Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng liên kết1

Tính cấp thiết của việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng liên kết hàn góc .... Phạm vi nghiên cứu của đề tài là dựa vào quá trình nghiên cứu ứng suất và biến

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này không sao chép bất cứ tài liệu nào hiện đang sử dụng và các công trình đã đƣợc công bố (ngoại trừ các bảng biểu số liệu tham khảo và những kiến thức cơ bản trong các tài liệu học tập và nghiên cứu đƣợc phép sử dụng)

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những lời cam đoan của mình

Hà Nội, tháng 09 năm 2013

Tác giả

Nguyễn Văn Diện

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành của mình tới PGS.TS Nguyễn Tiến Dương, người đã hướng dẫn trực tiếp và giúp đỡ tận tình trong việc định hướng nghiên cứu, tổ chức thực hiện đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo Viện Cơ Khí và Viện đào tạo Sau đại học – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản Luận văn này

Tác giả trân trọng cảm ơn lãnh đạo Trường Cao Đẳng Nghề Thương Mại

Và Công Nghiệp đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành phần thực nghiệm của Luận văn này

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn khó tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy/ Cô giáo, các nhà khoa học và bạn bè đồng nghiệp

Hà Nội, tháng 09 năm 2013

Nguyễn Văn Diện

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 6

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 7

PHẦN MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 12

1.1.Tổng quan về các liên kết hàn góc và ứng dụng của chúng 12

1.1.1.Tổng quan về các liên kết hàn góc 12

1.1.2.Ứng dụng của liên kết hàn góc 14

1.2 Tính cấp thiết của việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng liên kết hàn góc 14

1.2.1 Tính kinh tế 14

1.2.2 Tính công nghệ 15

1.3 Kết luận chương I 15

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ HÀN 16

2.1 Liên kết hàn góc 16

2.2 Các phương pháp hàn 16

2.2.1 Phân loại các phương pháp hàn 16

2.2.2 Đặc điểm của một số phương pháp hàn 17

2.3 Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ 19

2.3.1.Thực chất, đặc điểm và nguyên lý của quá trình hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ 19

2.3.2 Vật liệu hàn 22

2.3.3 Chế độ và kỹ thuật hàn 27

2.4 Tính toán và xác định chế độ hàn cho liên kết góc 37

2.4.1 Chọn chế độ hàn liên kết hàn góc theo bảng 39

2.5 Kết luận chương II 43

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG KHI HÀN LIÊN KẾT GÓC 44

3.1 Cơ sở lý thuyết tính toán ứng suất và biến dạng liên kết hàn góc 44

3.1.1 Ứng suất và biến dạng do co dọc trong liên kết hàn góc 44

3.1.2 ứng suất và biến dạng do co ngang trong liên kết hàn góc 48

3.2 Tính toán ứng suất và biến dạng khi hàn liên kết hàn góc 50

3.2.1 Tính toán ứng suất và biến dạng do co dọc gây ra 50

3.2.2 Tính toán ứng suất và biến dạng do co ngang gây ra 53

3.3 Kết luận chương III 55

CHƯƠNG 4 ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA LIÊN KẾT HÀN GÓC 56

4.1 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn(I) chế độ hàn 1 56

4.2 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn(I) chế độ hàn 2 56

4.3 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn(I) chế độ hàn 3 58

CHƯƠNG 5 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG KHI HÀN LIÊN KẾT HÀN GÓC 63

5.1 Mẫu hàn thử 63

5.2 Thiết bị và vật liệu hàn 63

5.2.1 Thiết bị hàn 63

5.2.2 Vật liệu hàn 64

5.3 Chế độ hàn 66

5.3.1.Chế độ hàn 1 66

5.3.2 Chế độ hàn 2 66

5.3.3 Chế độ hàn 3 66

5.4 Sơ đồ nguyên lý và trình tự tiến hành thực nghiệm đo biến dạng 67

5.4.1 Các thiết bị sử dụng để đo biến dạng 67

5.4.2 Sơ đồ đo biến dạng 67

5.4.3 Tiến hành thực nghiệm 67

5.5.2 Kết quả đo biến dạng góc 73

5.6 So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả tính toán 74

CHƯƠNG VI CÁC BIỆN PHÁP LÀM GIẢM ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG HÀN LIÊN KẾT HÀN GÓC 76

6.1 Các biện pháp làm giảm ứng suất và biến dạng hàn 76

6.1.1 Các biện pháp kết cấu để làm giảm ứng suất và biến dạng hàn 76

6.1.2 Các biện pháp công nghệ để làm giảm ứng suất và biến dạng hàn 77

6.2 Các biện pháp xử lý ứng suất và biến dạng sau khi hàn 78

6.2.1 Biện pháp xử lý cơ 78

6.2.2 Biện pháp xử lý nhiệt 79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

1 Kết luận 80

2 Kiến nghị 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

бT [kg/cm2] Giới hạn chảy của kim loại

E [kg/cm2] Mô đun đàn hồi

 (l/0C) Hệ số dãn nở nhiệt của kim loại

 đ (g/Ah) Hệ số kim loại đắp

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các loại liên kết hàn 12

Hình 1.2 Các dạng liên kết hàn góc 12

Hình 1.3 Các thế hàn liên kết hàn góc trong không gian 13

Hình 1.4 Các dạng vát mép mối hàn trong liên kết hàn góc 13

Hình 1 5 Các mối hàn trong liên kết hàn góc 14

Hình 2.1 Liên kết hàn góc 16

Hình 2.2 Sơ đồ hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ 20

Hình 2.3 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn 28

Hình 2.4 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của mật độ dòng điện hàn 30

Hình 2.5 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của điện áp hàn 31

Hình 2.6 Ảnh hưởng của tốc độ hàn lên hình dạng mối hàn 33

Hình 2.7 Chiều dài điện cực phía ngoài mỏ hàn (a) và 34

Hình 2.8 Chiều chuyển động của súng hàn 36

Hình 2.9 Ký hiệu liên kết hàn góc 37

Hình 2.9 Ký hiệu của liên kết hàn góc 40

Hình 3.1 Biểu thị vùng ứng suất biến dạng 44

Hình 3.2 Đồ thị tra hệ số k2 45

Hình 3.3 Sơ đồ xác định nội lực và ứng suất 46

Hình 3.4 Biểu đồ ứng suất bao gồm biểu đồ ứng suất do nội lực dọc trục gây ra và biểu đồ ứng suất uốn do nội lực dọc trục gây ra 47

Hình 3.5 Biểu diễn thành phần mô men 47

Hình 3.6 Biến dạng góc 49

Hình 3.7 Tiết diện mối hàn 50

Hình 3.3 Sơ đồ xác định nội lực và ứng suất 52

Hình 3.5 Biểu diễn thành phần mô men 52

Hình 3.6: Biến dạng góc 54

Hình 4.1 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn đến ứng suất 61

Hình 4.2 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn đến độ co dọc 61

Hình 4.3 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn đến độ co ngang 62

