Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn hồ quang áp lực đến năng suất và chất lượng mối hàn trên thép cacbon

DANH SÁCH CÁC CH VI T T T ASME American Society of Mechanical ASTM American Society for Testing and Materials Hi p hội v t li u và th nghi m Mỹ AWS American Welding Society Hi p hội hà

M C L C

LÝ L CH KHOA H C i

L I CAM ĐOAN ii

C M T iii

TÓM T T iv

M C L C vi

DANH SÁCH CÁC CH VI T T T x

DANH SÁCH CÁC HÌNH xii

DANH SÁCH CÁC B NG xv

Ch ng 1: T NG QUAN 1

1.1 T ng quan v ph ng pháp hƠn h quang áp l c 1

1.2 Tình hình nghiên c u trong vƠ ngoƠi n c 4

1.2.1 Ngoài n c 4

1.2.1.1 Tổng quan về lý thuy t, công ngh , thi t b 4

1.2.1.2 Nh ng ngành công nghi p đư ng d ng công ngh ForceArc 7

1.2.1.3 Nh ng ng d ng liên quan đ n công ngh ForceArc 9

1.2.1 Trong n c 10

1.3 Tính c p thi t c ủa đ tài 12

1.4 Tính m i c ủa đ tài 13

1.5 ụ nghĩa khoa h c và th c ti n của đ tài 13

1.5.1 ụ nghĩa khoa h c 13

1.5.2 ụ nghĩa thực ti n 13

1.6 M c đích vƠ đ i t ng nghiên c u 13

1.6.1 M c đích nghiên c u 13

1.6.2 Đ i t ng nghiên c u 14

1.7 Nhi m v và gi i h n c ủa đ tài 14

1.7.1 Nhi m v c a đề tài 14

1.7.2 Gi i h n c a đề tài 14

1.8 Ph ng pháp nghiên c u và k ho ch th c hi n 14

1.8.1 Ph ơng pháp nghiên c u 14

1.8.2 K ho ch thực hi n 15

1.9 K t lu n 15

Ch ng 2: C S LÝ THUY T 16

2.1 H quang hƠn thông th ng và các tính ch t của nó 16

2.1.1 Hồ quang hàn thông th ng 16

2.1.2 Điều ki n để xuất hi n hồ quang hàn 16

2.2 Các y u t nh h ng đ n s d ch chuy n kim lo i vào b hàn 17

2.2.1 Các d ng d ch chuyển 17

2.2.1.1 D ch chuyển d ng cầu 18

2.2.1.2 D ch chuyển d ng phun 18

2.2.1.3 D ch chuyển d ng ng n m ch 19

2.2.2 Các y u t nh h ng đ n sự d ch chuyển gi t kim lo i vào bể hàn: 19

2.2.2.1 Tr ng l ng c a gi t kim lo i l ng 19

2.2.2.2 S c căng bề mặt 19

2.2.2.3 Lực từ tr ng 20

2.2.2.4 Áp lực khí 20

2.3 B n ch t c ủa h quang áp l c 21

2.4 u đi m của h quang áp l c so v i h quang phun 25

2.5 K t lu n 25

Ch ng 3: CÔNG NGH HÀN H QUANG ÁP L C 26

3.1 Chu ẩn b 26

3.1.1 Thi t b dùng để thực nghi m 26

3.1.2 Kiểu liên k t hàn 26

3.1.3 V t li u hàn 26

3.1.4 Chuẩn b mép vát 27

3.2 Ph ng pháp hƠn vƠ ch đ hàn 27

3.2.1 Ph ơng pháp hàn 27

3.2.2 Ch độ hàn 28

3.3 K t lu n 32

Ch ng 4: KI M TRA CH T L NG M I HÀN 33

4.1 nh h ng của khuy t t t đ n c tính liên k t hàn 33

4.1.1 nh h ng chung 33

4.1.2 nh h ng c a n t 33

4.1.3 nh h ng c a không ngấu 33

4.1.4 nh h ng c a rỗ khí, lẫn x 34

4.1.5 nh h ng c a hình dáng m i hàn 34

4.1.6 nh h ng c a l ch mép 35

4.2 Ki m tra không phá h ủy (NDT) 35

4.2.1 Kiểm tra bằng ch p nh phóng x (RT) 35

4.2.2 Kiểm tra bằng siêu âm (UT) 37

4.2.3 Kiểm tra bằng siêu âm màu ba chiều (PA-UT) 38

4.2.4 Kiểm tra bằng kỹ thu t nhi u x siêu âm (TOFD) 39

4.2.5 Lựa ch n ph ơng pháp kiểm tra không phá h y 40

4.3 Ki m tra c tính m i hàn 40

4.3.1 Th kéo tĩnh 41

4.3.2 Th u n tĩnh 42

4.3.3 Th độ c ng 43

4.3.4 Th độ dai va đ p 45

4.3.5 Lựa ch n ph ơng pháp kiểm tra cơ tính 46

4.3.5.1 Kích th c mẫu th kéo (Tiêu chuẩn AWS D1.1/D1.1M- 2010) 46

4.3.5.2 Yêu cầu đ i v i mẫu th kéo 46

4.3.5.3 Ph ơng pháp gia công mẫu 47

4.3.5.4 Ti n hành th kéo 49

4.4 Ki m tra t ch c m i hƠn (phơn tích kim t ng) 50

4.4.1 Nguyên lý và quy trình 50

4.4.2 Tổ ch c vi mô 51

4.5 K t lu n 53

Ch ng 5: QUY HO CH TH C NGHI M 54

5.1 Gi i h n các thông s nghiên c u th c nghi m 54

5.2 Hàm m c tiêu c ủa h th ng 54

5.3 Các thông s đầu vào nh h ng đ n quá trình nghiên c u 54

5.4 C s gi i h n các thông s nghiên c u đầu vào 55

5.5 Các y u t nghiên c u đầu vào 55

5.6 Phát bi u bài toán h p đen 55

5.7 Qui ho ch th c nghi m đ n y u t 56

5.7.1 K t qu nghiên c u nh h ng c a góc vát c nh 56

5.7.2 K t qu nghiên c u nh h ng c a c ng độ dòng đi n hàn 57

5.7.3 K t qu nghiên c u nh h ng c a đi n áp hàn 58

5.8 Quy ho ch th c nghi m y u t toàn ph ần 60

5.8.1 Mô hình hàm m c tiêu 60

5.8.2 Kiểm tra ý nghĩa c a các h s hồi qui 70

5.8.3 Kiểm tra sự t ơng thích c a ph ơng trình hồi qui 72

5.8.4 Tính h s xác đ nh R2 73

5.9 T i u hóa nghi m của ph ng trình 74

5.10 K t lu n 77

Ch ng 6: K T LU N 78

6.1 K t lu n 78

6.2 H ng phát tri n của đ tài 79

TÀI LI U THAM KH O 80

PH L C

DANH SÁCH CÁC CH VI T T T

ASME American Society of Mechanical

ASTM American Society for Testing

and Materials

Hi p hội v t li u và th nghi m

Mỹ AWS American Welding Society Hi p hội hàn Mỹ

CNC Computer Numerical Control Máy điều khiển ch ơng trình s DIN

Deutsches Institut fur Normung

= German Institute for

Standardization

Vi n tiêu chuẩn hóa Đ c

