PHẦN VIHÀN HỒ QUANG NÓNG CHẢY TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ BẢO VỆ 1 GIỚI THIỆU 1.1 THỰC CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM 1.2 ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN GMAW 1.3 ƯU ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN GMAW Hàn GMAW có th
Trang 1PHẦN VI
HÀN HỒ QUANG NÓNG CHẢY TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ BẢO VỆ
1 GIỚI THIỆU
1.1 THỰC CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM
1.2 ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN GMAW
1.3 ƯU ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN GMAW
Hàn GMAW có thể được thực hiện bán tự động hoặc tự động, ngày nay
chúng được sử dụng rộng rãi cho các công việc hàn nhờ các ưu điểm:
Năng suất cao
Giá thành thấp
Năng lượng hàn ít, ít biến dạng nhiệt
Hàn được hầu hết các kim loại
Dễ tự động hoá
1.4 NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN GMAW
Thiết bị hàn GMAW được chế tạo tinh vi phức tạp rất đắt tiền do đócần phải có sự giữ gìn và bảo dưỡng
Nếu khí gas không đảm bảo độ tinh khiết, mối hàn sẽ bị lẫn xỉ và rỗkhí, chất lượng mối hàn không tốt
Trong quá trình hàn cần có sự che chắn đảm bảo cho khu vực hànkhông bị gió lùa hoặc thổi tạt
Khó khăn hơn khi phải làm việc ở những vị trí trên cao
Trang 22 NGUYÊN TẮC CƠ BẢN
2.1 CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN
Hàn GMAW là quá trình hàn nóng chảy trong đó nguồn nhiệt hàn được
cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa điện cực nóng chảy (dây hàn) đượccấp liên tục và vật hàn Khí bảo vệ được lấy từ bên ngoài do bộ cấp khí
và không sử dụng áp lực, khí bảo vệ có thể là khí trơ hoặc khí có tínhkhử Sự cháy của hồ quang được duy trì tự động nhờ các hiệu chỉnh đặctính điện của hồ quang, chiều dài hồ quang và dòng điện hàn được duytrì tự động trong khi tốc độ và góc độ súng hàn được duy trì bởi thợ hàn
Bộ phận quan trọng kiểm soát quá trình hàn là:
Súng hàn và cáp điều khiển
Thiết bị cấp dây
Nguồn hàn
1 Nguồn hàn 2 Mô tơ cấp dây 3 Cuộn dây hàn
4 Van khí 5 Khí bảo vệ 6 Dây dẫn khí
7 Súng hàn 8 Cáp điều khiển 9 Cáp nối kẹp mát
Chuyển dịch phun và chuyển dịch cầu là đặc trưng của quá trình hàn
với năng lượng hàn tương đối cao Chuyển dịch phun có được, khi dùngdây hàn có đường kính tương đối nhỏ, cả hai chuyển dịch cầu và chuyển
Trang 3dịch phun chỉ giới hạn áp dụng khi hàn ở vị trí phẳng hoặc ngang và với
bề dày kim loại lớn hơn 3mm (1/8in)
Chuyển dịch xung đặc trưng bởi năng lượng hàn tương đối thấp.
Chuyển dịch ngắn mạch có năng lượng hàn thấp nhất thích hợp cho
những ứng dụng trên kim loại có bề dày nhỏ hơn 3mm (1/8 in)
Các nhân tố xác định loại chuyển dịch.