Hình 5.1 Liên kết hàn góc 63

Hình 5.2 Thiết bị hàn 63

Hình 5.3 Sơ đồ đo độ co dọc, độ co ngang, đo biến dạng góc 67

Hình 5.4 Chế độ hàn chưa hợp lý 68

Hình 5.5 Chế độ hàn hợp lý 68

Hình 5.6 Chuẩn bị phôi 69

Hình 5.7 Gá đính chi tiết 69

Hình 5.8 Đo độ co dọc và co ngang trước khi hàn 70

Hình 5.9 Đo biến dạng góc trước khi hàn 70

Hình 5.10 Chỉnh máy trước khi hàn 71

Hình 5.11 Tiến hành hàn hết đường hàn 71

Hình 5.12 Chi tiết sau khi hàn xong 72

Hình 5.13 Đo độ co dọc và co ngang sau khi hàn 72

Hình 5.14 Đo biến dạng góc sau khi hàn 73

Hình 3.6 Biến dạng góc 74

Hình 5.15 Cách tính biến dạng góc 74

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiên nay, trên thế giới khoa học kỹ thuật và công nghệ đang phát triển rất mạnh mẽ Trong số đó phải kể đến nghành công nghiệp nặng cũng đang có những bước tiến vượt bâc Nhắc đến ngành công nghiệp nặng không thể không nhắc đến ngành công nghiệp hàn Ngành công nghiệp hàn đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong đời sống Các ứng dụng của ngành hàn xuất hiện ở khắp mọi nơi Chúng

ta có thể thấy nó ở cơ quan, nhà xưởng, công trường hay gần gũi hơn là ngay trong gia đình… Đặc biệt, các sản phẩm của ngành Hàn chiếm một tỷ trọng rất lớn trong các lĩnh vực như: đóng tàu, giao thông, xây dựng, y tế, … Vì vậy, mà nó góp phần quan trọng vào thúc đẩy kinh tế và giải phóng sức lao động của con người Chính vì thế mà sản phẩm của ngành hàn không chỉ ngày càng phổ biến mà chất lượng cũng ngày được nâng cao

Để có một sản phẩm hàn hoàn thiện đảm bảo chất lượng cần phụ thuộc vào nhiều yếu tố: vật liệu hàn, phương pháp hàn, vị trí hàn…đặc biệt, chúng ta phải

quan tâm đến Ứng suất và biến dạng Hàn.Vì nó là nhân tố quyết định đến chất lượng sản phẩm Hàn Việc nghiên cứu tính toán trạng thái ứng suất và biến dạng khi hàn có một ý nghĩa hết sức quan trọng Biết được ứng suất và biến dạng của kết cấu sau khi hàn cho phép đánh giá khả năng làm việc của kết cấu Khi chế tạo và lắp ghép do có ứng suất và biến dạng nên có những sai số nhất định, nhờ việc nghiên cứu về chúng mà ta có thể đảm bảo được độ chính xác của kết cấu hàn Ta cần tính toán ứng suất và biến dạng sẽ xuất hiện do hàn gây ra thì mới có được quy trình công nghệ hàn phù hợp để giảm ứng suất và biến dạng

Trong các loại liên kết hàn như: liên kết hàn giáp mối, liên kết hàn

góc, liên kết hàn chồng, liên kết hàn chữ T , thì liên kết Hàn góc được

sử dụng rất nhiều trong việc chế tạo kết cấu đặc biệt là các kết nhà xưởng, các công trình giao thông vận tải , đóng tàu…, nơi mà khối lượng hàn chiếm tỷ trọng rất lớn

hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng liên kết hàn góc”

2 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

2.1 Mục đích nghiên cứu

- Xác định chế độ hàn khi hàn liên kết hàn góc

- Xác định ứng suất và biến dạng liên kết hàn góc

- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng của liên kết hàn góc

- Đưa ra được chế độ hàn hợp lý để giảm ứng suất và biến dạng khi hàn liên kết hàn góc

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là:

- Tính toán và xác định chế độ hàn cho liên kết góc

- Tính toán ứng suất và biến dạng liên kết góc

- Ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng của liên kết hàn góc

- Xác định chế độ hàn hợp lý để giảm ứng suất và biến dạng liên kết hàn góc

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là dựa vào quá trình nghiên cứu ứng suất và biến dạng hàn liên kết hàn góc, thực nghiệm nghiên cứu ứng suất biến dạng khi hàn liên kết hàn góc, từ đó đưa ra chế độ hàn hợp lý để làm giảm ứng suất và biến dạng trong quá trình hàn

3 Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả

Toàn bộ nội dung nghiên cứu được thể hiện trong các phần sau đây:

- Nghiên cứu tổng quan về liên kết hàn góc

- Tính toán và xác định chế độ hàn liên kết hàn góc

- Tính toán ứng suất và biến dạng khi hàn liên kết hàn góc

- Thực nghiệm xác định biến dạng khi hàn liên kết hàn góc

- Đưa ra các biện pháp làm giảm ứng suất và biến dạng liên kết hàn góc

Với ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế của luận văn sau khi hoàn thành sẽ

có những đóng góp đáng kể cho các doanh nghiệp và nhà sản xuất kết cấu thép

Ý nghĩa khoa học: Bằng cơ sở lý thuyết kết hợp với quá trình thực nghiệm

tại các cơ sở sản xuất, luận văn đưa ra được ứng suất và biến dạng khi hàn liên kết hàn góc

Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của tác giả sẽ đóng góp thêm vào việc

nâng cao chất lượng của sản phẩm khi hàn liên kết hàn góc tại các doanh nghiệp, rút ngắn đáng kể về thời gian và các công đoạn trong quá trình sản xuất

Làm cơ sở cho việc nghiên cứu, tính toán ứng suất và biến dạng hàn cho các sản phẩm cơ khí khác

Đạt được năng suất cao nhất khi sản xuất các liên kết hàn góc nhưng vẫn đảm bảo chất lượng của sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật

4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

- Tiến hành thực nghiệm tại xưởng

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1.Tổng quan về các liên kết hàn góc và ứng dụng của chúng

1.1.1 Tổng quan về các liên kết hàn góc

Trong các loại liên kết hàn như: liên kết hàn giáp mối, liên kết hàn góc, liên kết hàn chồng, liên kết hàn chữ T, thì liên kết Hàn góc được sử dụng rất nhiều trong việc chế tạo kết cấu đặc biệt là các kết nhà xưởng, các công trình giao thông vận tải, đóng tàu…các sản phẩm hàn rất đa dạng với nhiều kiểu dáng, kích thước và khối lượng khác nhau, được liên kết với nhau bởi các dạng liên kết cơ bản như sau:

a) b) c) d) e)