EN European Nations Tiêu chuẩn các qu c gia châu

Âu FAW Force Arc Welding Hàn hồ quang áp lực

GMAW Gas Metal Arc Welding Hàn hồ quang đi n cực nóng

ch y trong khí b o v GTAW Gas Tungsten Arc Welding Hàn hồ quang đi n cực không

nóng ch y trong khí b o v HAZ Heat Affected Zone Vùng nh h ng nhi t

JIS Japanese Industrial Standard Tiêu chuẩn công nghi p Nh t

MAG Metal Active Gas Hàn hồ quang đi n cực nóng

ch y trong khí ho t tính MIG Metal Inert Gas Hàn hồ quang đi n cực nóng

ch y trong môi tr ng khí trơ NDT Non- Destructive Testing Kiểm tra không phá h y

PA-UT Phased Array Ultrasonic Testing Kiểm tra siêu âm tổ h p pha

RT Radiographic Tomography Ch p nh phóng x

TIG Tungsten Inert Gas Hàn hồ quang đi n cực không

nóng ch y trong khí trơ TOFD Time of Flight Diffraction Kỹ thu t nhi u x siêu âm

TWI Welding Institute UK H c vi n hàn V ơng Qu c Anh

UT Ultrasonic Testing Kiểm tra siêu âm

WEDM Wire Electrical Discharge

Machining

Máy gia công tia l a đi n đi n cực dây

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Ch ng 1:

Hình 1.1: M i hàn đ c hình thành phía trong ng 1

Hình 1.2: Độ sâu nóng ch y c a m i hàn khi hàn bằng ph ơng pháp ForceArc (a) và ph ơng pháp thông th ng (b) 2

Hình 1.3: So sánh s l p hàn khi hàn bằng ph ơng pháp ForceArc (a) và ph ơng pháp thông th ng (b) 2

Hình 1.4: u điểm c a ph ơng pháp ForceArc (a) so v i ph ơng pháp thông th ng (b) khi hàn liên k t ch T 3

Hình 1.5: Vùng nh h ng nhi t khi hàn bằng ph ơng pháp ForceArc (a) và ph ơng pháp thông th ng (b) 3

Hình 1.6: Máy hàn Phoenix 500 c a hưng EWM, Đ c 6

Hình 1.7: Máy hàn Alpha Q551 c a hưng EWM, Đ c 6

Hình 1.8: Máy hàn Taurus T551 c a hưng EWM, Đ c 7

Hình 1.9: Tàu đi n c a Locomotive Dragon 8

Hình 1.10: Tàu tuần tra c a Sea-East 8

Hình 1.11: ng d ng trong ch t o bồn bể 9

Ch ng 2: Hình 2.1: Sự nóng ch y c a đi n cực khi hồ quang cháy 16

Hình 2.2: Sự d ch chuyển kim lo i l ng vào bể hàn d ng cầu 18

Hình 2.3: Hồ quang SprayArc 21

Hình 2.4: Đ ng biểu di n sự thay đổi dòng đi n và đi n áp theo th i gian c a hồ quang phun ng n 22

Hình 2.5: Hình nh tĩnh c a hồ quang ForceArc 23

Hình 2.6: Sự phân chia giai đo n c a lo i hồ quang ng n 23

Hình 2.7: Đ ng biểu di n sự thay đổi dòng đi n và đi n áp theo th i gian c a hồ quang áp lực 24

Hình 2.8: Sự truyền kim lo i vào bể hàn c a hồ quang áp lực 25

Ch ng 3: Hình 3.1: Liên k t hàn theo AWS D1.1/D1.1-M:2010 26

Hình 3.2: Các phôi hàn đ c vát góc 300, 400 và 500 27

Hình 3.3: Ch n s Job theo v t li u hàn và đ ng kính dây hàn 28

Hình 3.4: Job179 v i dòng đi n và đi n áp hàn 28

Hình 3.5: Job180 v i dòng đi n và đi n áp hàn 29

Hình 3.6: Job181 v i dòng đi n và đi n áp hàn 29

Hình 3.7: Kích th c m i hàn và ti t di n ngang kim lo i đ p 30

Hình 3.8: Phôi hàn v i góc vát 400 sau khi hàn l p th nhất 30

Hình 3.9: S l p hàn v i góc vát 300(3 l p, hình a) và góc vát 500(5 l p, hình b) 31 Hình 3.10: Hình dáng m i hàn mặt tr c (a) và mặt sau (b)(ch hàn một phía) 31

Ch ng 4: Hình 4.1: Kiểm tra bằng ph ơng pháp ch p nh phóng x (RT) 35

Hình 4.2: Thi t b ch p nh phóng x ICM X-RAY 36

Hình 4.3:Ph ơng pháp xung ph n hồi (a) và ph ơng pháp truyền qua (b) 37

Hình 4.4: ng d ng PA-UT để kiểm tra v t li u 38

Hình 4.5: Kiểm tra m i hàn bằng PA-UT 39

Hình 4.6: Kiểm tra khuy t t t m i hàn bằng kỹ thu t nhi u x siêu âm 39

Hình 4.7: Kiểm tra m i hàn bằng thi t b siêu âm Epoch 40

Hình 4.8: Kích th c mẫu th kéo theo tiêu chuẩn AWS D1.1/D1.1M- 2010 41

Hình 4.9: Kích th c mẫu th u n theo tiêu chuẩn AWS D1.1/D1.1M- 2010 43

Hình 4.10: Các ph ơng pháp đo độ c ng thông d ng 44

Hình 4.11: Các v trí cần th độ c ng 45

Hình 4.12: Mẫu chuẩn th độ vai va đ p rưnh V (a) và rưnh U (b) 45

Hình 4.13: Kích th c mẫu th kéo 46

Hình 4.14: V trí lấy mẫu th kéo 47

Hình 4.15: Mẫu th sau khi c t r i 47

Hình 4.16: Gia công mẫu th kéo trên máy phay CNC 48

Hình 4.17: Các mẫu th kéo sau khi đ c gia công 48

Hình 4.18: Th kéo trên máy INSTRON 49

Hình 4.19: Các mẫu th sau khi kéo đ t 49

Hình 4.20: Hình dáng mặt c t ngang m i hàn sau khi tẩm thực 51

Hình 4.21: Tổ ch c vi mô vùng m i hàn 51

Hình 4 22: Tổ ch c vi mô vùng ti p giáp (vùng viền ch y) 52

Hình 4.23: Tổ ch c vi mô vùng nh h ng nhi t (HAZ) 52

Hình 4.24: Tổ ch c vi mô vùng kim lo i cơ b n 52

Ch ng 5: Hình 5.1: Mô hình hộp đen cho quá trình nghiên c u 56

Hình 5.2: D ng ph ơng trình khi thay đổi góc vát  57

Hình 5.3: D ng ph ơng trình khi thay đổi c ng độ dòng đi n Ih 58

Hình 5.4: D ng ph ơng trình khi thay đổi đi n áp hàn Uh 59

DANH SÁCH CÁC B NG

Ch ng 3:

B ng 3.1: Thành phần hóa h c c a thép CT3 27

Ch ng 5: B ng 5.1: K t qu thí nghi m khi  thay đổi 57

B ng 5.2: K t qu thí nghi m khi Ih thay đổi 58

B ng 5.3: K t qu thí nghi m khi Uh thay đổi 59

B ng 5.4: B ng tổng h p giá tr c a các thông s đầu vào 64

B ng 5.5: B ng ma tr n quy ho ch thí nghi m 65

B ng 5.6: Đánh s mẫu th 66

B ng 5.7: B ng ma tr n quy ho ch thí nghi m m rộng 69

B ng 5.8: S li u để tính ph ơng sai lặp l i 71

B ng 5.9: S li u để tính ph ơng sai t ơng thích 73

B ng 5.10: S li u để tính h s xác đ nh 74

B ng 5.11: K t qu thực nghi m t i u hóa 76

Ch ng 1

T NG QUAN

1.1 T ng quan v ph ng pháp hƠn h quang áp l c

Ngày nay, vấn đề năng l ng và môi tr ng đang đ c th gi i quan tâm và

luôn h ng đ n sự hoàn thi n về m i mặt Do đó tất c các ngành công nghi p cũng cần nghiên c u đổi m i công ngh nhằm h n ch t i đa năng l ng s d ng, gi m

l ng khí th i khi s n xuất Trong lĩnh vực hàn, các ph ơng pháp hàn tiên ti n nh hàn hồ quang tự động d i l p thu c hay trong môi tr ng khí b o v , hàn plasma, hàn bằng tia laser, phần nào đáp ng đ c các yêu cầu trên, tuy nhiên các ph ơng pháp hàn trên vẫn còn tiêu t n năng l ng rất nhiều Ph ơng pháp hàn hồ quang áp lực (ForceArc) đ c xem là ph ơng pháp rất h u hi u và đang đ c quan tâm nhất

hi n nay

u điểm c a ph ơng pháp hàn hồ quang áp lực là:

- Hàn đ c tất c các kim lo i và h p kim, đặc bi t là các k t cấu d ng tấm,

d ng ng dầy Đ i v i các k t cấu này ch cần hàn một phía, phía còn l i m i hàn tự hình thành mà các ph ơng pháp hàn khác ch a hàn đ c

- Chất l ng m i hàn cao, không n t k t tinh, gi i h n bền cao hơn so v i hàn hồ quang thông th ng

- Thay th cho công ngh hi n nay khi hàn l p lót c a m i hàn có vát c nh

ph i thực hi n bằng ph ơng pháp hàn hồ quang đi n cực không nóng ch y trong môi tr ng khí trơ (Hàn TIG)

- Do nh h ng c a áp lực hồ quang nên độ sâu nóng ch y rất cao, có thể

- Tránh đ c thất thoát kim lo i do không có sự b n toé kim lo i l ng trên bề mặt v t hàn

- Kh c ph c đ c khuy t t t cháy c nh trên khi hàn liên k t góc và ch T

Để giúp cho các doanh nghi p có điều ki n t t hơn và thấy rõ hơn l i ích c a

vi c ng d ng công ngh tiên ti n vào s n xuất góp phần nâng cao năng suất và chất

l ng s n phẩm cũng nh h giá thành s n phẩm, đề tài ắNghiên c u ảnh h ởng

c a chế độ hàn hồ quang áp lực đến năng suất và chất l ợng mối hàn trên thỨp cácbon” là nhi m v chính c a lu n văn

Hàn hồ quang áp lực là b c ti n quan tr ng nhất về lĩnh vực hàn trong th p niên qua do hi u qu trong vi c s d ng năng l ng và tiêu th ít l ng khí hàn, không có sự b n tóe, ít bi n d ng và không n t k t tinh Bất kỳ kim lo i và h p kim nào cũng có thể hàn đ c bằng công ngh ForceArc, đ c ng d ng cho hầu h t các liên k t hàn khác nhau nh : Hàn giáp mí, hàn chồng mí, hàn góc, hàn ch T,

Theo th ng kê c a hưng HighTec Welding EWM (Đ c), n u thay th

ph ơng pháp hàn hồ quang thông th ng bằng ph ơng pháp hàn ForceArc vào trong s n xuất s gi m đ c 37% kh i l ng kim lo i đ p, 57% l u l ng khí b o

v và đi n năng tiêu th , tổng chi phí ti t ki m đ c c tính kho ng 40%, một con

s rất hấp dẫn cho các doanh nghi p trong n c

V i nh ng đặc điểm nổi b t nh trên thì đề tài ắNghiên c u ảnh h ởng c a chế độ hàn hồ quang áp lực đến năng suất và chất l ợng mối hàn trên thỨp cácbon”

là rất cần thi t trong xu th hội nh p c a n c ta hi n nay

1.2 Tình hình nghiên c u trong vƠ ngoƠi n c

1.2.1 NgoƠi n c

1.2.1.1 T ng quan v lý thuy t, công ngh , thi t b

 V lý thuy t:

Ph ơng pháp hàn hồ quang đi n cực nóng ch y trong môi tr ng khí b o v

đ c phát minh vào năm 1920 b i P.O.Nobel Ngày nay, cùng v i sự phát triển c a khoa h c và công ngh , ph ơng pháp này không ngừng đ c các qu c gia trên th

gi i nghiên c u, đặc bi t là các qu c gia châu Âu và khu vực B c Mỹ (Đ c, Pháp, Italy, Th y Điển, Mỹ…) và đư cho ra đ i rất nhiều ph ơng pháp hàn m i mà tiên phong là hưng EWM c a Đ c đư phát minh và hoàn ch nh ph ơng pháp hàn hồ

quang áp lực (ForceArc) đ c xem là ph ơng pháp hàn v t li u dầy t i u nhất tính

đ n th i điểm hi n t i

Năm 1980, Kỹ s ng i Đ c Hans-Ulrich Pomaska, một trong nh ng ng i tiên phong trong công ngh hàn khí b o v , đư nghiên c u một lo i hồ quang ng n, phun m nh, không cần ch ng ng n m ch Nó hình thành v i đi n áp thấp hơn, chiều dài hồ quang và th i gian ng n m ch ng n hơn, tuy nhiên có sự tăng lên không đáng

kể c a dòng đi n hàn Khi hồ quang này xuất hi n, không có sự văng b n kim lo i, không gây ra ti ng ồn nh hồ quang thông th ng Đây là lo i hồ quang đư nhanh chóng nh n đ c sự ng hộ khi đ a vào s d ng và nó đư làm thay đổi hoàn toàn các khái ni m tr c đó Nh ng đặc điểm trên chính là tính chất cơ b n c a ph ơng pháp hàn hồ quang áp lực M i hàn khi hàn bằng ph ơng pháp này đư đ c The Test House, Cambridge c a H c vi n hàn V ơng Qu c Anh (TWI) kiểm tra và cấp giấy ch ng nh n đ t chất l ng vào năm 2010

 V công ngh :

Về cơ b n, công ngh hàn hồ quang áp lực cũng t ơng tự nh công ngh hàn

hồ quang đi n cực nóng ch y trong môi tr ng khí b o v , t c là cũng bao gồm các khâu chuẩn b liên k t tr c khi hàn, ch n ch độ hàn và kỹ thu t hàn Điểm khác

bi t đây là công ngh hàn hồ quang áp lực trên thép cácbon s d ng khí b o v là khí trộn (Argon + CO2) và dùng hồ quang d ch chuyển d ng ng n m ch để hàn

 V thi t b :

Hi n nay có rất nhiều hưng ng d ng nguyên lý ForceArc để ch t o thi t b hàn nh DAIHEN, Panasonic, Telwin, Miller, Lincoln, T p đoàn HighTec EWM (Đ c) cũng đư ch t o thành công thi t b hàn s d ng nguyên lý này vào năm 2008

và cho ra đ i nhiều dòng thi t b ngày càng hoàn thi n Một s thi t b c a hãng EWM có s d ng công ngh ForceArc:

Hình 1.6 : Máy hàn Phoenix 500 c a hãng EWM, Đ c [25]

Hình 1.8 : Máy hàn Taurus T551 c a hãng EWM, Đ c [25]

