Mục tiêu của bài - Trình bày được các khái niệm về hồ quang hàn; - Phân biệt chính xác các liên kết hàn cơ bản; - Trình bày được các ký hiệu, quy ước của mối hàn; - Tính toán được các th
NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN KHI HÀN ĐIỆN HỒ QUANG TAY
Sự dịch chuyển kim loại lỏng vào vùng hàn
Các liên kết hàn cơ bản
8 Thiết bị, dụng cụ hàn hồ quang tay 4
TT Số Tên các bài trong mô đun Thời gian
Tổng số Lý thuyết Thực hành Kiểm
10 Các khuyết tật của mối hàn 2 tra
11 An toàn lao động khi hàn hồ quang tay 1
2 Bài 2: Vận hành máy hàn hồ quang tay 8 1 7 0
1 Đấu nối và vận hành máy hàn 0,5 2
2 Gây hồ quang và chuyển động que hàn 0,5 5
3 Bài 3: Hàn góc không vát mép ở vị trí bằng (1F) 16 1 13 2
1 Liên kết hàn góc không vát mép ở vị trí bằng
4 Bài 4: Hàn giáp mối không vát mép ở vị trí bằng (1G) 24 1 21 2
1 Liên kết hàn giáp mối không vát mép ở vị trí bằng
5 Bài 5: Hàn giáp mối có vát mép ở vị trí bằng (1G) 32 2 28 2
1 Liên kết hàn giáp mối có vát mép ở vị trí bằng
6 Bài 6: Hàn góc không vát mép ở vị trí ngang (2F) 16 1 15 0
1 Đặc điểm hàn góc không vát mép ở vị trí ngang
7 Bài 7: Hàn giáp mối không vát mép ở vị trí ngang (2G) 24 1 21 2
1 Đặc điểm hàn giáp mối không vát mép ở vị trí ngang 0,5
TT Số Tên các bài trong mô đun Thời gian
Tổng số Lý thuyết Thực hành Kiểm
8 Bài 8: Hàn giáp mối không vát mép ở vị trí đứng (3G) 28 1 25 2
1 Đặc điểm hàn giáp mối không vát mép ở vị trí đứng 0,5
BÀI 1: NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN KHI HÀN ĐIỆN HỒ QUANG
Để có tay nghề tốt trong lĩnh vực hàn hồ quang tay, sinh viên và học sinh cần nắm vững kiến thức cơ bản và vận dụng linh hoạt vào thực hành Bài học này cung cấp các kiến thức đầu tiên về các dạng liên kết hàn, vật liệu sử dụng trong quá trình hàn hồ quang tay, cùng với các thiết bị và dụng cụ hàn cần thiết để nâng cao kỹ năng và hiệu quả công việc.
- Trình bày được các khái niệm về hồ quang hàn;
- Phân biệt chính xác các liên kết hàn cơ bản;
- Trình bày được các ký hiệu, quy ước của mối hàn;
- Tính toán được các thông số chế độ hàn hồ quang tay;
- Phân biệt được một số loại que hàn hồ quang tay;
- Bảo quản được thiết bị hàn hồ quang tay đúng cách;
- Phân biệt được các loại khuyết tật thường gặp trong mối hàn;
- Thực hiện tốt công tác an toàn và vệ sinh công nghiệp
1 Khái quát về hàn điện hồ quang tay
1.1 Lịch sử phát triển của nghề hàn
Khoảng đầu thời đại đồ đồng, đồ sắt loài người đã biết hàn kim loại Năm 1801 Sir Humphrey Davy sáng chế ra hồ quang điện
Năm 1802, nhà bác học Nga Pêtơrôp đã phát hiện ra hiện tượng hồ quang điện, mở ra khả năng ứng dụng nhiệt năng của nó để làm nóng chảy kim loại Phát hiện này đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển công nghệ hàn và gia công kim loại hiện đại Hiện tượng hồ quang điện giúp chuyển đổi năng lượng điện thành nhiệt lượng cực lớn, thúc đẩy tiến bộ trong lĩnh vực luyện kim và các ngành công nghiệp liên quan Nhờ khám phá của Pêtơrôp, khả năng kiểm soát nhiệt độ trong quá trình gia công kim loại đã được cải thiện rõ rệt.
Năm 1881, Auguste de Meritens mới thực hiện thành công ý tưởng dùng hồ quang điện của điện cực cacbon để hàn nối các tấm chì lại với nhau
Năm 1882, kỹ sư Bênadơt phát minh ra phương pháp hàn kim loại bằng hồ quang cực than, mở ra bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp hàn Đến năm 1887, nhà khoa học người Nga, Nikolai Bernados, đã đăng ký bằng sáng chế tại Anh cho công nghệ sử dụng hồ quang của điện cực cacbon để hàn các chi tiết bằng phương pháp thủ công.
Vào đầu thập kỷ 1890, phương pháp hàn hồ quang bằng điện cực cacbon bắt đầu được ứng dụng thương mại tại châu Âu và Mỹ Tuy nhiên, phương pháp này gặp hạn chế do sử dụng điện áp cao (100-300V) cùng cường độ dòng hàn lớn (600-1000A), ảnh hưởng đến phạm vi ứng dụng và độ an toàn của quá trình hàn.