2.3 CHUYỂN DỊCH DẠNG PHUN (SPRAY TRANSFER)
Chỉ xảy ra khi khí bảo vệ có hơn 80% Argon
KHÍ BẢO VỆ
Có thể hỗn hợp như sau:
95% Ar, 5% ô xy98% Ar, 2% ô xy99% Ar, 1% ô xy
Argon có tính chất khí trơ
Không kết hợp với vật liệu
Ngăn chặn các khí tích cực khác tiếp cận mối hànGiới hạn kích thước giọt kim loại
Oxy
Mở rộng độ ngấu
Cải tiến đường hàn
Giảm khả năng cháy chân
Dòng lớn hơn và dây hàn lớn hơn
Quá trình hàn bằng và ngang
Với dây hàn đường kính nhỏ có thể sử dụng ở mọi tư thế
2.4 CHUYỂN DỊCH CẦU (GLOBULAR TRANSFER)
Trong kiểu chuyển dịch này kim loại chuyển dịch từ điện cực sang vũng
hàn dưới dạng các giọt cầu có kích cỡ không đều và định hướng ngẫunhiên, kết quả là lượng văng toé tăng lên đáng kể Khi hàn với khí CO2
thì có thể giảm sự văng toé bằng cách hiệu chỉnh thông số hàn sao cho
Trang 4đầu dây hàn nhúng chìm vào trong vũng hàn và hồ quang cháy trong lỗhổng nằm trong vũng hàn.
Khí dùng khí trộn có nhiều Helium, mối hàn trở nên rộng cùng với
chiều sâu ngấu chảy giống như Argon, nhưng tiết diện tròn trịa hơn
Đặc trưng của hồ quang này là đường hàn mấp mô hơn so với các loại
chuyển dịch khác, bởi vì hồ quang nhúng chìm vào bể hàn, hiệu quảlàm sạch biên mối hàn kém
Giọt kim loại có kích thước bằng 1.5 đến 2 lần đường kính điện cực hàn
Thường sử dụng khí bảo vệ là khí CO2
Tạo độ ngấu rộng và sâu
Nếu thêm Argon nó sẽ cải thiện sự ổn định hồ quang
Chỉ giới hạn cho các tư thế hàn bằng và hàn ngang
2.5 CHUYỂN DỊCH NGẮN MẠCH
Trong kiểu chuyển dịch ngắn mạch, năng lượng có trị số thấp, tất cả
kim loại chuyển dịch xảy ra khi dây hàn tiếp xúc vào vũng nóng chảycủa vật hàn Trong kiểu chuyển dịch kim loại này, đặc tính nguồn hànđiều khiển mối quan hệ giữa sự thiết lập gián đoạn của hồ quang vàngắn mạch của dây hàn tới vât hàn Từ đó nhiệt lượng thấp, độ ngấu củamối hàn rất nông và cần phải chú ý khi thực hiện cùng với kỹ thuật đảmbảo tốt đối với chi tiết dày
Tuy nhiên, đặc tính cho phép hàn ở mọi vị trí Chuyển dịch ngắn mạch
có đặc thù thích ứng khi hàn với các chi tiết mỏng
Ứng dụng hàn:
Thép các bon vừa và thấp
Thép hợp kim thấp có sức bền cao
Một vài loại thép không rỉ
Que hàn được đưa liên tục chạm vào kim loại cơ bản, tạo ra ngắn mạch.
Điều đó làm cho dây hàn bị nổ, tạo ra hồ quang mới Dù vậy, vì dây hànđược cấp có điện áp cao, dây hàn lại tiếp tục chạm vào kim loại cơ bản
và chu trình lặp lại
Chu trình lặp lại quá nhanh để có thể nhận thấy bằng mắt thường.
Thông thường sử dụng khí bảo vệ là 100% khí CO2
Có thể trộn thêm khí Argon
Trang 5Có thể trộn 75% Argon và 25% CO2
Nó sẽ tạo ra hồ quang ổn định hơn
Hàn ngắn mạch sử dụng que hàn có đường kính nhỏ hơn và vì vậy dòng
điện và điện áp cũng thấp hơn Có thể sử dụng ở tất cả các tư thế hàn.