1.2.1.2 Nh ng ngành công nghi p đƣ ng d ng công ngh ForceArc

Hi n nay đư có gần 200 công ty trên th gi i (theo th ng kê c a Group) ng d ng công ngh và thi t b hàn ForceArc vào trong s n xuất Do chất

EWM-l ng m i hàn cao, đôi khi v t quá kim EWM-lo i cơ b n nên đ c s d ng trong các ngành công nghi p quan tr ng nh đóng tàu, ch t o toa xe, đ ng ng dẫn nhiên

li u, bồn bể ch u áp lực,

Năm 2011, hưng Locomotive Dragon, một trong nh ng hưng ch t o tàu đi n hàng đầu c a Đ c đư ch t o ph ơng ti n TRACO-2011 ZNLE v i sự l p ráp khung s n bằng ph ơng pháp hàn hồ quang áp lực và đư c i thi n đ c sự bi n

d ng, tăng độ chính xác về kích th c, độ bền, t c độ thi t k c a ph ơng ti n lên

đ n 200 km/h

Hình 1.9 : Tàu điện c a Locomotive Dragon [28]

Cũng trong năm 2011, Công ty đóng tàu Sea-East (Pháp) cũng đư ng d ng

ph ơng pháp hàn này trong vi c ch t o khung s n và v tàu, độ bền tăng kho ng 30% so v i hàn MIG/MAG thông th ng

Từ đó đ n nay, hàng lo t các công ty khác đư thấy đ c hi u qu c a ph ơng pháp hàn này, đặc bi t là các công ty chuyên l p ráp h th ng đ ng ng, ch t o bồn bể,

Hình 1.11 : ng dụng trong chế tạo bồn bể [25]

1.2.1.3 Nh ng ng d ng liên quan đ n công ngh ForceArc

Dựa trên nguyên lý cơ b n c a ph ơng pháp hàn hồ quang áp lực, các nhà nghiên c u đư phát minh ra các công ngh sau:

- Công ngh RootArc: Là công ngh hàn l p lót nh ng m i hàn nhiều

đ ng nhiều l p u điểm c a công ngh này là khi hàn l p lót bề mặt này thì

m i hàn phía đ i di n cũng đ c hình thành ( ng d ng để hàn ng)

- Công ngh PulseArc: Là công ngh dùng hồ quang xung để hàn các kim

lo i và h p kim b bao ph l p bề mặt một l p ôxýt mà n u hàn bằng ph ơng pháp thông th ng s rất khó phá h y l p ôxýt này, không có kim lo i b b n tóe trên bề mặt ( ng d ng để hàn nhôm, h p kim nhôm)

- Công ngh ColdArc: Là công ngh dùng hồ quang ắl nh” để hàn các kim

lo i và h p kim có l p bao ph bề mặt ch ng ôxy hóa (Ví d : Thép m k m) Khi

áp d ng công ngh này, vùng nh h ng nhi t rất nh và do đó s h n ch sự cháy

l p ph bề mặt Đặc bi t công ngh này còn đ c ng d ng để hàn kim lo i và h p kim có chiều dày nh

- Công ngh PipeSolution: Đ i v i công ngh này có thể chuẩn b mép hàn hình ch U thay vì ch V Nh th s ti t ki m đ c một l ng l n kim lo i đ p và năng l ng s d ng ( ng d ng để hàn ng, bồn bể)

1.2.1 Trong n c

Công ngh hàn nóng ch y trong môi tr ng khí b o v (GMAW) n c ta

đư tr i qua một quá trình hơn 30 năm, v i nh ng đặc điểm riêng liên quan đ n đặc thù nền kinh t và trình độ s n xuất công ngh Thực t quá trình nghiên c u và ng

d ng công ngh GMAW ch a đáp ng đ c nhu cầu s n xuất công nghi p Nh n

thấy tầm quan tr ng và ý nghĩa c a ph ơng pháp công ngh hàn này trong nền s n

xuất công nghi p từ nh ng năm b y m ơi, các cơ quan nghiên c u và các ngành

qu n lý s n xuất công nghi p đư quan tâm đ n lĩnh vực công ngh hàn này T i hội ngh Hàn toàn qu c lần th nhất 1979, báo cáo c a PGS Nguy n Tăng Long, Vi n khoa h c công ngh Qu c phòng, cũng nh báo cáo c a Vi n khoa h c Xây dựng

đư phân tích, đánh giá vai trò quan tr ng c a công ngh hàn trong môi tr ng khí

b o v trong s n xuất công nghi p và sự cần thi t nghiên c u ng d ng lĩnh vực công ngh này vào thực t s n xuất công nghi p n c ta nói chung một s ngành

s n xuất công nghi p, nh ngành đ ng s t Vi t Nam, ngành giao thông v n t i, xây dựng, cơ khí nói riêng, công ngh GMAW đư đ c quan tâm đ n trong nhiều báo cáo, các hội th o và các dự án phát triển s n xuất

Công trình nghiên c u đầu tiên về lĩnh vực công ngh GMAW n c ta

đ c triển khai t i Vi n khoa h c kỹ thu t xây dựng Vi c nghiên c u đ c ti n hành trên cơ s trang thi t b và v t li u c a Th y Điển Báo cáo giám đ nh đề tài này đư khẳng đ nh rõ nh ng u điểm, tính hi u qu kinh t cao, và triển v ng to l n

c a vi c ng d ng công ngh GMAW vào s n xuất cơ khí c a đất n c

Đề tài nghiên c u khoa h c cấp nhà n c c a Vi n Khoa h c kỹ thu t xây

dựng đư giám đ nh Song, sau đó hơn 10 năm, vi c ng d ng công ngh GMAW vào thực t s n xuất vẫn ch a đ c quan tâm đúng m c Vi c ng d ng công ngh GMAW trong giai đo n tr c năm 1990 vào s n xuất ch a mang l i hi u qu thi t

thực, có thể có nhiều nguyên nhân nh ng nguyên nhân chính xuất phát từ hai khía

c nh Một là do thực t s n xuất công nghi p đang trong cơ ch qu n lý quan liêu bao cấp nh ng ch a có sự c nh tranh gay g t về năng suất lao động và chất l ng

s n phẩm Kh năng th hai có thể căn b n hơn đó là sự nghiên c u đầu t làm ch

công ngh hàn GMAWtrong s n xuất còn ít, nên có nhiều khó khăn ách t c n y sinh Đó là sự không ổn đ nh trong quá trình hàn dẫn đ n không ổn đ nh chất l ng,

nh ng do h n ch về điều ki n kinh phí nên đư ch a đ c gi i quy t đúng m c và

vì v y ta vẫn ch a ng d ng đ i trà công ngh hàn GMAWvào s n xuất đ c

Nh v y các nghiên c u tr c đây tuy đư t o đ c tiền đề cho sự phát triển công ngh hàn GMAW Vi t Nam, song vi c áp d ng công ngh hàn này vào thực

t vẫn ch a đ c rộng rưi Nó đòi h i ph i gi i quy t một s nội dung khoa h c - công ngh g n liền v i điều ki n thực t Vi t Nam Và ch khi đư nghiên c u gi i quy t nh ng nội dung khoa h c kỹ thu t đó, từng b c ch độ công ngh , xác đ nh

ch độ công ngh hàn phù h p thì m i có thể áp d ng công ngh GMAW vào thực

t điều ki n Vi t Nam ta đ c

Nh đư kh o sát và phân tích phần trên, công ngh GMAW cũng nh các công ngh khác, nó bao gồm các vấn đề về thi t b , v t li u, công ngh Trong đó, thi t b hàn đư đ c th gi i nghiên c u kỹ