Năm 1989, N G Slavianov (Nga) và Charles Coffin (Mỹ) đồng thời được cấp bằng sáng chế cho phương pháp hàn hồ quang tay sử dụng điện cực kim loại Phương pháp này thay thế điện cực cacbon truyền thống bằng điện cực kim loại, mang lại hiệu quả và độ bền cao hơn trong quá trình hàn Sáng chế của hai nhà nghiên cứu này đã đóng góp quan trọng vào tiến bộ của công nghệ hàn hồ quang, thúc đẩy ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp.
Oscar Kjellberg, người Thụy Điển, được coi là người phát minh ra ý tưởng hàn hồ quang tay bằng que hàn có vỏ bọc, kỹ thuật mà chúng ta sử dụng ngày nay Năm 1907, ông đã được cấp bằng sáng chế cho phương pháp hàn tiên phong này, góp phần quan trọng vào sự phát triển của ngành hàn điện.
Năm 1932, ý tưởng phủ lớp dày thuốc hàn khô lên bề mặt liên kết tại phía trước hồ quang của điện cực cacbon đã trở thành hiện thực Dưới sự lãnh đạo của Viện sĩ E O Paton, hàn dưới lớp thuốc được chính thức ứng dụng lần đầu tiên tại Liên Xô vào năm 1939 Đến năm 1942, nhờ thành công của công nghệ này, ngành công nghiệp quốc phòng Liên Xô đã sản xuất nhiều loại xe tăng vượt trội hơn so với Đức, góp phần quan trọng vào chiến thắng chung của nhân loại trước hiểm họa phát xít.
Năm 1919, Roberts và Van Nuys đã nghiên cứu khả năng sử dụng khí để bảo vệ hồ quang hàn, nhưng phải đến năm 1940, phương pháp hàn khí trơ bảo vệ hồ quang của điện cực vonfram trong hàn tấm mỏng như mạ thép không gỉ mới được ứng dụng thành công bằng máy hàn một chiều Đến năm 1946, nhờ bộ ion hóa tần số cao kết hợp với tụ điện có điện dung lớn, người ta đã sử dụng dòng điện xoay chiều trong phương pháp hàn này, mở ra bước tiến mới trong công nghệ hàn khí trơ.
Năm 1950, hàn nhôm trong môi trường khí trơ bằng điện cực nóng chảy đã được áp dụng thành công, mở ra nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp kim loại Sau đó, các nhà nghiên cứu còn sử dụng khí CO2 và hỗn hợp khí Argon với Oxi để hàn các loại kim loại khác nhằm nâng cao chất lượng mối hàn Đến năm 1960, công nghệ hàn xung bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí trơ được phát triển, góp phần cải thiện hiệu quả và độ bền của các khớp hàn.
Năm 1949, dưới sự lãnh đạo của Viện sĩ E O Paton, công nghệ hàn điện xỉ ra đời, mở rộng khả năng hàn các tấm kim loại dày Đến cuối những năm 1950, công nghệ hàn tia điện tử xuất hiện, tạo điều kiện cho việc hàn các kết cấu kim loại có yêu cầu kỹ thuật cao, đặc biệt trong ngành hàng không, nâng cao độ chính xác và độ bền của các kết cấu kim loại.
Hiện nay, có khoảng 130 phương pháp hàn khác nhau được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, từ việc chế tạo các sản phẩm nhỏ như vi mạch điện tử đến các công trình lớn như tàu biển, cầu đường Các phương pháp hàn đa dạng này giúp đảm bảo chất lượng và độ bền của các sản phẩm, phù hợp với nhiều yêu cầu kỹ thuật khác nhau Việc chọn đúng phương pháp hàn phù hợp là yếu tố quan trọng để nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo tính an toàn của công trình.
1.2 Thực chất, đặc điểm của hàn
Hàn là quá trình công nghệ kết nối hai hoặc nhiều phần tử (chi tiết, bộ phận) thành một khối vững chắc bằng cách sử dụng nhiệt để nung nóng vùng cần nối đến trạng thái hàn Quá trình này sử dụng kim loại lỏng tự kết tinh hoặc áp dụng ngoại lực ép để liên kết các chi tiết lại với nhau, tạo ra mối hàn chắc chắn Hàn là phương pháp quan trọng trong sản xuất và sửa chữa các cấu kiện kim loại, đảm bảo độ bền và độ ổn định của các kết cấu Áp dụng kỹ thuật hàn đúng cách giúp tối ưu hiệu quả và đảm bảo chất lượng mối hàn trong các công trình kỹ thuật.
+ Trạng thái hàn có thể là trạng thái lỏng, dẻo và thậm chí là 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
Khi kim loại cần nối trong quá trình hàn có nhiệt độ thấp hoặc chỉ đạt tới trạng thái dẻo, việc tạo ra mối hàn chắc chắn đòi hỏi phải có ngoại lực tác dụng Điều này giúp tăng độ liên kết giữa các kim loại, đảm bảo độ bền và ổn định của mối hàn Sử dụng ngoại lực phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu quả của quá trình hàn trong các tình huống kim loại có nhiệt độ thấp.