2.6 CÁC MỨC BIẾN ĐỔI
Trong tổng cộng 3 phương pháp cơ bản của chuyển dịch kim loại biểu
thị đặc điểm của phương pháp hàn GMAW, còn có những biến đổi khácquan trọng
CHUYỂN DỊCH DÒNG XUNG
Chuyển dịch dòng xung là phương pháp hàn GMAW có thể
áp dụng ở mọi tư thế hàn với mức năng lượng lớn hơn sovới chuyển dịch ngắn mạch Trong thay đổi này, nguồn hàncung cấp hai mức dòng: Mức không thay đổi (giá trị nền)
có cường độ thấp đến mức không gây ra bất kỳ chuyểnđộng kim loại nào; và dòng (đỉnh xung), ở khoảng trêndòng giá trị nền điều chỉnh được các khoảng Sự kết hợpcủa kết quả hai dòng hồ quang đều đặn (dòng nền) cùng vớiđiều khiển chuyển dịch của kim loại mối hàn trong dạngphun tạo ra chuyển dịch xung (dòng xung đỉnh)
Kỹ thuật thao tác tốt rất quan trọng mục đích tránh các hiệntượng thiếu chảy khi hàn các vật dày, nhưng cũng ít nghiêmtrọng hơn khi hàn với chế độ chuyển dịch ngắn mạch
Trang 63 TRANG THIẾT BỊ
Phương pháp hàn GMAW có thể được thực hiện tự động hoặc bán tự
động, trang thiết bị cơ bản đối với bất kỳ hệ thống hàn GMAW nàocũng bao gồm như sau:
Súng hàn
Mô tơ cấp dây và các thiết bị kết hợp hoặc các bánh xe cuộn
Bộ điều khiển
Nguồn hàn
Van giảm áp và chỉnh lưu lượng khí
Các trang thiết bị cho dây điện cực
Cáp điện và các đường dẫn khí bảo vệ
Trang 74 CÁC YÊU CẦU VÀ ỨNG DỤNG
Trong hàn GMAW, được định nghĩa, sự liên kết của các kim loại là kết quả
của của nhiệt nung nóng cùng với hồ quang đã được thiết lập giữa sự duy trì,
sự cháy của dây kim loại điền đầy và vật hàn Khí bảo vệ và dây hàn nóngchảy là hai yếu tố cần thiết của phương pháp này
4.1 KHÍ BẢO VỆ
Nhiệm vụ chính của khí bảo vệ trong hàn GMAW là tạo ra khíquyển có tính trơ hoặc khử để ngăn chặn các khí có hại từ khôngkhí thâm nhập vào trong vũng hàn khi hàn
Đồng thời khí bảo vệ còn đảm nhận các công việc sau:
Mồi hồ quang dễ dàng và hồ quang cháy ổn định
Tác động đến các kiểu chuyển dịch trong hồ quang hàn
Ảnh hưởng đến độ ngấu và tiết diện ngang của mối hàn
Tốc độ hàn
Khả năng tạ ra khuyết tật biên mối hàn
Tẩy sạch bề mặt và biên đường hàn
Ảnh hưởng của khí bảo vệ đến tiết diện ngang của mối hàn
ngấu đối với từng loại khí bảo vệ
Ảnh hưởng của khí bảo vệ khi thêm O2 và CO2 vào Argon
thêm vào khí Argon
Trang 8Bảng 2 Khí bảo vệ và hỗn hợp khí dùng cho phương pháp hàn GMAW
Helium Khí trơ Nhôm, mangan, và hợp kim đồng vì cónhiệt lượng lớn và mức độ rỗ khí nhỏ
Nhôm, mangan, và hợp kim đồng vì có nhiệt lượng lớn và mức độ rỗ khí nhỏ (ảnh hưởng của hồ quang tốt hơn Helium 100%)
(Châu âu )
hưởng của hồ quang tốt hơn N 2 100%)
độ nhỏ
Thép trắng và thép hợp kim, một vài tính khử đối với hợp kim đồng
+ 5% O2 Oxy hóa Các loại thép có tính chất khác nhau(Châu âu)
60 - 70% He
+ 25 - 35% Ar
+ 4 - 5% CO2 Oxy hóa Thép hợp kim thấp có tính dẻo, dùng cho
kiểu chuyển dịch ngắn mạch
Trang 9Bảng 3 Lựa chọn khí bảo vệ cho hàn GMAW cùng với
Chiều dày (25 – 76 mm), có nhiệt lượng cao hơn Argon nguyên chất; làm cho sự nóng chảy tốt hơn với loại 5XXX hợp kim nhôm mangan
25 % argon + 75 % helium
Chiều dày trên 76mm: Nhiệt lượng rất cao, giảm thiểu rỗ khí
Mangan Argon Tác dụng làm sạch tốt
Thép carbon
Argon
+ 1 – 5 % O2
Cải thiện sự ổn định của hồ quang; kết quả
dễ cháy hơn và kiểm soát tốt bể hàn, sự liên kết tốt và mối hàn gọn, giảm thiểu cháy chân, cho phép hàn ở tốc độ cao hơn Argon nguyên chất
Argon
+ 3 - 10 % CO2
Hình dáng mối hàn đẹp, giảm thiểu sự bắn toé, giảm bớt khả năng tách lớp khi lạnh, không thể hàn được ở tất cả các vị trí.