Hình 1.1 Các loại liên kết hàn (a- Liên kết giáp mối, b- Liên kết góc, c- Liên kết chữ T, d- Liên kết chữ I, e- Liên

kết chồng)

Trong các dạng liên kết cơ bản trên tác giả nhận thấy liên kết hàn góc là một trong những dạng liên kết rất quan trọng vì chúng được ứng dụng rộng rãi trong thực tế do đó tác giả chọn liên kết hàn góc để nghiên cứu trong đề tài

Liên kết hàn góc được cấu tạo từ hai tấm ghép lại với nhau bởi mối hàn góc tùy vào vị trí hàn trong không gian ta có các hình dạng như:

Hình 1.2 Các dạng liên kết hàn góc

Ký hiệu tư thế mối hàn góc theo tiêu chuẩn quốc tế

Tiêu chuẩn ISO 6947 cũng nhƣ tiêu chuẩn ASME của Mỹ quy định ký hiệu tƣ thế

hàn

PAASME 1F PB ASME 2F PG ASME 3Fd PF ASME 3Fu PDASME 4F

Hình 1.3 Các thế hàn liên kết hàn góc trong không gian

(PA (1F) hàn sấp, PB (2F) hàn ngang, PG (3Fd) hàn từ trên xuống,

PF (3Fu) hàn đứng từ dưới lên, PD (4F) hàn trần)

Theo tiết diện ngang và tính liên tục của mối hàn theo chiều dài, có các loại mối hàn góc sau:

- Theo tiết diện ngang của mối hàn ta có các dạng mối hàn góc nhƣ sau:

a ) b ) c )

Hình 1.4 Các dạng vát mép mối hàn trong liên kết hàn góc

(a- Mối hàn không vát mép, b- vát mép một phía, c- vát mép hai phía)

- Theo chiều dài đường hàn thì ta có các dạng mối hàn góc như sau:

1.2 Tính cấp thiết của việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất

và biến dạng liên kết hàn góc

1.2.1 Tính kinh tế

Trong quá trình chế tạo liên kết hàn góc, ứng suất và biến dạng hàn có vai trò quyết định khả năng làm việc của kết cấu

Những nhân tố ảnh hưởng tới chất lượng của quá trình sản xuất như thiết bị hàn, đồ

gá hàn,… chúng ta có thể khắc phục được một cách triệt để còn riêng ứng suất và biến dạng trong quá trình hàn rất khó khống chế được triệt để

Vì vậy muốn đạt được năng suất và hiệu quả sản xuất cao ta phải hạn chế được ứng suất và biến dạng hàn

Từ đó ta thấy được giá trị của việc tính toán ứng suất và biến dạng hàn để tìm ra biện pháp khắc phục chúng Điều này không chỉ xảy ra tại Việt Nam mà nó còn là tình trạng chung của nhiều nước trên thế giới có sử dụng đến công nghệ hàn

1.2.2 Tính công nghệ

Các sản phẩm được sản xuất bằng công nghệ hàn là một phương pháp gia công có độ biến dạng rất lớn và ứng suất tồn tại bên trong kết cấu có thể làm phá hủy chi tiết trong quá trình làm việc Vì vậy trong và sau khi gia công, các sản phẩm hoặc kết cấu thường bị thay đổi về cả hình dáng cũng như kích thước Vấn đề này

sẽ được giải quyết khi ta tính toán ứng suất và biến dạng hàn để từ đó đưa ra biện pháp khắc phục

Bên cạnh đó, trong thực tế sản xuất, có nhiều dạng sản phẩm hay kết cấu có những đường hàn phức tạp, có biên dạng đặc biệt mà nếu đơn thuần người công nhân dù tay nghề rất cao cũng rất khó hoặc không thực hiện được một cách tốt nhất Vấn đề này sẽ được giải quyết thông qua quá trình tính toán ứng suất và biến dạng hàn để từ đó đưa ra các biện pháp khắc phục như: thiết kế đồ gá hàn giải quyết

nhiệm vụ: “Luôn đưa chi tiết hàn về vị trí thuận lợi nhất” để thực hiện công việc

hàn, một số biện pháp công nghệ và kết cấu khi hàn……

Ở Việt Nam hiện nay, hầu hết tại các Công ty, các doanh nghiệp sản xuất kết cấu thép vẫn chưa chú trọng nhiều đến việc tính toán ứng suất và biến dạng hàn, hầu như vẫn sử dụng mang tính thừa kế, và dập khuôn, vì vậy giá trị của việc tính toán ứng suất và biến dạng khi hàn là rất cần thiết Để giải quyết vấn đề này chúng ta rất cần có sự đầu tư nhiều hơn nữa cho việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng khi hàn nói chung và nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng khi hàn liên kết hàn góc nói riêng

1.3 Kết luận chương I

Trong chương 1, tác giả đã hoàn thành được các nội dung sau:

- Tổng quan về các liên kết hàn góc và ứng dụng của chúng

- Tính cấp thiết của việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến

dạng liên kết hàn góc

- Từ những phân tích đó tác giả đi đến kết luận về tính cấp thiết của công việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến ứng suất và biến dạng khi hàn liên kết

2.2 Các phương pháp hàn

2.2.1 Phân loại các phương pháp hàn

Có rất nhiều cách phân loại phương pháp hàn người ta căn cứ vào dạng năng lượng sử dụng, có các nhóm phương pháp hàn như sau:

- Các phương pháp hàn điện: Bao gồm các phương pháp dùng điện năng biến thành nhiệt năng để cung cấp cho quá trình hàn Ví dụ như : Hàn điện hồ quang, hàn điện tiếp xúc…

- Các phương pháp hàn cơ học: Bao gồm các phương pháp sử dụng cơ năng để làm biến dạng kim loại tại khu vực cần hàn và tạo ra liên kết hàn Ví dụ: Hàn nguội, hàn

ma sát, hàn siêu âm,…

- Các phương pháp hàn hóa học: Bao gồm các phương pháp sử dụng năng lượng do các phản ứng hóa học tạo ra để cung cấp cho quá trình hàn Ví dụ: Hàn khí, hàn hóa nhiệt…

Thứ hai người ta căn cứ vào trạng thái kim loại mối hàn tại thời điểm hàn người ta chia ra các phương pháp hàn thành hai nhóm sau:

- Hàn nóng chảy: hàn khí, hàn điện xỉ, hàn hồ quang, hàn laze, hàn plasma, hàn chùm tia điện tử, hàn hóa nhiệt

- Hàn áp lực: hàn siêu âm, hàn nổ, hàn nguội, hàn điện tiếp xúc, hàn ma sát, hàn khuếch tán, hàn cao tần, hàn rèn, hàn khí ép

Trong các phương pháp hàn trên thì phương pháp hàn hồ quang tay, hàn khí, hàn hồ quang dưới lớp thuốc và hàn trong môi trường khí bảo vệ được sử dụng rộng rãi ở nước ta hiện nay vì vật liệu hàn của chúng ta rất phổ biến và dễ hàn