Thực t ngày nay, trên đất n c ta hi n nay đang tồn t i nhiều thi t b hàn dùng cho công ngh GMAW Đặc bi t có nhiều lo i thi t b hi n đ i c a các hãng hàng l n trên th gi i nh : DAIHEN, Panasonic, Telwin, EWM, Miller, Lincoln đang đ c chào bán trên th tr ng n c ta

Nh v y còn l i vấn đề công ngh là cần quan tâm nghiên c u Các công trình nghiên c u Khoa h c - công ngh trong n c tr c đây cũng đề c p đ n vấn

đề này Tuy nhiên vi c nghiên c u ng d ng công ngh hàn m i trong s n xuất nhằm nâng cao chất l ng m i hàn, gi m th i gian gia công, h giá thành s n phẩm

hi n nay n c ta ch a đ c quan tâm đúng m c Đặc bi t, ph ơng pháp hàn dùng

áp lực hồ quang để tăng độ sâu ngấu c a m i hàn là công ngh hàn nóng ch y trong môi tr ng khí b o v tiên ti n nhất hi n nay nh ng n c ta đó là một lĩnh vực khá m i m

Theo kh o sát hi n nay hầu nh không có doanh nghi p nào trong n c s

d ng ph ơng pháp hàn này vào s n xuất

Các công ty có thể ng d ng công ngh hàn này một cách có hi u qu nh :

S n xuất nồi hơi, bồn bể, ch t o đ ng ng, k t cấu nhà x ng, dầm cầu, thang máy, toa xe, các nhà máy đóng tàu thép và h p kim nhôm (Sông Cam, 198 Bộ Qu c Phòng, Bourbon Long An, Strategic Marine Vũng Tàu, ), đặc bi t thích h p v i Công ty cổ phần LILAMA 45.1 chuyên ch t o dầm cầu thép để ph c v cho các công trình cầu v t khu vực Thành ph Hồ Chí Minh hi n nay, nh ng các công ty trên vẫn ch a dám m nh d n đầu t vì ch a hiểu rõ về công ngh này

1.3 Tính c p thi t c ủa đ tài

Theo quy t đ nh s 49/2010/QĐ-TTg ngày 19 tháng 7 năm 2010 c a Th

t ng Chính ph phê duy t Danh m c công ngh cao đ c u tiên đầu t phát triển

và Danh m c s n phẩm công ngh cao đ c khuy n khích phát triển trong đó có danh

m c công ngh hàn và thi t k tàu th y cỡ l n đ c u tiên đầu t phát triển, tuy nhiên s l ng công ty đầu t cho lĩnh vực này rất ít

Trong khi đó, hi n nay trên th gi i và Vi t Nam đều có xu h ng nghiên

c u ng d ng công ngh hàn m i vào trong s n xuất, nhất là ph ơng pháp hàn nóng

ch y trong môi tr ng khí b o v Tuy nhiên tình hình triển khai và ng d ng công ngh này Vi t Nam còn rất h n ch Một trong nh ng nguyên nhân khi n kỹ thu t công ngh này ch a đ c ng d ng rộng rưi Vi t Nam là vì các công ty c a Vi t Nam ch a làm ch đ c công ngh này, ch a n m đ c quy trình v n hành, ch a

có đội ngũ các kỹ thu t viên đ c đào t o bài b n về công ngh Và trên h t, h

th ng thi t b ch a đ c trang b đầy đ , đáp ng đ c yêu cầu c a thực ti n s n xuất

Đón đầu và hòa nh p v i xu h ng nghiên c u trên th gi i nêu trên, đề tài

ắNghiên c u ảnh h ởng c a chế độ hàn hồ quang áp lực đến năng suất và chất

l ợng mối hàn trên thỨp cácbon” s giúp các doanh nghi p hiểu rõ hơn về l i ích

c a công ngh hàn hồ quang áp lực, từ đó s có đ nh h ng đúng trong vi c đầu t thi t b công ngh cao vào trong s n xuất nhằm tăng năng suất lao động, h giá

thành s n phẩm, góp phần ổn đ nh nền kinh t hi n nay

1.4 Tính m i c ủa đ tài

- Nghiên c u năng suất và chất l ng m i hàn khi hàn bằng ph ơng pháp hàn hồ quang áp lực, một trong nh ng ph ơng pháp hàn m i hi n nay ch a có h c

vi n, trung tâm nào Vi t Nam nghiên c u

- Đề suất thay đổi góc vát c nh khi hàn trên v t li u dầy nhằm gi m đ c s

l p hàn mà chất l ng m i hàn vẫn đ c đ m b o

- Đề suất thay đổi quy trình hàn l p lót c a liên k t hàn nhiều đ ng nhiều

l p do công ngh hi n nay khi hàn l p lót ph i hàn bằng ph ơng pháp hàn TIG

1.5 ụ nghĩa khoa h c và th c ti n của đ tài

1.5.1 ụ nghĩa khoa h c

Đề tài nghiên c u về ph ơng pháp hàn hồ quang áp lực trên thi t b hàn Alpha Q551-EWM nhằm m c đích m rộng kh năng công ngh trong lĩnh vực hàn

1.5.2 ụ nghĩa th c ti n

Nghiên c u ph ơng pháp hàn hồ quang áp lực trên thi t b hàn Alpha EWM để hàn nh ng kim lo i và h p kim có chiều dầy l n, gi m góc vát c nh khi chuẩn b chi ti t hàn, t i u hoá các thông s hàn, đ t chất l ng, hi u qu về mặt

Q551-kỹ thu t và kinh t cao Vì th , đề tài có tính ng d ng trong vi c hàn nh ng k t cấu dầy ch hàn đ c một phia, phía còn l i không thể hàn đ c hoặc kh năng hàn rất h n ch

1.6 M c đích vƠ đ i t ng nghiên c u

1.6.1 M c đích nghiên c u

Vi c nghiên c u và ng d ng thành công đề tài này s mang l i kh năng

đ a vào ng d ng trong s n xuất một công ngh tiên ti n có các kh năng sau:

- Thay th quy trình s n xuất hi n nay khi hàn l p lót c a m i hàn có vát

c nh ph i thực hi n bằng ph ơng pháp hàn TIG

- Gi m góc vát c nh khi hàn v t li u dầy Khi hàn bằng công ngh thông

th ng thì theo tiêu chuẩn AWS, ASME đều yêu cầu góc vát c nh là 600 ng

d ng đề tài này, góc vát c nh s gi m xu ng còn 30 - 400, s l p hàn s gi m đi rất nhiều

- Giúp cho các doanh nghi p thấy đ c l i ích c a ph ơng pháp hàn hồ quang áp lực khi đ c ng d ng vào trong s n xuất nh : gi m đ c th i gian hàn,

1.7 Nhi m v và gi i h n c ủa đ tài

1.7.1 Nhi m v c ủa đ tài

- Nghiên c u cơ s lý thuy t c a quá trình hàn hồ quang áp lực

- Xác đ nh các thông s cơ b n c a quá trình hàn

- Xây dựng mô hình và thực nghi m đ i v i v t li u là thép cácbon

- Kiểm tra cơ tính và tổ ch c m i hàn

- So sánh k t qu v i công ngh hàn tiên ti n hi n có n c ta

1.7.2 Gi i h n c ủa đ tài

- Ch nghiên c u trên v t li u thép cácbon thấp, liên k t giáp mí

- Đề tài ch thực sự mang l i hi u qu rõ r t khi thực hi n trên k t cấu d ng tấm có chiều dầy l n (từ 20mm tr lên)