Kết cấu hàn giúp tiết kiệm từ 10 đến 20% khối lượng kim loại so với các phương pháp nối ghép khác như sử dụng bulông hay đinh tán, nhờ khả năng tối ưu hóa khả năng chịu lực và giảm thiểu vật liệu thừa.
- So với đóc, hàn có thể tiết kiệm được tới 50% khối lượng kim loại.
Việc giảm thời gian và chi phí chế tạo kết cấu là ưu điểm nổi bật của phương pháp hàn, giúp nâng cao năng suất và tiết kiệm nguồn lực Hàn có năng suất cao, giảm cường độ lao động cho công nhân và đảm bảo độ bền chắc của kết cấu, từ đó tăng hiệu quả và độ tin cậy của các công trình xây dựng.
Ký hiệu, quy ước mối hàn
6.1 Vị trí mối hàn trong không gian
Ký hiệu mối hàn theo tiêu chuẩn ISO
Ký hiệu phương pháp hàn hồ quang tay: 111
PA : Hàn ở thế hàn bằng.
PB : Hàn ở thế hàn nằm.
PC : Hàn ở thế hàn ngang
PD : Hàn ở thế hàn ngửa nằm
PE : Hàn ở thế hàn trần.
PF : Hàn ở thế hàn leo.
PG : Hàn ở thế hàn rơi
Hình 1.24: Ký hiệu vị trí mối hàn theo tiêu chuẩn ISO
- Liên kết hàn ống có s
Hình 1.25: Ký hiệu vị trí mối hàn ống
Ký hiệu Kiểu lắp gép F(Fillet) Hàn góc G(Groove) Đối đầu
6.2 Theo tiêu chuẩn Nga (OCT):
Công nghệ hàn hồ quang tay phụ thuộc lớn vào vị trí mối hàn trong không gian và kết cấu mối hàn Các dạng hàn phổ biến được phân loại theo vị trí trong không gian bao gồm hàn sấp (hàn bằng), hàn ngang, hàn đứng và hàn trần (hàn ngửa), nhằm đảm bảo chất lượng và độ bền của mối hàn phù hợp với từng ứng dụng cụ thể.
• Hàn bằng: mặt phẳng hàn tạo với mặt phẳng ngang một góc từ 0 - 60 o
• Hàn ngang: phương hàn song song với mặt phẳng ngang và nằm trong mặt phẳng hàn tạo với mặt phẳng ngang một góc từ 60 - 120 o
• Hàn đứng: mặt phẳng hàn tạo với mặt phẳng ngang một góc từ 60 –
120 o trừ phương song song với mặt phẳng ngang
• Hàn trần: mặt phẳng hàn tạo với mặt phẳng ngang một góc từ 120 -
Hình 1.26: Vị trí mối hàn trong không gian theo tiêu chuẩn OCT
Cụ thể, các liên kết hàn tấm được đặt trong không gian có các vị trí như sau:
Hình 1.27: Các vị trí cơ bản khi hàn tấm trong không gian theo OCT
6.3 Ký hiệu mối hàn theo tiêu chuẩn AWS
Tiêu chuẩn mối hàn của Hoa Kỳ phân loại thành các loại chính gồm mối hàn góc, giáp mối tấm và liên kết hàn ống, được quy định theo bốn vị trí hàn phổ biến là hàn bằng F (Flat), hàn ngang H (Horizontal), hàn đứng V (Vertical) và hàn trần OH (Overhead) Các tiêu chuẩn này đảm bảo chất lượng và độ bền của mối hàn trong các ứng dụng công nghiệp và xây dựng Việc lựa chọn vị trí hàn phù hợp theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ giúp tối ưu hoá hiệu suất và an toàn của kết cấu hàn.
Ký hiệuphươngpháp hàn hồ quang tay: SMAW
- Ký hiệu mối hàn: Mối hàn được vẽ bằng nét cơ bản cho cả mối hàn khuất,trong đó có ký hiệu sau:
Hình 1.28: Mũi tên chỉ vào vị trí cần hàn
- Đối tượng bị tham chiếu :
Phần chỉ dẫn trong bản vẽ kỹ thuật thể hiện ký hiệu mối hàn, đặc biệt khi ghi phía dưới đường giá ngang, nghĩa là mối hàn được thực hiện tại vị trí mũi tên chỉ vào bên mũi tên Việc chú thích rõ ràng ký hiệu mối hàn giúp đảm bảo quá trình thi công chính xác và dễ dàng kiểm tra chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn kỹ thuật.