Cải thiện sự ổn định của hồ quang, kết quả
dễ cháy hơn và kiểm soát tốt bể hàn, sự liên kết tốt và mối hàn gọn, giảm thiểu cháy chân trên thép không gỉ cao
với chiều dày 3.2mm
Trang 10Bảng 4. Lựa chọn khí gas cho hàn GMAW với kiểu
Chuyển dịch ngắn mạch
Thép carbon
75% Argon + 25 % CO 2
Chiều dày nhỏ hơn 3.2mm, tốc độ hàn cao không có sự điền đầy, sự biến dạng và bắn toé là tối thiểu.
75% Argon + 25 % CO 2
Chiều dày lớn hơn 3.2mm, ít bắn toé, làm sạch biên dạng mối hàn, điều khiển vũng hàn tốt ở vị trí đứng và khỏi đầu.
CO 2 Độ ngấu sâu, tốc độ hàn nhanh
Thép không gỉ 90 % He + 7.5 % Ar
+ 2.5 % CO 2
Không có tác dụng việc chống lại ăn mòn, vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, không bị cháy chân, ít biến dạng
Thép hợp kim
thấp
60 - 70 % He + 25 - 35% Ar + 4 - 5% CO 2
Ít khả năng phản ứng, tính bền cao, sự ổn định hồ quang cao, ……., và biên dạng mối hàn, ít bắn toé
75 % Ar + 25 % CO2
Argon thoả mãn phần lớn các kim loại, Argon – helium được ưu tiên hơn trên phần lớn các loại vật liệu ( lớn hơn 3.2mm)
4.2 DÂY HÀN
Khái quát chung:
Trong công nghệ sản xuất dây hàn, kim loại đắp phải thoả mãn
cho việc kết tinh mối hàn cùng với những mục tiêu cơ bản sau:
Kim loại đắp tương xứng nhau về cơ tính và lý tínhvới kim loại cơ bản
Tạo ra mối hàn có độ liên kết liền, không có khuyếttật
Mục tiêu thứ nhất: Ngay cả kim loại đắp có thành phần nguyên
tố đồng nhất với kim loại nền thì mối hàn cũng có đặc tínhluyện kim riêng biệt Do vậy, mục tiêu là chọn các thành phần
Trang 11hợp kim của kim loại đắp sao cho chúng có cơ tính bằng hoặctốt hơn kim loại hàn.