- Phân tích các d li u, xây dựng mô hình tính toán

- Xây dựng mô hình thực nghi m, ti n hành thực nghi m (có s d ng quy

ho ch thực nghi m) và x lý s li u thực nghi m

- Tham kh o các trang Web có nội dung liên quan

- Xây dựng cơ s lý thuy t và mô hình tính toán

- Chuẩn b mép vát tr c khi hàn hồ quang áp lực

- Ti n hành hàn t i Công ty Schindler, Khu công nghi p Bình Chiểu, Th

Đ c, Thành ph Hồ Chí Minh

- Kiểm tra không phá h y m i hàn (siêu âm) t i phòng KCS c a Xí nghi p Liên H p Ba Son

- Gia công mẫu th t i tr ng Cao đẳng nghề Thành ph Hồ Chí Minh

- Kiểm tra cơ tính và tổ ch c m i hàn t i phòng thí nghi m s c bền v t li u

c a tr ng Cao đẳng S Ph m Kỹ Thu t Vĩnh Long

- Kiểm tra tổ ch c m i hàn t i phòng thí nghi m V t li u h c c a tr ng Đ i

h c S Ph m Kỹ Thu t TP.HCM

- Phân tích, so sánh, đ i chi u các k t qu thực nghi m, k t lu n

1.9 K t lu n

- Các s n phẩm hay các k t cấu đ c hàn bằng ph ơng pháp hàn hồ quang

áp lực đóng vai trò rất quan tr ng, có ý nghĩa to l n trong cuộc s ng và trong các ngành kỹ thu t, vì th vi c nghiên c u nh h ng c a ch độ hàn đ n năng suất và chất l ng m i hàn là rất cần thi t và mang tính cấp thi t trong giai đo n hi n nay

- Vấn đề môi tr ng và năng l ng, đặc bi t là chất l ng m i hàn đặt ra ngày càng cao trong nhiều ngành công nghi p và s n xuất, v i vi c nghiên c u ng

d ng ph ơng pháp hàn ForceArc đ i v i k t cấu d ng tấm nhằm tăng độ bền, ti t

ki m chi phí s n xuất

Ch ng 2

C S Lụ THUY T

Để ng d ng ph ơng pháp hàn hồ quang áp lực vào trong s n xuất thì vấn đề cần quan tâm tr c tiên là ph i n m v ng nh ng y u t nh h ng đ n năng suất và chất l ng m i hàn

2.1 H quang hƠn thông th ng và các tính ch t của nó

2.1.1 H quang hƠn thông th ng

Hi n t ng hồ quang đ c phát minh vào năm 1802 b i nhà bác h c Nga V Pêtr p nh ng mưi t i năm 1882 m i đ c đ a vào ng d ng để nung ch y kim lo i Nguồn nhi t c a hồ quang đi n này đ c ng d ng để hàn kim lo i và ph ơng pháp

n i ghép này đ c g i là hàn hồ quang

Hồ quang là hi n t ng phóng đi n cực m nh và liên t c qua môi tr ng khí

đư b ion hóa gi a các đi n cực Hồ quang hàn phát ra một nguồn ánh sáng rất m nh

và cung cấp một nguồn nhi t rất l n Nguồn nhi t có độ t p trung cao dùng để làm nóng ch y v t li u hàn và kim lo i cơ b n

1-Vùng c n an t; 2-Cột hồ quang; 3-Vùng c n cat t

2.1.2 Đi u ki n đ xu t hi n h quang hàn

Thực chất c a hồ quang là dòng chuyển động có h ng c a các phần t mang đi n (ion âm, ion d ơng, đi n t ) trong môi tr ng khí, trong đó đi n t có vai trò rất quan tr ng

1

2

3

Trong điều ki n bình th ng, không khí gi a hai đi n cực tr ng thái trung hòa nên không dẫn đi n Khi gi a chúng xuất hi n các phần t mang đi n thì s có dòng đi n đi qua, vì v y để t o ra hồ quang, ta cần t o ra môi tr ng có các phần t mang đi n Quá trình đó g i là quá trình ion hóa Môi tr ng có ch a các phần t ion hóa g i là môi tr ng ion hóa Quá trình các đi n t thoát ra từ bề mặt đi n cực

để đi vào môi tr ng khí g i là quá trình phát x đi n t hay là phát x electron Năng l ng để làm thoát đi n t ra kh i bề mặt các chất r n g i là công thoát electron

Khi có đi n áp, d i tác d ng c a đi n tr ng, các đi n t trong môi tr ng

s chuyển động từ cat t (-) đ n an t (+) và phát triển v i v n t c l n V i sự chuyển động đó, các đi n t s va ch m vào các phân t , nguyên t trung hòa truyền năng

l ng cho chúng và k t qu làm tách các đi n t kh i phân t , nguyên t và t o nên các ion Nh v y thực chất c a quá trình ion hóa không khí gi a hai đi n cực là do

sự va ch m gi a các đi n t đ c tách ra từ đi n cực v i các phần t trung hòa không khí K t qu quá trình ion hóa là sự xuất hi n các phần t mang đi n gi a hai

đi n cực và hồ quang xuất hi n (nói cách khác là có sự phóng đi n gi a hai đi n cực qua môi tr ng không khí)

Nh v y mu n cho hồ quang phát sinh m nh ph i t o ra một năng l ng cần thi t để làm thoát các đi n t Nguồn năng l ng này có thể thực hi n bằng hai bi n pháp:

- Tăng đi n áp gi a hai đi n cực nh bộ khuy ch đ i

- Tăng c ng độ dòng đi n để tăng nguồn nhi t bằng cách cho ng n m ch

Tuy nhiên, c hai bi n pháp trên đều tiêu t n đáng kể đi n năng nên đề tài s không thực hi n theo h ng này

2.2 Các y u t nh h ng đ n s d ch chuy n kim lo i vào b hàn

2.2.1 Các d ng d ch chuy n

Hàn hồ quang đi n cực nóng ch y trong môi tr ng khí b o v (GMAW) là quá trình hàn mà hồ quang đ c hình thành gi a đi n cực và v t hàn t o ra nhi t độ rất cao (60000C) làm nóng ch y và t o thành gi t đầu đi n cực Gi t kim lo i l ng

đ c tách ra và rơi xu ng t o thành bể hàn trên bề mặt v t hàn Bể hàn ch u nh

h ng c a áp lực hồ quang và sự dao động đ nh kỳ do gi t kim lo i l ng rơi vào

Các d ng d ch chuyển c a kim lo i l ng vào bể hàn bao gồm:

2.2.1.1 D ch chuy n d ng c ầu

Gi t kim lo i hình thành ch m trên đi n cực và l u l i đây lâu N u kích

th c gi t kim lo i đ l n, nó s chuyển vào bể hàn theo các h ng khác nhau (đồng tr c hoặc l ch tr c dây hàn) do tr ng lực hoặc do sự ng n m ch Kích th c

gi t kim lo i l ng d ng cầu ph thuộc vào lo i khí s d ng, v t li u và kích th c

đi n cực, đi n áp hồ quang, dòng đi n hàn và cực tính Khi đi n áp hồ quang và kích th c đi n cực tăng thì đ ng kính gi t tăng, còn khi dòng đi n hàn tăng s làm gi m đ ng kính gi t