+ Phần chỉ dẫn nếu ghi phía trên đường giá ngang: là mối hàn được thực hiện ở phía bên kia của mối ghép (Phía bên kia của mũi tên)
Hình 1.29 : Vị trí ghi chỉ dẫn ký hiệu mối hàn
* Các ký hiệu trong mối hàn:
BẢNG NHỮNG KÝ HIỆU HÀN TIÊU CHUẨN :
KÝ HIỆU MỐI HÀN CƠ BẢN VÀ Ý NGHĨA VỊ TRÍ CỦA CHÚNG Ý nghĩa vị trí Góc
Hàn nót hoặc khe hẹp
Hàn điểm hoặc điện cực giả
Hàn mặt sau hoặc tấm đệm
Hàn phủ bề mặt mép song song đối với mối ghép hàn đồng thau
Phía bên kia mũi tên
Ký hiệu mối hàn rãnh
Ký hiệu mối hàn rãnh
Không sử dụng Không sử dụng Không sử dụng Không sử dụng Không sử dụng Không sử dụng
Không sử dụng Không sử dụng Không sử dụng Không sử dụng Không sử dụng Không sử dụng
CÁC KÝ HIỆU HÀN CƠ BẢN VÀ CÁC Ý NGHĨA VỊ TRÍ KHÁC
Hàn gờ Rãnh Ý nghĩa vị trí
J Chữ V loe Mép xiên loe
Phía bên mũi tên chỉ
Mặt bên kia mối ghép
Không sử dụng Cả hai bên
Không sử dụng Không sử dụng Không sử dụng Không sử dụng
Không sử dụng Không sử dụng
Bên này hoặc bên kia không quan trọng
4 Mối hàn rãnh mép đơn
5 Mối hàn rãnh mép kép
10 Mối hàn góc một bên
11 Mối hàn góc hai bên
16 Mối hàn điểm hoặc mối hàn đường Arc Spot or Arc Seam
* ĐỊNH NGHĨA TỪNG PHẦN MỐI HÀN RÃNH và MỐI HÀN GÓC
Hình 1.30: Các minh họa mối hàn
Là toàn bộ góc của rãnh giữa các phần đã được ghép mối tạo rãnh hàn
Góc mép của mép hàn
Là góc được tạo giữa việc sử lý mép của một chi tiết và mặt phẳng vuồng góc với bề mặt của chi tiết đó
Cạnh của mối hàn góc
Là khoảng cách từ gốc của mối liên kết tới chân của mối hàn góc
2 ACTUAL THROAT OF A FILLET WELD:
Khoảng cách thực tế của một mối hàn góc
Là khoảng cách ngắn nhất từ gốc của mối hàn góc tới bề mặt của nó
Chiều dày của vật liệu được hàn
4 ROOT FACE (RF): Độ tầy mép hàn (Mép cùn)
Là mặt rãnh liền kề tới chân của mối ghép
Là sự tách ra giữa các chi tiết đã được ghép mối cạnh chân của mối ghép
Bao gồm bề mặt của chi tiết trong rãnh
Kích thước mối hàn Độ ngấu của mối nối (chiều sâu của góc xiên cộng với độ ngấu chân theo lý thuyết)
Kích thước của mối hàn rãnh và rãnh có hiệu lực chính là một
Bề mặt của mối hàn
Là bề mặt phơi ra của mối hàn trên mặt phẳng từ bất kỳ mối hàn nào đã hoàn thiện
Kích thước của mối hàn Độ dài chân của mối hàn góc
Bất kỳ các điểm mặt sau của mối hàn phân cách với bề mặt kim loại cơ bản
Là khoảng cách ngấu chảy mở rộng vào trong kim loại cơ bản hoặc xuyên qua từ bề mặt kim loại nấu chảy trong thời gian hàn
Là sự nối liền giữa bề mặt của mối hàn và kim loại cơ bản
CÁC KÝ HIỆU BỔ XUNG
Mối hàn tất cả chu vi
Mối hàn ngoài hiện trường
Xuyên thấu Tấm đệm Đường viền(chu tuyến- bề mặt mối hàn)
* Vị trí và ý nghĩa các thành phần của một ký hiệu mối hàn:
Hình 1.31: Các ký hiệu chính của mối hàn
* Các ký hiệu phụ được sử dụng chung với các ký hiệu mối hàn cơ bản: ¤ Ký hiệu chu tuyến
Hình 1.32: Ví dụ về ký hiệu chu tuyến mối hàn
Dùng để chỉ hình dáng bề mặt của mối hàn sau khi hoàn thành mối hàn
Có 3 loai chu tuyến cơ bản:
Chu tuyến (tính chất bề mặt mối hàn)
Bằng Lồi Lõm ¤ Ký hiệu mối hàn toàn bộ xung quanh còn gọi là kýhiệu mối hàn theo chu vi kín
Hình 1.34: Ký hiệu mối hàn chu vi kín ¤ Ký hiệu có đệm lót phía sau mối hàn:
Hình 1.35: Ký hiệu đệm lót sau mối hàn ¤ Ký hiệu mối hàn có sử dụng miếng chêm
Hình 1.36: Ký hiệu mối hàn sử dụng miếng chêm
Chú ý rằng cả hai loại ký hiệu có đệm lót và có miếng chêm đều được sử dụng kết hợp với ký hiệu mối hàn giáp mối nhằm tránh nhầm lẫn với mối hàn chốt hoặc mối hàn rãnh Trong đó, ký hiệu nóng chảy hoàn toàn thể hiện quá trình hàn khi kim loại chảy hoàn toàn cùng nhau, đảm bảo chất lượng và độ bền của mối hàn Việc sử dụng đúng các ký hiệu này giúp đảm bảo chính xác trong bản vẽ kỹ thuật và theo tiêu chuẩn an toàn, nâng cao hiệu quả công việc trong ngành hàn.
