng chỉnh lưu

Máy hàn bằng dòng chỉnh lưu gồm hai bộ phận chính: máy biến thế (cố cơ cấu điều chỉnh) và bộ phận chỉnh lưu dòng điện Máy biến thế hoàn toàn giống như các máy biến thế xoay chiều Bộ phận chỉnh lưu bố trí trên mạch thứ cấp của máy biến thế và thường dùng chỉnh lưu Sêlen, Silic Tác dụng của chỉnh lưu

là biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều để hàn

a Máy hàn chỉnh lưu một pha

- Cấu tạo

- Nguyên lý

Trong nửa chu kỳ thứ nhất dòng điện đi qua 1 và 3; trong nửa chu kỳ thứ hai dòng điện đi qua 2 và 4 Như vậy trong cả hai chu kỳ, dòng điện hàn chỉ theo một hướng cho nên quá trình hàn hồ quang cháy ổn định

Hình 2-25: chỉnh lưu hàn một pha

b Máy hàn chỉnh lưu ba pha

Cấu tạo (hình 2-26) Gồm hai nhóm:

+ Nhóm chẵn: 2, 4, 6 có Ca tốt nối chung và nối với cực âm của tải

+ Nhóm lẻ: 1, 3, 5 có Anốt nối chung và nối với cực dương của tải

Hình 2-26: chỉnh lưu hàn một pha

2.2.4 Sử dụng - bảo quản thiết bị - dụng cụ nghề hàn

2.2.4.1 Sử dụng và bảo quản thiết bị

* Bảo quả máy hàn :

- Khi đặt máy hàn phải đặt vào nơi thông gió, khô ráo, không để gần chỗ

nóng quá, phải đặt thân máy vững vàng

- Khi đấu máy với lưới điện thì điên thế thiết kế của máy sử dụng phải phù

hợp với điện thế của lưới điện

- Điều chỉnh dòng điện hàn, cực tính hàn phải tiến hành khi chưa có dòng

điện hàn

- Không sử dụng cường độ dòng điện hàn (Ih) quá mức quy định

- Thường xuyên đảm bảo đầu nối của máy hàn với cáp điện tiếp xúc tốt, luôn luôn kiểm tra sự cách điện của dây cáp điện xem có tiếp xúc tốt hay không,

đề phòng hiện tượng chập mạch với vật hàn

- Máy hàn phải làm sạch bụi bẩn bằng khí nén

- Cần phải thường xuyên kiểm tra tình hình tiếp xúc của chổi than với cổ góp điện của máy phát điện một chiều, làm sạch những mạt than trên mặt cổ góp điện đảm bảo bề mặt của cổ góp điện bóng sạch v.v

- Tay gạt phải kiểm tra thường xuyên và định kỳ

- Định kỳ kiểm tra dây tiếp đất của vỏ ngoài máy hàn điện để đảm bảo an toàn

- Khi máy hàn điện có sự cố phải lập tức ngắt nguồn điện, sau đó báo cho thợ điện để sửa chữa Đối với người thợ hàn phải biết cách xử lý các sự cố đơn giản hoặc cùng thợ điện xử lý kịp thời sự cố để đảm bảo sản xuất liên tục

2.2.4 2 Những dụng cụ hàn điện bằng tay

Dụng cụ của người thợ hàn gồm có:

- Dụng cụ đo: thước lá, ke vuông, thước dây