2.2.2 Đặc điểm của một số phương pháp hàn

Đối với liên kết hàn góc ngoài và vật liệu hàn là thép các bon thấp thì ta có thể chọn nhiều phương pháp hàn khác nhau vì mối hàn không yêu cầu cao về chất lượng và thuộc nhóm vật liệu dễ hàn do vậy ta có thể chọn các phương pháp hàn sau:

+ Phương pháp hàn hồ quang tay

+ Phương pháp hàn hồ quang dưới lớp thuốc

+ Phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ

1) Phương pháp hàn hồ quang tay có những đặc điểm sau

- Hàn được ở mọi tư thế không gian khác nhau

- Năng suất thấp do cường độ dòng điện hàn bị hạn chế

- Hình dạng, kích thước và thành phần hóa học của mối hàn không đồng đều do tốc

độ hàn bị dao động, làm cho phần kim loại cơ bản tham gia vào mối hàn bị thay đổi

- Chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt tương đối lớn do tốc độ hàn nhỏ

- Điều kiện làm việc của người thợ hàn độc hại do bức xạ, hơi, khí độc

Tuy nhiên, với các liên kết có chiều dày nhỏ và trung bình đây vẫn là quá trình hàn phổ biến nhất Nó cũng là phương pháp hàn chủ yếu để hàn ở các tư thế không gian khác nhau

2) Phương pháp hàn hồ quang dưới lớp thuốc có những đặc điểm sau

a) Ưu điểm:

- Không phát sinh khói; hồ quang kín, do đó làm giảm thiểu nhu cầu đối với trang phục bảo hộ của thợ hàn Không đòi hỏi kỹ năng cao của thợ hàn; điều kiện lao động thuận lợi

- Chất lượng kim loại mối hàn cao Bề mặt mối hàn trơn và đều, không có bắn tóe kim loại Chất lương mối hàn cao hơn so với hàn hồ quang tay do hình dạng và bề mặt mối hàn tốt tiết kiệm kim loại do sử dụng dây hàn liên tục

- Tốc độ đắp và tốc độ hàn cao Có năng suất cao hơn từ 5÷10 lần so với hàn hồ quang tay (dòng điện hàn và tốc độ hàn cao hơn, hệ số đắp lớn) Vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, ít biến dạng sau khi hàn, dễ tự động hóa

- Thiết bị hàn có giá thành cao

3) Phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ có những đặc điểm chung sau:

- Các quá trình hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ rất đa dạng và có thể phân loại theo: Khí bảo vệ, đặc trưng bảo vệ của khí loại điện cực, v.v

- Các đặc điểm của hồ quang trong môi trường khí bảo vệ là: Mức độ tập trung cao của nguồn nhiệt hàn đảm bảo chiều rộng của vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ và khả năng biến dạng thấp, năng suất hàn cao, hiệu quả bảo vệ kim loại nóng chảy cao, đặc biệt khi sử dụng khí trơ không cần sử dụng thuốc hàn hoặc vỏ bọc như que hàn, khả năng cơ giới hóa và tự động hóa cao

Từ những đặc điểm của các phương pháp hàn trên và ứng dụng là hàn vật

liệu thép các bon thấp CT38 có tính hàn rất tốt tác giả lựa chọn phương pháp hàn

hồ quang trong môi trường khí bảo vệ( hàn MAG) vì hàn MAG cho năng xuất cao

và vật liệu không phải là hợp kim hay hợp kim màu hoặc đòi hỏi yêu cầu chất lượng như mối hàn ống do vây tác giả không chọn phương pháp hàn MIG

2.3 Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ

2.3.1.Thực chất, đặc điểm và nguyên lý của quá trình hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ

1) Thực chất của quá trình hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ( khí hoạt tính CO 2

Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ 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) và vật hàn ; Hồ quang và kim loại nóng chảy được bảo vệ khỏi tác dụng của oxi và nitơ trong môi trường xung quanh bởi một loại khí hoặc một hỗn hợp khí Tiếng Anh phương pháp này gọi là GMAW (Gas Metal Arc Welding)

2) Đặc điểm của quá trình hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ( khí hoạt tính CO 2 )

Khí bảo vệ có thể là khí trơ ( Ar, He hoặc hỗn hợp Ar + He) không tác dụng với kim loại lỏng trong khi hàn hoặc là các loại khí hoạt tính ( CO2 ; CO2 + O2 ;

CO2+ Ar, …) có tác dụng chiếm chỗ và đẩy không khí ra khỏi vũng hàn để hạn chế tác dụng xấu của nó

Ưu điểm của quá trình hàn:

- Mật độ dòng điện hàn cao, bảo đảm vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp

- Có thể điều chỉnh thành phần hóa học của mối hàn thông qua thay đổi thành phần hóa học của dây hàn và khí bảo vệ

- Khả năng cơ giới hóa và tự động hóa cao

- Năng suất hàn cao

3) Nguyên lý quá trình hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ ( khí hoạt tính CO 2 )

Khi hàn trong môi trường khí bảo vệ bằng điện cực nóng chảy, hồ quang giữa đầu điện cực (dưới dạng dây hàn) và vật hàn liên tục nung chảy điện cực và mép hàn

Dây hàn được cấp vào vùng hồ quang thông qua cơ cấu cấp dây với tốc độ bằng tốc độ chảy của dây hàn (với điều kiện chiều dài trung bình của hồ quang không đổi) Phần điện cực được nung chảy chuyển dịch vào vũng hàn theo một trong các loại cơ chế dịch chuyển kim loại vào vũng hàn và phụ thuộc vào cường độ dòng điện hàn, đường kính điện cực, chiều dài hồ quang, nguồn điện hàn, và loại khí bảo vệ.

b)

Hình2.2 Sơ đồ hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ

(a- Sơ đồ nguyên lý , b- Sơ đồ thiết bị

Dây hàn được cấp tự động vào vùng hồ quang thông qua cơ cấu cấp dây, còn

sự dịch chuyển hồ quang dọc theo mối hàn được thao tác bằng tay thì gọi là hàn hồ

quang bán tự động trong môi trường khí bảo vệ Nếu tất cả chuyển động cơ bản được cơ khí hoá thí được gọi là hàn hồ quang tự động trong môi trường khí bảo vệ

Hàn hồ quang bằng khí bảo vệ trong môi trường khí trơ (Ar, He) tiếng Anh gọi là phương pháp hàn MIG (Metal Inert Gas) Vì các loại khí trơ có giá thành cao nên không được ứng dụng rộng rãi, chỉ dùng để hàn kim loại mầu và thép hợp kim

Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí hoạt tính (thường dùng là khí CO2 hoặc hỗn hợp khí CO2 với một số loại khí khác như O2, Ar ) tiếng Anh gọi là phương pháp hàn MAG ( Metal Active Gas) Phương pháp hàn MAG sử dụng khí bảo vệ CO2 được ứng dụng rộng rãi do có rất nhiều ưu điểm sau :

+ CO2 là loại khí dễ kiếm, dễ sản xuất và giá thành thấp ;

+ Năng suất hàn trong CO2 cao, gấp 2,5 lần so với hàn hồ quang tay ;

+ Tính công nghệ của hàn trong CO2 cao hơn so với hàn hồ quang dưới lớp thuốc vì

có thể tiến hành ở mọi vị trí trong không gian khác nhau

+ Chất lượng mối hàn cao Sản phẩm hàn ít bị cong vênh do tốc độ hàn cao, nguồn nhiệt tập trung, hiệu suất sử dụng nhiệt lớn, vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp

+ Điều kiện lao động tốt hơn so với hàn hồ quang tay và trong quá trình hàn không phát sinh khí độc

4) Phạm vi ứng dụng

Trong nền công nghiệp hiện đại, hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ chiếm một vị trí rất quan trọng Nó không chỉ hàn những loại thép kết cấu thông thường, mà còn có thể hàn các loại thép không gỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nóng, các loại thép hợp kim đặc biệt, các hợp kim nhôm, magiê, niken, đồng, các hợp kim có ái lực hoá học mạnh với oxi

Phương pháp hàn này có thể sử dụng được ở mọi vị trí trong không gian Chiều dày vật liệu từ 0,4 ÷ 4,8 mm thì chỉ cần hàn một lớp mà không phải vát mép,

từ 1,6 ÷ 10 mm hàn một lớp có vát mép, còn từ 3,2 ÷ 25 mm thì hàn nhiều lớp

2.3.2 Vật liệu hàn

a) Dây hàn (điện cực nóng chảy)

Khi hàn trong môi trường khí bảo vệ, sự hợp kim hoá kim loại mối hàn cũng như các tính chất yêu cầu của mối hàn được thực hiện chủ yếu thông qua dây hàn

Do vậy những đặc tính của quá trình công nghệ hàn phụ thuộc rất nhiều vào tình trạng và chất lượng dây hàn Khi hàn MAG, đường kính dây hàn từ 0,8 ÷ 2,4 mm

Sự ổn định của qúa trình hàn cũng như chất lượng của liên kết hàn phụ thuộc nhiều vào tình trạng bề mặt dây hàn Cần chú ý đến phương pháp bảo quản, cất giữ

và biện pháp làm sạch dây hàn nếu dây bị gỉ hoặc bẩn Một trong những cách để giải quyết là sử dụng dây có bọc lớp mạ đồng Dây mạ đồng sẽ nâng cao chất lượng

bề mặt và khả năng chống gỉ, đồng thời nâng cao tính ổn định của qúa trình hàn Theo hệ thống tiêu chuẩn AWS, ký hiệu dùng cho dây hàn thép C như sau:

Khí bảo vệ

Độ bền kéo của liên kết

(min-psi)

Giới hạn chảy của mối hàn

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của một số loại dây hàn thép cácbon thông dụng

Khí Ar tinh khiết (~ 100%) thường dùng để hàn các vật liệu kim loại màu

Khí He tinh khiết (~ 100%) thường được dùng để hàn các liên kết có kích thước lớn, các vật liệu có tính giãn nở nhiệt cao như Al, Mg Cu Argon là khí trơ thường chứa trong bình thép với áp suất 150 at, dung tích 40 lít Argon không cháy, không

nổ và khi làm việc phải được giảm áp suất từ 150 đến 0,5at và duy trì không đổi nhờ van giảm áp tự điều chỉnh

Khí CO 2 dùng để hàn phải có độ sạch đến trên 99,5%, áp suất trong bình khoảng (50 - 60) at Đây là khí hoạt tính khi ở nhiệt độ cao nó phân ly ra CO và ôxy nguyên tử, cho nên CO2 có tác dụng bảo vệ tốt vì CO ít hoà tan trong kim loại lỏng

và có tác dụng khử ôxy CO2 được dùng rộng rãi để hàn thép C trung bình do giá

thành thấp, mối hàn ổn định, cơ tính của liên kết hàn đạt yêu cầu, tốc độ hàn cao và

độ ngấu sâu

Nhƣợc điểm của hàn trong khí bào vệ CO2 là gây bắn toé kim loại lỏng

Bảng 2.3 Một số loại khí bảo vệ tương ứng với kim loại cơ bản

He Khí trơ Hợp kim Al, Cu, Mg do công suất nhiệt lớn

Ar + 35% O2 Oxi hóa Thép cacbon và một số thép hợp kim thấp

CO2 Oxi hóa Thép cacbon và một số thép hợp kim thấp

Ar + 2050% CO2 Oxi hóa Các loại thép khác nhau, chủ yếu cho dạng

dịch chuyển ngắn mạch

Ar + 10% CO2

CO2 +20%O2 Oxi hóa Các loại thép

Bảng 2.4 Lựa chọn loại khí bảo vệ cho dạng dịch chuyển ngắn mạch

Thép cacbon

75%Ar + 25% CO2

Tấm mỏng hơn 3mm; tốc độ hàn cao, không bị cháy thủng, biến dạng và bắn tóe tối thiểu

75%Ar + 25% CO2

Tấm dày 3mm trở lên: bắn tóe tối thiểu,

bề mặt ngoài của mối hàn sạch, dễ khống chế vũng hàn ở tƣ thế hàn đứng

và hàn trần

CO2 Chiều sâu chảy lớn, tốc độ hàn nhanh

Thép không gỉ 90%He + 7,5%Ar +

Phản ứng tối thiểu, độ dai tốt, hồ quang rất ổn định, tính thấm ƣớt và biến dạng mối hàn tốt, ít bắn tóe

75%Ar + 25% CO2

Hồ quang rất ổn định, tính thấm ƣớt và biến dạng mối hàn ít, ít bắn tóe

Hợp kim và kim

loại màu Ar và Ar + He

Argon thích hợp cho tấm mỏng, helium cho tấm dày trên 3mm

Bảng 2.5 Lựa chọn loại khí bảo vệ cho dạng dịch chuyển tia

Al

Ar

Chiều dài tấm đến 25mm; dịch chuyển kim loại điện cực và độ ổn định hồ quang tốt nhất; ít bắn tóe nhất

35%Ar + 65% He

Chiều dài tấm từ 25 đến 76mm; công suất nhiệt cao hơn so với Ar thuần túy; đặc tính ngấu trên hợp kim Al – Mg đƣợc cải thiện

25%Ar + 75% He Chiều dày tấm trên 76 mm; công suất

nhiệt cao nhất , rỗ khí tối thiểu

Ar + 310% CO2

Độ ổn định hồ quang tốt hơn; tốc độ hàn cao hơn so với hỗn hợp có 1% O2 khi hàn thép hợp kim cao tấm mỏng