Ký hiệu nóng chảy hoàn toàn được sử dụng để thể hiện mức độ thâm nhập toàn bộ liên kết, đặc biệt khi kết nối được củng cố chân ở phía sau của mối hàn Điều này áp dụng cho các phương pháp hàn chỉ hàn từ một phía, đảm bảo mối hàn đạt yêu cầu về độ chắc chắn và an toàn Việc sử dụng ký hiệu này giúp kiểm soát chất lượng mối hàn, đảm bảo liên kết tối ưu trong các công trình kỹ thuật và xây dựng.
Hình 1.37: Ký hiệu lồi mặt sau mối hàn ¤ Đường tham chiếu kép
Hai hoặc nhiều đường tham chiếu có thể sử dụng chung một mũi tên duy nhất để chỉ một trình tự thao tác
Hình 1.38: Ký hiệu mối hàn có chỉ dẫn nhiều thao tác
Ví dụ: Ký hiệu đường tham chiếu kép: Mối hàn giáp mối mép mép chữ V kép
Hình 1.39: Ví dụ ký hiệu nhiều chỉ dẫn mối hàn ¤ Ký hiệu hàn thực hiện theo thực tế tại hiện trường
Mối hàn được thực hiện tại nơi lắp ráp,không phải trong phân xưởng hoặc tại nơi xây dựng ban đầu
Hình 1 40: Ký hiệu mối hàn tại hiện trường ¤ Ký hiệu ngấu hoàn toàn(Complete Penetration)
Hình 1 41: Ký hiệu mối hàn ngấu hoàn toàn ¤ Ký hiệu hàn góc chữ T kiểu so le
Hình 1.42: Ký hiệu mối hàn so le ¤ Ký hiệu mối hàn đắp, hàn tạo bề mặt
Hình 1 43: Ký hiệu mối hàn đắp ¤ Ký hiệu mối hàn giáp mối rãnh mép chữ V đơn
Hình 1.44: Ví dụ về ký hiệu mối hàn vát mép chữ V đơn ¤ Ký hiệu mối hàn giáp mối hàn hai phía vát mép một bên
Hình 1.45: Ký hiệu mối hàn hai phía vát mép một bên
7.1 Cấu tạo và phân loại que hàn
Để hàn thép các bon thấp, người ta thường sử dụng các loại que hàn vỏ bọc quặng axit, rutin, hữu cơ và canxi fluorua Trong đó, que hàn rutin chiếm thị phần lớn nhất, trên 70%, nhờ khả năng hàn tốt và độ bền cao Que hàn vỏ bọc canxi fluorua thường được sử dụng cho các kết cấu đặc biệt quan trọng trong ngành dầu khí và đóng tàu, đảm bảo độ bền và an toàn cao trong các ứng dụng công nghiệp nặng.
- Cấu tạo que hàn thuốc bọc
Hình 1.46: Cấu tạo que hàn
Là những đoạn dây kim loại có chiều dài từ 250 450 mm tương ứng với đường kính d = 1,6 6,0 mm
Lớp bao ngoài của lõi thép được tạo thành từ một hỗn hợp đa dạng các hóa chất, bao gồm chất tạo xỉ, chất tạo khí, chất khử oxy, hợp kim hóa, chất ổn định hồ quang, various khoáng chất, fero hợp kim và các chất kết dính Những thành phần này giúp bảo vệ và củng cố lõi thép, đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra ổn định và hiệu quả Hợp chất này đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng và độ bền của sản phẩm thép cuối cùng.
Que hàn thép các bon thấp có lõi que hàn là thép các bon thấp kết hợp với vỏ bọc chứa thêm các nguyên tố kim loại nhằm mục đích hợp kim hoá kim loại mối hàn Phân loại que hàn thép các bon thấp dựa trên thành phần hợp kim và mục đích sử dụng, giúp đảm bảo chất lượng và độ bền của mối hàn trong các ứng dụng công nghiệp.
Que hàn dùng để hàn hồ quang tay chủ yếu là loại điện cực nóng chảy, còn gọi là que hàn thước bọc, có hai nhiệm vụ chính là mồi hồ quang và bù đắp kim loại cho mối hàn Que hàn gồm lõi thép ở bên trong và lớp thuốc bọc bên ngoài, và có nhiều phương pháp phân loại khác nhau để phù hợp với từng ứng dụng cụ thể trong hàn.
Phân loại theo công dụng:
Que hàn được chia thành các nhóm sau:
+ Que hàn thép cacbon và thép hợp kim kết cấu
+ Que hàn thép hợp kim chịu nhiệt.