Quá trình hàn v i sự d ch chuyển gi t kim lo i d ng cầu đ c ng d ng ch

y u cho các liên k t v trí bằng

2.2.1.2 D ch chuy n d ng phun

d ng này kim lo i đi qua hồ quang d ng các gi t kim lo i rất nh đ c

đ nh h ng đồng tr c Đ ng kính gi t kim lo i bằng hoặc nh hơn đ ng kính

đi n cực

Hàn hồ quang kiểu phun rất thích h p để hàn các chi ti t t ơng đ i dầy v i dòng đi n cao

2.2.2 Các y u t nh h ng đ n s d ch chuy n gi t kim lo i vào b hàn:

Sự d ch chuyển c a kim lo i l ng từ đi n cực vào bể hàn không nh ng nh

h ng đ n sự t o thành m i hàn, mà còn nh h ng đ n thành phần và chất l ng

m i hàn Khi hàn hồ quang tay hay hàn bằng bất c ph ơng pháp nào và hàn bất

kỳ v trí nào thì kim lo i l ng cũng đều chuyển d ch từ đi n dực vào bể hàn d i

d ng nh ng gi t kim lo i có kích th c khác nhau Sự chuyển d ch c a kim lo i

l ng từ que hàn vào bể hàn là do các y u t sau:

2.2.2.1 Tr ng l ng của gi t kim lo i l ng

Nh ng gi t kim lo i đ c hình thành mặt đầu que hàn, d i tác d ng c a

tr ng lực s d ch chuyển từ trên xu ng d i theo ph ơng thẳng đ ng vào bể hàn Lực tr ng tr ng ch có tác d ng làm chuyển d ch các gi t kim lo i l ng vào bể hàn khi v trí sấp, còn khi hàn ng a y u t này hoàn toàn không thu n l i

Sự rơi tự do c a gi t kim lo i l ng s gây ra dao động trong bể hàn làm cho

bề mặt c a m i hàn gồ ghề sau khi đông đặc

2.2.2.2 S c căng b mặt

S c căng bề mặt sinh ra do tác d ng c a lực phân t Lực phân t luôn có khuynh h ng t o cho bề mặt kim lo i l ng có một năng l ng nh nhất, t c là làm cho bề mặt kim lo i l ng thu nh l i Mu n v y thì nh ng gi t kim lo i l ng ph i có

d ng hình cầu Nh ng gi t kim lo i l ng hình cầu ch mất đi khi chúng rơi vào bể hàn và b s c căng bề mặt c a bể hàn kéo vào thành d ng chung c a nó Chính vì

nh ng gi t kim lo i hình cầu này mà trong quá trình hàn s b thất thoát đi một

l ng l n kim lo i l ng do sự văng b n c a chúng trên bề mặt v t hàn d i tác

gi t kim lo i l ng từ đầu que hàn vào bể hàn m i v trí

N u từ tr ng xung quanh cột hồ quang phân b đ i x ng thì không có tác

h i gì Nh ng n u từ tr ng phân b không đ i x ng thì hồ quang s b thổi l ch về phía từ tr ng y u hơn

2.2.2.4 Áp l c khí

Khi hàn, kim lo i l ng đầu que hàn b quá nhi t m nh và sinh ra khí nhi t độ cao, thể tích c a khí tăng và t o ra áp lực l n đ để đẩy các gi t kim lo i

l ng tách kh i đầu que hàn để đi vào bể hàn

Áp lực khí cũng gi ng nh tr ng l ng c a gi t kim lo i l ng gây dao động cho bể hàn

Nh v y d i tác d ng c a các y u t trên s nh h ng đáng kể đ n năng suất và chất l ng m i hàn Để gi m t i thiểu sự nh h ng c a các y u t trên, các

n c s h u công ngh hàn tiên ti n nh Đ c, Pháp, Italy, Mỹ, … mà tiên phong là

h ng EWM c a Đ c đư phát minh và hoàn ch nh ph ơng pháp hàn hồ quang áp lực (ForceArc) đ c xem là công ngh hàn v t li u dầy t i u nhất tính đ n th i điểm

hi n t i b i vì nó có kh năng ti t ki m đ c 40% chi phí s n xuất

2.3 B n ch t c ủa h quang áp l c

Các d ng d ch chuyển c a kim lo i l ng vào bể hàn khi hàn hồ quang đi n cực nóng ch y trong môi tr ng khí b o v bao gồm d ch chuyển d ng cầu, d ch chuyển d ng phun và d ch chuyển d ng ng n m ch

Hồ quang th ng đ c ng d ng để hàn hi n nay là hồ quang phun (SprayArc) Khi hàn GMAW thì bề mặt m i hàn có thể đ c b o v bằng khí trơ (Hêli, Argon), khí ho t tính (CO2) hoặc khí trộn (CO2 + Ar) Cho đ n cu i nh ng năm 1980, tiêu chuẩn DIN 1910-4 đư cho ra đ i các khái ni m m i về sự d ch chuyển c a gi t kim lo i vào bể hàn nh ắfine droplets”, ắshort-circuit-proof” (t m

d ch là gi t m n, ch ng ng n m ch) Tuy nhiên, để thực hi n đ c điều này thì hồ quang ph i dài, t c là đi n áp hồ quang l n (đi n áp hàn t l thu n v i chiều dài hồ quang) (Hình 2.3) Điều này s không có l i trong một s tr ng h p b i vì hồ quang s bi n thành hồ quang thổi gây thất thoát kim lo i l ng, đặc bi t là một s nguyên t h p kim nh h ng đ n chất l ng m i hàn

Hans-Ulrich Pomaska đề xuất thu ng n hồ quang phun bằng cách h thấp

đi n áp, chiều dài và th i gian ng n m ch rất ng n, tuy nhiên khi đó s có sự tăng lên c a đi n áp nh ng sự thay đổi này rất ít Không có sự b n tóe x y ra trong quá trình này, ch có ánh sáng c a hồ quang Trong quá trình hồ quang cháy ch nghe

ti ng tanh tách thay vì ti ng động l n c a hồ quang SprayArc Hình 2.4 thể hi n

đ ng biểu di n sự thay đổi c a c ng độ dòng đi n và đi n áp theo th i gian đặc

tr ng c a quá trình này

Hình 2.4 : Đ ờng biểu diễn sự thay đổi dòng điện và điện áp theo thời gian c a hồ

quang phun ngắn [9]

Một s tr ng h p mong mu n hồ quang ng n hơn n a, t c là ti p t c gi m

đi n áp hồ quang, nh ng không thể thực hi n đ c vì khi đó s b ng n m ch và gây nên sự b n tóe n u hồ quang cháy tr l i Nh vào công ngh c a bi n tần và kỹ thu t điều khiển s hi n đ i, ng i ta đư can thi p đ c vào quá trình này bằng cách kiểm soát nhanh t c độ c a hồ quang ng n v i th i gian ng n m ch lâu hơn Dòng

đi n ch y qua nhanh chóng để gây hồ quang cho đ n khi đ t đ c đi n áp danh nghĩa cài đặt làm gi m m nh th i gian c a pha ng n m ch và gi m sự hình thành

b n tóe đ n m c t i thiểu Lo i hồ quang m i này là k t qu nghiên c u c a quá trình phát triển công ngh đ c g i là hồ quang áp lực (ForceArc) s đ c trình bày

rõ hơn d i đây

Hồ quang đ c rút ng n bằng cách ti p t c gi m đi n áp thấp hơn so v i lo i

hồ quang ng n Hình 2.5 minh h a s d ng hình nh tĩnh từ một phim t c độ cao thể hi n hồ quang cháy trong lòng bể kim lo i nóng ch y t o nên một áp lực Điều này t o điều ki n t t cho các gi t kim lo i l ng di chuyển liên t c vào bể hàn V i

sự d ch chuyển d ng này s có một s gi t ti p xúc nhau t o ra sự ng n m ch t m

th i và s gây ra sự b n toé n u hồ quang cháy tr l i Để dòng đi n và đi n áp vẫn duy trì trong th i gian ng n m ch, ng i ta s d ng chu kỳ ng n m ch khi hàn hồ quang ng n