Độ ổn định hồ quang tốt; nhiễm tạp chất tối thiểu trong mối hàn; cần dùng khí trơ bảo vệ mặt sau mối hàn

2.3.3 Chế độ và kỹ thuật hàn

a) Chế độ hàn

Để bảo đảm đạt được mối hàn có chất lượng cần thiết, cần chọn đúng các thông số của chế độ hàn và điều kiện hàn Trong quá trình hàn, cần đảm bảo sự ổn định của các thông số đã đặt trước Khi hàn bán tự động, thợ hàn có thể ảnh hưởng đáng kể lên năng suất và chất lượng hàn Khi hàn tự động, thiết bị tự giữ nguyên các thông số đặt trước Các thông số quan trọng của chế độ hàn là: cường độ dòng điện hàn; điện áp hàn và tốc độ hàn Thông qua các thông số này, có thể tính mức năng lượng đường Ngoài ra, còn có các thông số và điều kiện hàn khác cũng có ảnh hưởng lên hình dạng và kích thước mối hàn như: mật độ dòng điện hàn, đường kính dây hàn, cực hàn, tầm với điện cực, tư thế hàn và góc nghiêng điện cực(dây hàn), thành phần kim loại cơ bản và kim loại dây hàn, thành phần khí bảo vệ, nhiệt độ nung nóng sơ bộ (nếu có), hình dạng và kích thước bề mặt sẽ hàn

Đối với hình dạng và kích thước mối hàn, ảnh hưởng toàn bộ của các thông

số và điều kiện hàn có thể được biểu thị qua quan hệ số hình dạng mối hàn m (tỷ

số giữa chiều rộng và chiều cao đắp của mối hàn, còn gọi là hệ số hình dạng bên ngoài) và hệ số ngấu n (tỷ số giữa chiều rộng và chiều sâu chảy của mối hàn, còn gọi là hệ số hình dạng bên trong)

Khi hàn, điều quan trọng là có được hệ số ngấu thích hợp(thường là với điều kiện chiều sâu chảy lớn, do đó giá trị n nhỏ, thường là 1 đến 1,2 Với hàn đắp, đại lượng này có thể lớn hơn) Sau đây là ảnh hưởng của các thông số vừa nêu lên các thông số hình học của mối hàn

- Dòng điện hàn

Trong trường hợp hàn cũng như hàn đắp, cường độ dòng điện hàn có ảnh hưởng lớn nhất lên hình dạng mối hàn Dòng điện hàn tăng dẫn đến tăng mật độ dòng, hệ số chảy, và tốc độ chảy

Hình 2.3 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn

Khi tăng cường độ dòng điện hàn, chiều sâu chảy tăng mạnh, chiều cao đắp mối hàn tăng không nhiều, chiều rộng mối hàn tăng ít ( chiều rộng mối hàn chịu ảnh hưởng của điện áp hàn và tốc độ hàn là chính) Khi cường độ dòng điện hàn tăng quá mức, sẽ xảy ra bắn tóe và có nguy cơ cháy thủng tấm Khi chọn cường độ dòng hàn người ta thường tăng dần cường độ dòng điện hàn với chiều dày nhất định của tấm, với điều kiện có xét tới tốc độ cấp dây (nếu thiết bị có tốc độ cấp dây cố định) Khi hàn đắp không lên chọn cường độ dòng điện hàn ở giá trị lớn (tránh tăng lượng kim loại cơ bản tham gia vào mối hàn), đặc biệt với lớp đắp đầu tiên Thông qua thay đổi cường độ dòng điện hàn, ta có thể tác động lên đặc trưng dịch chuyển kim loại vào vũng hàn Cường độ dòng điện hàn tăng sẽ làm :

+ Tần suất dịch chuyển các giọt kim loại tăng (đặc biệt dây cỡ nhỏ)

+ Thay đổi các lực tác động lên các giọt kim loại, tùy theo thành phần khí bảo vệ + Giảm thể tích các giọt kim loại (dây cỡ lớn)

Tuy nhiên không thể tăng vô tận giá trị cường độ dòng điện hàn Thông thường giá trị tối đa là 800A đến 900 A

- Mật độ dòng điện hàn

Mật độ dòng điện hàn tăng khi giảm đường kính điện cực (dây hàn) Mật độ dòng điện hàn có ảnh hưởng lên hình dạng mối hàn tương tự như cường độ dòng điện hàn Mật độ dòng điện tăng làm tăng tốc độ chảy điện cực và chiều sâu chảy của mối hàn Mật độ dòng điện giảm sẽ làm tăng chiều rộng mối hàn, giảm chiều sâu chảy và chiều cao đắp mối hàn Có thể dùng mật độ dòng điện hàn gây ảnh hưởng lên phần kim loại cơ bản tham gia vào mối hàn Các dây hàn nhỏ (đường kính 0,8 1,2 mm) có ưu thế về mặt dải mật độ dòng lớn hơn so với các dây đường kính lớn; điều này cho phép giảm góc rãnh hàn, và hàn thuận lợi ở nhiều tư thế hàn khác nhau

- Tốc độ cấp dây hàn và cường độ dòng điện hàn

Sau khi xác định tốc độ đắp tối ưu cho mối hàn, bước tiếp theo là xác định tốc độ cấp dây và cường độ dòng điện hàn (là hai đại lượng liên quan với nhau, khi

sử dụng các máy hàn có đặc tuyến thoải và tốc độ cấp dây không đổi) tại tầm với điện cực nhất định để đạt được tốc độ đắp đó Trên thực tế, người ta không sử dụng cường độ dòng điện hàn mà sử dụng tốc độ cấp dây để đặt, duy trì và đo tốc độ đắp (vì như vậy sẽ chính xác hơn so với sử dụng cường độ dòng điện hàn) Dòng điện hàn trong dải thích hợp được chọn theo đường kinh dây hàn, dạng dịch chuyển kim loại và chiều dày kim loại cơ bản Dòng điện hàn quá thấp sẽ dẫn đến hàn không ngấu Dòng điện hàn quá cao sẽ gây lên bắn tóe, rỗ khí, hình dạng mối hàn kém Với nguồn hàn có đặc tính thoải, cường độ dòng hàn tỷ lệ thuận với tốc độ cấp dây (tốc độ cấp dây chọn trước, khi các thông số khác giữ nguyên) Với đường kính dây hàn cho trước, khi tăng cường độ dòng điện hàn trong dải cho phép, chiều sâu chảy

và chiều rộng mối hàn tăng; tốc độ chảy tăng; kích thước mối hàn tăng (trên hình 2.4):là dải tốc độ cấp dây (và cường độ dòng điện hàn tương ứng) tiêu biểu cho hàn trong môi trường khí CO2:

Hình 2.4 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của mật độ dòng điện hàn