+ Que hàn thép hợp kim cao và có tính chất đặc biệt.
Phân loại thuốc bọc que hàn theo thành phần hóa học dựa trên mục đích khử oxy và bảo vệ mối hàn bao gồm các loại chính như que hàn tính axít, que hàn tính kiềm, que hàn xenlulo, và que hàn rutin Những loại này được chọn phù hợp với từng loại vật liệu và phương pháp hàn để đảm bảo chất lượng mối hàn tốt nhất Việc hiểu rõ đặc điểm thành phần hóa học của từng loại que hàn giúp nâng cao hiệu quả và độ bền của quá trình hàn.
Que hàn thuốc bọc axit (Ký hiệu là A) chứa các oxit sắt, mangan và alumin silicat như fenspat, pecmatit, granit, cùng với xenlulo, tinh bột và bột gỗ nhằm tạo khí bảo vệ kim loại nóng chảy Loại que này có tốc độ chảy lớn, cho phép hàn bằng cả dòng điện xoay chiều và một chiều, phù hợp cho hàn ở nhiều vị trí trong không gian Tuy nhiên, mối hàn dễ có xu hướng nứt nóng, nên ít được sử dụng để hàn các loại thép có hàm lượng lưu huỳnh và cacbon cao.
Mangan trong thuốc bọc có tác dụng khử các oxit của kim loại.
Thông thường vỏ bọc que hàn loại này có thành phần: 0,12%C, 0,1%Si, 0,6 0,9% Mn, S và P chiếm 0,05%.
Xỉ tạo thành không có khả năng bảo vệ kim loại mối hàn.
Que hàn axit khi hàn phát sinh nhiều khí độc do trong thành phần có nhiều oxit sắt và feromangan, gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người dụng và môi trường Chính vì lý do này, hiện nay, loại que hàn này gần như đã được thay thế bằng que hàn rutin, mang lại hiệu quả hàn cao hơn và an toàn hơn cho người thao tác.
Que hàn thuốc bọc rutin (ký hiệu là R) chứa các thành phần như oxit titan, grafit, mica, canxi và magiê cacbonat, ferô hợp kim, phù hợp với cả dòng điện xoay chiều và một chiều Loại que hàn này tạo ra hồ quang ổn định và mối hàn chắc chắn, ít bắn tóe nhưng dễ gặp phải tình trạng rỗ khí và nứt kết tinh trong mối hàn.
Mn, các chất tạo khí bảovệ có tác dụng như que hàn vỏ bọc axit.
Mn và Si đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy các phản ứng oxi hóa khử trong quá trình hàn, từ đó quyết định sự xuất hiện của các tạp chất phi kim loại trong mối hàn Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến các tính chất cơ học của kim loại hàn, đảm bảo chất lượng và độ bền của kết cấu Việc kiểm soát hàm lượng Mn và Si giúp nâng cao tính chống ăn mòn và tăng cường khả năng chịu tải của mối hàn, phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật và yêu cầu của ngành công nghiệp.
Tính chống nứt kết tinh của kim loại mối hàn với que hàn rutin cao hơn so với que hàn axit.
* Que hàn thuốc bọc Bazơ (Que hàn thuốc bọc Canxi florua):
Thành phần thuốc bọc gồm các hợp kim sắt như ferro silic, ferro mangan, ferro titan, ferro nhôm và các cacbonat như CaF2, CaCO3, MgCO3 Khi hàn, các thành phần này phản ứng phân ly tạo ra khí bảo vệ là CO và CO2, giúp bảo vệ mối hàn Que hàn hệ bazơ thường sử dụng dòng điện một chiều đấu nghịch và ít gây nứt kết tinh trong mối hàn, nhưng dễ bị rỗ khí Que hàn này thích hợp để hàn các loại thép có độ bền cao và các kết cấu hàn quan trọng.
- Lượng oxy trong kim loại mối hàn thấp (0,03 0,05%), lượng Nitơ khoảng (0,01 0,015%) và các tạp chất phi kim loại không quá 0,1%.