Mục tiêu thứ hai: đạt được, thông thường, thông qua dùng điện
cực kim loại điền đầy được sản xuất đưa thêm vào các thànhphần để không tạo ra khuyết tật
Đường kính
dòng điện (A)
A5.10
0.030 3/64 1/16 3/32 1/8
0.8 1.2 1.6 2.4 3.2
50-175 90-250 160-350 225-400 350-475
ERAZ92A ERAZ33A ERAZ33A
A5.19
0.040 3/64 1/16 3/32 1/8
1.0 1.2 1.6 2.4 3.2
A5.7
0.035 0.045 1/16 3/32
0.9 1.2 1.6 2.4
150-300 200-400 250-450 350-550
0.020 0.030 0.035 0.045 1/16
0.5 0.8 0.9 1.2 1.6
- 100-160 150-260 100-400
Trang 12Đường kính
dòng điện (A)
ERTi-5Al-2.5Sn hoặc nguyên chất
A5.16
0.030 0.035 0.045
0.8 0.9 1.2
- -
-Thép
không gỉ
Austenitic
Loại 201 Loại 301, 302
304 & 308 Loại 304L Loại 310 Loại 316 Loại 321 Loại 347
ER308 ER308 ER308L ER310 ER316 ER321 ER347
A5.9
0.020 0.025 0.030 0.035 0.045 1/16 5/64 3/32 7/64 1/8
0.5 0.6 0.8 0.9 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2
- 75-150 10-160 140-310 280-450 - - - -
-Thép
Thép carbon thường ER70S-3 hoặc ER70S-1
ER70S-2, ER70S-4 ER70S-5, ER70S-6
A5.18
0.020 0.025 0.030 0.035 0.045 0.052 1/16 5/64 3/32 1/8
0.5 0.6 0.8 0.9 1.2 1.3 1.6 2.0 2.4 3.2
- 40-220 60-280 125-380 260-460 275-450 - - -
-Thép
Thép carbon sức bền cao
và một vài loại thép hợp kim thấp
ER80S-D2 ER80S-Ni1 ER100S-G
A5.28
0.035 0.045 1/16 5/64 3/32 1/8 5/32
0.9 1.2 1.6 2.0 2.4 3.2 4.0
60-280 125-380 275-450 - - - -
Trang 13ĐIỀU KIỆN THAO TÁC
Sau khi lựa chọn các thông số công nghệ cơ bản, các thông số
Là lượng kim loại thực sự đắp vào mối hàn trong một đơn vị
thời gian (kg/giờ) Cần cân bằng tốc độ đắp và tốc độ hàn vìnếu cân bằng tốt sẽ giúp cho tốc độ đắp đạt được giá trị tối ưu.Các yếu tố sau đây sẽ ảnh hưởng đến sự cân bằng giữa tốc độhàn và tốc độ cấp dây:
Sau khi xác định tốc độ đắp tối ưu, bước kế tiếp là xác định tốc
độ cấp dây và độ nhú điện cực, và dòng điện hàn đạt được liênquan đến giới hạn đắp Trong thực hành, tốc độ lắng đọng làthông số quan trọng nhất, sự duy trì và phát triển bởi thông sốcủa tốc độ cấp dây đúng hơn là giá trị dòng hàn
Điện áp hàn
Điện áp hàn ( có liên quan tới độ chính xác của chiều dài hồ
quang ), cần thiết lập và duy trì sự ổn định của hồ quang cùngvới lựa chọn tốc độ cấp dây hoặc mức dòng điện hàn để có sựbắn toé là nhỏ nhất
Trang 15Ký hiệu dây hàn theo tiêu chuẩn AWS
Ví dụ Thành phần hoá học của một số loại dây hàn
Dòng điện
và phân cực
Dây lõi thuốc
Độ bền kéo nhỏ nhất (Ksi) x 10
Ký hiệu điện cực hàn hoặc que hàn phụ
Vị trí hàn
Thành phần hoá học và khí bảo vệ
Trang 165 QUY TRÌNH HÀN THÉP CARBON
Hàn hồ quang trong môi trường khí CO2 (GMAW)
Trong trường hợp hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ CO2, dâyhàn được làm thành cuộn, và dòng hàn, điện áp và tốc độ phun khí
CO2 được điều chỉnh theo qui định Khi đó thợ hàn sẽ đeo mặt nặ bảo
vệ và giữ kìm hàn ở tư thế sao cho thấy rõ chóp của mỏ hàn và bắtđầu hàn
Theo chỉ dẫn trên hình 8 (A) đỉnh của dây hàn được cho chạm vào
điểm bắt đầu và sau đó được đưa cao lên khoảng 3mm như hình 8 (B).Tiếp theo, đóng điện cho mỏ hàn, một hồ quang được tạo ra, quá trìnhhàn bắt đầu
Hình 8 Bắt đầu hồ quang trong hàn GMAW
Từ khi phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí CO2 được
phát triển mạnh, do mật độ dòng điện lớn và nó tạo ra rất ít xỉ, việc
hàn có thể thực hiện theo hai chiều tiến và lùi (xem hình 9 )
Phương pháp hàn thuận được sử dụng khi hàn ngang mối hàn góc,
mối hàn bề mặt hoặc sau cùng, mối hàn một phía, và bề mặt mối hànkhá bằng ngược lại phương pháp hàn ngược tốt hơn nên dùng hàntrong mặt rãnh vị trí hàn bằng, khi cần độ ngấu sâu hơn
Hình 9 Khác nhau giữa hàn thuận và hàn ngược.