Bảng 2.6 Tốc độ cấp dây, cường độ dòng điện hàn khi hàn trong môi trường khí

CO 2 (Trang 233-Công nghệ hàn điện nóng chảy của TS Ngô Lê Thông)

 Dịch chuyển tia (3045 V) Dịch chuyển ngắn mạch (`1632 V) 0,8 mm 5,0 15 m/min (150250 A) 2,5 7,5 m/min (60160 A)

Hình 2.5 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của điện áp hàn

Tại máy hàn, có khả năng điều chỉnh theo các nấc các giá trị của điện áp không tải (lớn hơn điện áp thực tế của hồ quang Khi đặt giá trị cho điện áp không tải cho hàn CO2, cần chọn giá trị khoảng (2÷3)V cao hơn so với chọn hỗn hợp khí của argon) Điện áp hồ quang có ảnh hưởng quan trong đến việc đạt được các giá trị tối ưu trong khả năng tự điều chỉnh của hồ quang Tuy nhiên, chỉ có thể thay đổi giá trị điện áp hồ quang hàn một cách hạn chế

Trong thực tế, khi chọn giá trị điện áp hàn, cần chọn theo chỉ dẫn của nhà chế tạo thiết bị, sau đó điều chỉnh thêm cho chính xác vì các giá trị hướng dẫn đó chỉ mang tính định tính Việc chọn điện áp quá lớn sẽ làm tăng xác suất cháy các nguyên tố hợp kim, rỗ khí và bắn tóe Ngoài ra làm tăng kích thước vũng hàn cũng làm khả năng hàn ở các tư thế trở nên khó khăn Chọn điện áp quá thấp lại làm cho

hồ quang kém ổn định, mối hàn hẹp và lồi quá, dẫn đến hàn không ngấu các cạnh hàn Khi hàn trong môi trường CO2, có thể coi U = 15 + 0,04.I với chế độ chuyển

ngắn mạch (với d = 0,61,2 mm) và U = 20 + 0,03.I với chế độ dịch chuyển tia (d = 1,2mm trở lên)

Điện áp hồ quang (liên quan đến chiều dài hồ quang) được thiết lập để duy trì độ ổn định của hồ quang tại tốc độ cấp dây (cường độ dòng điện hàn) đã chọn và

để duy trì mức bắn tóe tối thiểu điện áp hồ quang cũng quyết định dạng dịch chuyển của kim loại điện cực Vì vậy điện áp hồ quang phụ thuộc vào chiều dày kim loại cơ bản, thành phần hóa học kim loại mối hàn, loại liên kết, thành phần và kích thước điện cực, thành phần khí bảo vệ, tư thế hàn, v.v

Để có giá trị chính xác của điện áp khi hàn cụ thể, cần hàn thử vì không có giá trị cụ thể nào thích hợp với mọi ứng dụng hàn Trong dải giá trị ở chế độ hàn tiêu biểu (bảng đã nêu), khi điện áp hàn tăng sẽ làm tăng chiều rộng mối hàn Khi giảm điện áp hàn, chiều cao đắp và chiều sâu chảy của mối hàn đều tăng Khi điện

áp hàn cao hơn dải giá trị trên, sẽ xảy ra hiện tượng rỗ khí, bắn tóe và không ngấu mép rãnh hàn

Điện áp hàn 16  22V thích hợp với mọi tư thế hàn trong trường hợp hàn tấm tương đối mỏng, ở chế độ dịch chuyển ngắn mạch và đường kính dây hàn nhỏ Chiều sâu chảy là tối thiểu Điện áp hàn từ 30 45 V được sử dụng chủ yếu cho hàn

tự động theo dạng dịch chuyển tia, khi liên kết các tấm dày, tư thế hàn sấp, dây hàn lớn và dòng điện hàn cao để có chiều sâu chảy lớn và tốc độ đắp lớn Dải điện áp hàn 24 30 V: có đặc điểm của cả hai loại trên, dùng cho hàn bán tự động và tự động, với chiều dày tấm trung bình

- Tốc độ hàn

Đây là đại lượng quan trọng thứ ba có ảnh hưởng đến năng lượng đường và thường được dùng để tăng năng suất hàn Việc chọn tốc độ hàn phụ thuộc vào hình dạng mối hàn cũng như điều kiện nung nóng và làm nguội vật hàn Tốc độ hàn tăng làm tăng lượng nhiệt đưa vào vật hàn phía trước hồ quang, do đó cần ít nhiệt hơn để nung nóng trước cạnh hàn Ngoài ra, cùng với tốc độ hàn, tốc độ nguội sau khi hàn cũng tăng, có thể làm tăng khả năng bị nứt với một số loại thép có tính thấm tôi cao Với thép kết câu thông dụng, tốc độ hàn thường nằm trong khoảng 10 60 cm/min;

với hàn tự động ; tốc độ hàn có thể lên đến 120 cm/min (trên hình vẽ 2.6) là ảnh hưởng của tốc độ hàn lên hình dạng mối hàn, trong đó: c là chiều cao đắp của mối hàn, h là chiều sâu chảy của mối hàn

Hình 2.6 Ảnh hưởng của tốc độ hàn lên hình dạng mối hàn

Tốc độ đắp là lượng kim loại đắp vào mối hàn trong một đơn vị thời gian (kg/h) Tốc độ đắp cần được cân đối với tốc độ hàn (tốc độ dịch chuyển của hồ quang ) Sự cân đối đó phụ thuộc vào:

- Đường kính dây hàn

Đường kính dây hàn càng lớn thì cường độ dòng hàn càng lớn Khi cường độ dòng điện hàn như nhau, dây hàn nhỏ hơn có tốc độ chảy lớn hơn Việc chọn đường kính dây hàn xuất phát từ chiều dày tấm cần hàn, loại liên kết và tư thế hàn Các

độ chảy lớn, nhất là các lớp đầu, dễ hàn nhiều lớp và ít bắn tóe Các dây hàn nhỏ hơn được dùng chủ yếu là hàn tấm mỏng

- Tầm với điện cực

Tầm với điện cực là khoảng cách từ đầu dây hàn (điện cực) đến đầu giá kẹp điện cực (ống tiếp xúc) Tầm với điện cực đặc biệt quan trọng khi dây hàn thuộc loại vật liệu có tính dẫn nhiệt thấp và điện trở riêng lớn (ví dụ thép không gỉ) Tầm với điện cực tỷ lệ thuận với lượng nhiệt Joule – Lentz sinh ra (I2

R) Nói chung, đường kính dây hàn và loại khí bảo vệ có ảnh hưởng đến giá trị của tầm với điện cực Tầm với điện cực quá lớn khiến điều kiện bảo vệ vũng hàn bị xấu đi, đặc biệt khi nghiêng súng hàn Khi dây hàn có đường kính nhỏ, tầm với điện cực quá lớn cũng làm giảm tính ổn định của dây hàn Ngoài ra, tầm với điện cực tăng sẽ làm tăng mức độ bắn tóe khi hàn Tầm với điện cực quá nhỏ sẽ làm ống tiếp xúc bị quá tải về nhiệt và làm các các giọt kim loại bắn téo dính vào miệng chụp khí của súng hàn