Hình 2.5 : Hình ảnh tĩnh c a hồ quang ForceArc [9]

Khi các gi t kim lo i l ng ti p xúc v i nhau, đi n áp c a gi t đầu tiên s

gi m xu ng (Hình 2.6) b i vì đi n tr c a gi t kim lo i thấp hơn đi n tr c a nó

tr c đó khi hồ quang cháy làm dòng đi n ban đầu tăng lên đ n tr s ng n m ch Điều này làm năng l ng nhi t tăng lên (I.U.t), ph m vi c a vùng năng l ng này

s ngăn chặn sự b n tóe c a kim lo i l ng

V i nguồn đi n thông th ng không thể gi m dòng đi n thấp hơn trong một

th i gian ng n khi cần thi t vì sự c m ng c a nguồn đi n này không cho phép kiểm soát nhanh dòng đi n do kh năng h n ch c a bi n áp Tr ng h p này khác v i nguồn bi n tần b i vì các c m ng đ c cài đặt bằng đi n t , ngay c khi ng n

m ch vẫn đ c kiểm soát Sự lên xu ng c a dòng đi n trong giai đo n ng n m ch

và sự cháy tr l i c a hồ quang đ c ổn đ nh rất nhanh chóng Có rất ít kh năng

Giai đo n 1

Sự cháy l i

gây ra b n tóe do m t độ dòng đi n tăng làm cho d ng d ch chuyển c a kim lo i

l ng chuyển từ gi t sang ch y theo dòng Sự tăng v t đi n áp có thể đ c s d ng

nh một đầu vào cho vi c điều khiển Để đ t đ c điều này ph i đo đi n áp liên t c

ng v i các thay đổi t ơng ng c a đi n áp nhằm đo đ c giá tr t c th i Hình 2.7 thể hi n ví d về hồ quang ForceArc, ngay c khi ng n m ch vẫn đ t đ c giá tr

c a dòng và áp và không có sự b n tóe Tất c các sự thay đổi về dòng, áp và sự cháy l i c a hồ quang đ c điều khiển b i Inverter và đư đ c cài đặt sẵn theo chu

kỳ 10 ms, do đó hồ quang đ c ổn đ nh rất nhanh chóng Tất nhiên khi đó l u

l ng khí b o v ph i đ để che ch n vùng hàn không b nh h ng c a không khí bên ngoài

quang áp lực [9]

Tóm l i, hồ quang áp lực là lo i hồ quang mà sự cháy x y ra trong lòng bể kim lo i nóng ch y t o ra một áp lực l n và sự d ch chuyển c a kim lo i l ng là sự

d ch chuyển theo dòng

Hình 2.8 : Sự truyền kim loại vào bể hàn c a hồ quang áp lực [9]

2.4 u đi m của h quang áp l c so v i h quang phun

Chính nh nh ng đặc điểm trên mà hồ quang áp lực có nh ng u điểm nổi

b t so v i hồ quang phun:

- Sự d ch chuyển c a gi t kim lo i t t nh áp lực hồ quang l n nên độ sâu nóng ch y cao

- D dàng kh ng ch do hồ quang ổn đ nh

- Không có sự b n toé do hồ quang rất ng n

- Năng suất tăng lên nh t c độ hàn cao hơn

- Chất l ng m i hàn t t hơn do vùng nh h ng nhi t nh đồng th i gi m

đ c bi n d ng

2.5 K t lu n

- Nh v y, chúng ta xác đ nh đ c các thông s chính c a ph ơng pháp hàn

hồ quang áp lực nh h ng đ n chất l ng m i hàn là dòng đi n và đi n áp hàn

- Từ nh ng đặc tính nổi trội c a hồ quang áp lực, chúng ta s khai thác

nh ng u điểm đó trong quá trình thực nghi m C thể là do áp lực c a hồ quang

l n nên có thể gi m đ c góc vát c nh, gi m đ c s l p hàn (y u t nh h ng

đ n năng suất hàn) Khi đó năng suất không nh ng tăng lên mà chất l ng m i hàn cũng t t hơn do vùng nh h ng nhi t nh

3.1.2 Ki u liên k t hàn

Khi va nhi t m i hàn càng nhiều thì bi n d ng và ng suất d bên trong càng

l n Đồng th i do tính chất c a hồ quang áp lực có thể tăng độ sâu nóng ch y nên tiêu chí đặt ra khi ch n liên k t hàn là ch hàn một phía (để ng d ng cho nh ng k t cấu ch hàn đ c bên ngoài) và s l p hàn ít nhất (nhằm gi m bi n d ng và ng suất

d )

V i tiêu chí nh v y, ta ch n kiểu liên k t theo tiêu chuẩn AWS M:2010: Hàn giáp mí vát mép ch V một phía (Single-V-groove weld) kiểu B (Butt-joint), chiều dầy T1 = 20 mm, khe h l p ghép R = 3 mm, dung sai +1 mm, chiều cao phần chân còn l i f = 3 mm, dung sai +1 mm, góc vát  = 30-500, dung sai 20

3.1.3 V t li u hàn

 V t li u cơ b n: Do thực t hi n nay, các k t cấu thép đ c dùng ch y u là thép CT3 nên v t li u cơ b n đ c ch n đây là thép CT3 (OCT 380-71) t ơng

đ ơng thép A36 (ASTM-2010), CT38 (TCVN 1765-85), Q235A (GB 700-88) v i thành phần hóa h c nh b ng 3.1

mm, chiều rộng mỗi phôi 125 mm

 Dây hàn: ER-70S-2 (AWS) có hàm l ng cácbon gần bằng v i v t li u cơ

- Khi đ ng kính dây hàn (d) là 1 mm, v t li u cơ b n SG2/3 (DIN) t ơng

đ ơng thép CT3, khí b o v Ar80-90 (80-90% Argon, 10-20% CO2), ta ch n Job

179 có các thông s ch độ hàn nh sau: C ng độ dòng đi n hàn Ih = 240 A, đi n

áp hàn Uh = 28 V, t c độ cấp dây Vd = 9,8 m/ph, l u l ng khí b o v 22 lít/ph, tầm

v i đi n cực 10 ậ 40 mm

: Job179 với dòng điện và điện áp hàn

- V i đ ng kính dây hàn (d) là 1,2 mm, v t li u cơ b n SG2/3 (DIN) t ơng

đ ơng thép CT3, khí b o v Ar80-90 (80-90% Argon, 10-20% CO2), ta ch n Job

180 có các thông s ch độ hàn nh sau: C ng độ dòng đi n hàn Ih = 255 A, đi n

áp hàn Uh = 30 V, t c độ cấp dây Vd = 9 m/ph, l u l ng khí b o v 20 lít/ph, tầm

v i đi n cực 10 ậ 40 mm

- Đ ng kính dây hàn (d) là 1,4 mm, v t li u cơ b n SG2/3 (DIN) t ơng

đ ơng thép CT3, khí b o v Ar80-90 (80-90% Argon, 10-20% CO2), ta ch n Job

181 có các thông s ch độ hàn nh sau: C ng độ dòng đi n hàn Ih = 270 A, đi n

2 3 20 15 ) ( 3

2 3 20 20 ) ( 3

2 3 20 25 ) ( 3