Chế độ hàn
TT Số Tên các bài trong mô đun Thời gian
Tổng số Lý thuyết Thực hành Kiểm
An toàn lao động khi hàn hồ quang tay
2 Bài 2: Vận hành máy hàn hồ quang tay 8 1 7 0
1 Đấu nối và vận hành máy hàn 0,5 2
2 Gây hồ quang và chuyển động que hàn 0,5 5
3 Bài 3: Hàn góc không vát mép ở vị trí bằng (1F) 16 1 13 2
1 Liên kết hàn góc không vát mép ở vị trí bằng
4 Bài 4: Hàn giáp mối không vát mép ở vị trí bằng (1G) 24 1 21 2
1 Liên kết hàn giáp mối không vát mép ở vị trí bằng
5 Bài 5: Hàn giáp mối có vát mép ở vị trí bằng (1G) 32 2 28 2
1 Liên kết hàn giáp mối có vát mép ở vị trí bằng
6 Bài 6: Hàn góc không vát mép ở vị trí ngang (2F) 16 1 15 0
1 Đặc điểm hàn góc không vát mép ở vị trí ngang
7 Bài 7: Hàn giáp mối không vát mép ở vị trí ngang (2G) 24 1 21 2
1 Đặc điểm hàn giáp mối không vát mép ở vị trí ngang 0,5
TT Số Tên các bài trong mô đun Thời gian
Tổng số Lý thuyết Thực hành Kiểm
8 Bài 8: Hàn giáp mối không vát mép ở vị trí đứng (3G) 28 1 25 2
1 Đặc điểm hàn giáp mối không vát mép ở vị trí đứng 0,5
BÀI 1: NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN KHI HÀN ĐIỆN HỒ QUANG
Để phát triển tay nghề vững chắc, sinh viên và học sinh cần nắm vững kiến thức cơ bản về hàn hồ quang tay và vận dụng linh hoạt vào thực hành Bài học này cung cấp những kiến thức nền tảng về các dạng liên kết hàn, vật liệu sử dụng trong hàn hồ quang tay, cùng các thiết bị và dụng cụ cần thiết Việc hiểu rõ các yếu tố này giúp nâng cao kỹ năng hàn và đảm bảo chất lượng công việc.
- Trình bày được các khái niệm về hồ quang hàn;
- Phân biệt chính xác các liên kết hàn cơ bản;
- Trình bày được các ký hiệu, quy ước của mối hàn;
- Tính toán được các thông số chế độ hàn hồ quang tay;
- Phân biệt được một số loại que hàn hồ quang tay;
- Bảo quản được thiết bị hàn hồ quang tay đúng cách;
- Phân biệt được các loại khuyết tật thường gặp trong mối hàn;
- Thực hiện tốt công tác an toàn và vệ sinh công nghiệp
1 Khái quát về hàn điện hồ quang tay
1.1 Lịch sử phát triển của nghề hàn
Khoảng đầu thời đại đồ đồng, đồ sắt loài người đã biết hàn kim loại Năm 1801 Sir Humphrey Davy sáng chế ra hồ quang điện
Năm 1802, nhà bác học Nga Pêtơrôp phát hiện ra hiện tượng hồ quang điện và nhận thấy khả năng sử dụng nhiệt năng của nó để làm nóng chảy kim loại Phát hiện này mở ra nhiều ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp, đặc biệt là quá trình nung chảy kim loại Khám phá của Pêtơrôp đã góp phần quan trọng trong sự phát triển của công nghệ hồ quang điện, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và gia tăng chất lượng sản phẩm kim loại.
Năm 1881, Auguste de Meritens mới thực hiện thành công ý tưởng dùng hồ quang điện của điện cực cacbon để hàn nối các tấm chì lại với nhau
Năm 1882, kỹ sư Bênadơt đã ứng dụng hồ quang cực than trong quá trình hàn kim loại, mở ra bước tiến mới trong công nghệ hàn Đến năm 1887, nhà khoa học người Nga, Nikolai Bernados, đã được cấp bằng sáng chế tại Anh quốc cho phương pháp sử dụng hồ quang từ điện cực cacbon để hàn các chi tiết kim loại bằng công nghệ hàn tay, đánh dấu bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp hàn.
Vào khoảng đầu thập kỷ 1890, phương pháp hàn hồ quang bằng điện cực cacbon bắt đầu được ứng dụng thương mại tại châu Âu và Mỹ Tuy nhiên, phương pháp này gặp hạn chế về phạm vi sử dụng do yêu cầu sử dụng điện áp cao (100-300V) và cường độ dòng hàn lớn (600-1000A), khiến cho quá trình hàn gặp nhiều khó khăn và hạn chế về hiệu quả.
Năm 1989 đánh dấu sự độc lập sáng chế giữa N G Slavianov (Nga) và Charles Coffin (Mỹ) khi cả hai đều được cấp bằng sáng chế cho phương pháp hàn hồ quang tay sử dụng điện cực kim loại Phương pháp này thay vì sử dụng điện cực cacbon truyền thống, mang lại hiệu quả vượt trội trong các ứng dụng hàn điện Các phát minh này mở ra bước tiến lớn trong công nghệ hàn, góp phần nâng cao năng suất và độ bền của các cấu kiện kim loại Những bằng sáng chế này đã thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp hàn và là nền tảng cho các công nghệ hàn tiên tiến ngày nay.
Oscar Kjellberg là người Thụy Điển đầu tiên đề xuất ý tưởng hàn hồ quang tay bằng que hàn có vỏ bọc, phương pháp mà chúng ta ngày nay vẫn sử dụng Năm 1907, ông đã được cấp bằng sáng chế cho công nghệ hàn này, góp phần mở ra một bước đột phá trong ngành hàn điện tử.
Năm 1932, ý tưởng đặt một lớp dày thuốc hàn khô lên bề mặt liên kết tại phía trước hồ quang của điện cực carbon đã trở thành hiện thực Dưới sự lãnh đạo của Viện sĩ E O Paton, năm 1939, công nghệ hàn dưới lớp thuốc lần đầu tiên được ứng dụng tại Liên Xô Đến năm 1942, nhờ ứng dụng thành công công nghệ này, ngành công nghiệp quốc phòng Liên Xô đã sản xuất được nhiều xe tăng hơn Đức, góp phần quan trọng vào chiến thắng chung của nhân loại trước hiểm họa phát xít.