Trang 17Các qui hàn đối với vị trí các đường hàn thẳng, đường hàn dích rắc,
chế tạo mối ghép của các đường hàn và và xử lý các vũng lõm cuốimối hàn giống như phương pháp hàn hồ quang tay Để kết thúc mộtđường hàn trong mối hàn góc ngang, hoặc mối hàn giáp mối, chiềucao phần gia cường phải chính xác và các đường hàn sẽ bằng phẳng
Vì vậy, sử dụng cách hàn tiến hợp hơn cho các đường hàn thẳng hoặcdích rắc, lượn sóng Kỹ thuật điều chỉnh tay đối với hàn được chỉ trênhình 10
(A) Kỹ thuật chia ra từng phần mối hàn trong hàn giáp mối
(B) Góc độ di chuyển mỏ hàn trong hàn góc ngang cùng với một
Trang 18(C) Góc độ mỏ hàn so với bề mặt làm việc trong hàn góc ngang, hai
đường hàn.(Chiều dài chân mối hàn 8 hoặc 12 mm)
(D) Góc độ mỏ hàn so với bề mặt làm việc Hàn góc ngang, cùng với
nhiều đường hàn (Chiều dài chân mối hàn lớn hơn12 mm)
Hình 10 Kỹ thuật thao tác trong hàn hồ quang khí bảo vệ CO2
* Khi hàn với chuyển dịch ngắn mạch, góc độ mỏ phun và độ nhú điện cực như sau:
Hình 11 Độ nhú điện cực cho kiểu chuyển dịch ngắn mạch
Trang 19Hình 12 Góc độ khi hàn với chuyển dịch ngắn mạch
* Khi hàn với dạng chuyển dịch phun góc độ mỏ và độ nhú điện cực như sau:
Hình 13 Độ nhú điện cực cho kiểu chuyển dịch phun
Hình 14 Góc độ khi hàn với chuyển dịch ngắn mạch
Trang 20Bảng 6 Quy trình đối với thép Carbon và thép hợp kim thấp - Chuyển dịch ngắn
mạch, hàn các góc ngang hoặc đấu mí vị trí bằng - Khí bảo vệ CO 2
Chiều dày vật liệu
* Giảm 2 volt khi hàn với hỗn hợp khí Ar/CO 2
Bảng 7 Quy trình đối với thép Carbon và thép hợp kim thấp - Chuyển dịch ngắn
Chiều dày vật liệu
Trang 21Bảng 8 Quy trình đối với thép Carbon và thép hợp kim thấp - Chuyển dịch ngắn
Kỹ thuật: Di chuyển kiểu V
hoặc tam giác
Bảng 9 Quy trình đối với thép Carbon và thép hợp kim thấp - Chuyển dịch phun,
Kỹ thuật: Di chuyển kiểu hàn đẩy