Năm 1919, Roberts và Van Nuys đã thử nghiệm sử dụng khí để bảo vệ hồ quang hàn Đến năm 1940, phương pháp hàn sử dụng khí trơ bảo vệ hồ quang của điện cực vonfram trong hàn tấm mỏng và thép không gỉ mới được ứng dụng thành công, đặc biệt trong hàn dùng máy một chiều Năm 1946, nhờ bộ ion hóa tần số cao kết hợp với tụ điện có điện dung lớn, các nhà nghiên cứu đã sử dụng dòng điện xoay chiều cho phương pháp hàn này, mở ra bước tiến mới trong công nghệ hàn khí bảo vệ.
Năm 1950, hàn nhôm trong môi trường khí trơ bằng điện cực nóng chảy đã được ứng dụngSuccessfully, mở ra phương pháp hàn hiệu quả cho các kim loại nhẹ Sau đó, công nghệ này được mở rộng bằng cách sử dụng khí CO2 và hỗn hợp khí Argon và Oxy để hàn các loại kim loại khác nhau, nâng cao chất lượng và độ bền của mối hàn Đến năm 1960, phương pháp hàn xung bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí trơ đã được phát triển, góp phần nâng cao hiệu suất và kiểm soát quá trình hàn một cách chính xác hơn.
Năm 1949, dưới sự lãnh đạo của Viện sĩ E O Paton, công nghệ hàn điện xỉ ra đời, mở ra khả năng hàn các tấm kim loại rất dày Vào cuối những năm 1950, công nghệ hàn bằng tia điện tử xuất hiện, tạo điều kiện cho việc hàn các kết cấu kim loại đòi hỏi độ chính xác và chất lượng cao, đặc biệt trong ngành hàng không.
Hiện nay, có hơn 130 phương pháp hàn khác nhau được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp để chế tạo các sản phẩm từ nhỏ nhất như vi mạch điện tử đến lớn nhất như tàu biển và cầu đường Các kỹ thuật hàn này đóng vai trò quan trọng trong sản xuất và lắp ráp các thiết bị, công trình xây dựng có tính phức tạp cao Việc lựa chọn phương pháp hàn phù hợp giúp nâng cao chất lượng, độ bền và hiệu quả kinh tế của sản phẩm cuối cùng Nhờ sự đa dạng của các công nghệ hàn, ngành công nghiệp đang ngày càng phát triển và mở rộng quy mô sản xuất.
1.2 Thực chất, đặc điểm của hàn
Hàn là quá trình công nghệ nối hai hoặc nhiều phần tử (chi tiết, bộ phận) thành một khối bền vững bằng cách sử dụng nguồn nhiệt để nung nóng chỗ cần nối đến trạng thái hàn Quá trình này kết hợp kim loại lỏng tự kết tinh hoặc sử dụng ngoại lực ép chúng lại với nhau để tạo thành mối hàn chắc chắn Hàn đóng vai trò quan trọng trong việc liên kết các chi tiết kim loại với độ bền cao và độ chính xác Các kỹ thuật hàn hiện đại giúp nâng cao chất lượng và hiệu quả sản phẩm trong ngành công nghiệp cơ khí và xây dựng.
+ Trạng thái hàn có thể là trạng thái lỏng, dẻo và thậm chí là 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
Trong quá trình hàn, nếu kim loại cần nối có nhiệt độ thấp hoặc chỉ đạt tới trạng thái dẻo, việc tạo ra mối hàn chắc chắn yêu cầu phải có ngoại lực tác động Điều này giúp đảm bảo các chi tiết kim loại được liên kết chặt chẽ và ổn định hơn trong quá trình hàn Sử dụng ngoại lực đúng cách là yếu tố quan trọng để đạt được mối hàn có chất lượng cao, kể cả khi kim loại không đủ nhiệt độ để nóng chảy hoàn toàn.
Kết cấu hàn giúp tiết kiệm từ 10-20% khối lượng kim loại so với các phương pháp nối ghép khác như bulông, đinh tán Với cùng khả năng làm việc, phương pháp hàn mang lại hiệu quả vượt trội trong việc giảm trọng lượng tổng thể của kết cấu Điều này góp phần nâng cao hiệu suất và tiết kiệm vật liệu trong quá trình sản xuất và xây dựng.
- So với đóc, hàn có thể tiết kiệm được tới 50% khối lượng kim loại.
Việc sử dụng công nghệ hàn giúp giảm đáng kể thời gian và chi phí chế tạo kết cấu, nâng cao hiệu quả sản xuất Hệ thống hàn có năng suất cao, từ đó giảm cường độ lao động cho công nhân, đồng thời tăng độ bền và chắc chắn của kết cấu Nhờ vậy, quá trình thi công trở nên nhanh chóng, tiết kiệm chi phí và đảm bảo chất lượng công trình.