Giá trị tầm với điện cực phụ thuộc vào đường kính dây hàn và loại khí bảo

vệ Khi hàn trong CO2, có thể dùng công thức thực nghiệm lv = 5 + 5.d (mm), Trong

đó lv là tầm với điện cực, d là đường kính điện cực (mm) Khi hàn trong hỗn hợp khí trơ, do chiều dài hồ quang lớn hơn, cần tăng tầm với điện cực thêm 23 mm

Hình2.7 Chiều dài điện cực phía ngoài mỏ hàn (a) và quan hệ dòng điện – phần nhô điện cực (b)

Bảng 2.7 Bảng chế độ hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo

vệ CO 2 (điện một chiều, cực nghịch), (Sách Giáo trình công nghệ hàn – sách dùng cho các trường đào tạo hệ trung học chuyên nghiệp – Nhà xuất bản Giáo dục)

quang (V) 18 20 18  22 18  24 18  42 18  45 19  46 23  40 24  42 Tầm với

điện cực

(mm)

6  10 8  12 8  14 10  40 10  45 15  50 15  60 17  75

Bảng 2.8 Chế độ hàn tự động và bán tự động liên kết hàn góc trong môi trường

khí bảo vệ CO 2 (Sách Giáo trình công nghệ hàn – sách dùng cho các trường đào

tạo hệ trung học chuyên nghiệp – Nhà xuất bản Giáo dục)

Chiều

dày tấm

(mm)

Đường kính dây

hàn (mm)

Cạnh mối hàn

góc (mm)

Số lớp hàn

(mm)

Dòng điện hàn

(m/h)

Tầm với điện cực

(mm)

Tiêu hao khí

(l/ph)

1  1,3 0,5 1  1,2 1 50  60 18  20 18  20 8  12 5  6

1  1,3 0,6 1,2  2,0 1 60  70 18  20 18  20 8  12 5  6 1,5 2,0 0,8 1,23,0 1 60120 1820 1620 812 68 1,5 3,0 1,0 1,53,0 1 75150 1820 1620 812 810 1,5 4,0 1,2 24,0 1 90180 2020 1420 1015 810 3,0 4,0 1,4 3,04,0 1 150250 2128 2028 1622 1214 5,0 6,0 1,6 5,06,0 1 230360 2635 2635 1625 1618 Không

nhỏ hơn

cạnh mối

2,0 5,0 6,0 1 250380 2736 2025 2030 1618 2,0 7,0 9,0 2 320380 3025 2428 2030 1820 2,0 9,0 11 3 320380 3028 2428 2030 1820

Bảng 2.9 Chế độ hàn bán tự động liên kết hàn giáp mối trong môi trường khí bảo

(mm)

Đường kính dây hàn

(mm)

Dòng điện hàn

(m/h)

Tiêu hao khí

- Các phương pháp chuyển động mỏ hàn, que hàn

Hình 2.8 Chiều chuyển động của súng hàn

2.4 Tính toán và xác định chế độ hàn cho liên kết góc

Liên kết hàn góc ngoài là liên kết được ghép bởi hai chi tiết theo tiết diện mép hàn dưới 1 góc 900

và liên kết hàn góc ngoài được ứng dụng rộng dãi trong thực tế nó được dùng để chế tạo chi tiết dạng hộp sử dụng phương pháp hàn bên ngoài

Hình 2.9 Ký hiệu liên kết hàn góc (Trong đó: k - là cạnh mối hàn (mm); b - là bề rộng mối hàn;

c - là chiều cao mối hàn; δ – là chiều dày vật hàn)

* Vật liệu hàn

Thép CT38 (TCVN 1695-75) tương đương với thép CT3 (TC Nga 71) Bởi vì loại vật liệu này được sử dụng phổ biến trên thị trường, nó vừa đảm bảo tính kính tế, tính hàn tốt cũng như đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của kết cấu khi làm việc

ГOG380-Thép CT38 có các thành phần và độ bền tương đương với các mác thép trên thế giới như: SS400 (Jis - Nhật); Q235 (GB – Trung Quốc); A570Gr.A (ASTM - Mỹ); S235JA (BS – Anh); S235JA (Din – Đức); CT3 (ГОСТ –Nga); S235JA (NF – Pháp)…

Giới hạn bền kéo

(Tensile Strength) (N/mm 2 )

Độ giãn dài

(Elongation) (%)

+ Với vật liệu dẻo: σ o = giới hạn chảy (σ T )

Bảng2.12 Thống kê cơ tính của thép CT38

* Dây hàn

GM-70S Good Mag Welding solid wires

Tiêu chuẩn Mỹ : AWS ER 70S-6

Quy chuẩn Đăng kiểm: QCVN 21:2010/BGTVT- SW53

Tương đương: JIS YGW12

Bảng 2.13 Thành phần hoá học của lớp kim loại đắp (%)

Độ dãn dài (%)

Đô dai va đập (J)

- 29OC

CO2 420 ( min ) 510 ( min ) 22 (min) 50 (min)

Ar + 18%CO2 420 ( min ) 510 ( min ) 24 (min) 60 (min)

Bảng 2.15 Kích thước que hàn, dòng điện và lượng khí sử dụng thích hợp:

Đường kính (mm) 0.8 0.9 1.0 1.2 1.4 1.6 Dòng điện hàn(A) 80 ÷120 90÷130 100÷140 110÷200 140÷280 180÷320 Điện thế hàn (V) 20 ÷21 20÷22 22÷24 23÷25 24÷26 25÷35 Lượng khí lít/phút 8 ÷9 9 ÷ 10 10÷11 12÷13 14÷15 16 ÷ 18

2.4.1 Chọn chế độ hàn liên kết hàn góc theo bảng

Với vật liệu là thép CT38, có chiều dày 5mm, ta có:

Tra bảng 3-5 trang 111 sách giáo trình công nghệ hàn (nhà xuất bản Giáo dục)

Bảng 2.16 Chế độ hàn tự động và bán tự động liên kết hàn góc trong môi trường khí bảo vệ CO 2

(mm)

Cạnh mối hàn góc

(mm)

Số lớp hàn

(mm)

Dòng điện hàn

I h (A)

Điện

áp hàn

U h (V)

Tốc độ hàn

(m/h)

Tầm với điện cực

(mm)

Tiêu hao khí

(l/ph)

5,06,0 1,6 5,06,0 1 230360 2635 2635 1625 1618

Tra bảng 7.33 trang 440- sổ tay hàn (NXB khoa học và kỹ thuật)- Tác giả: TS.Hoàng Tùng; PGS-TS.Nguyễn Thúc Hà; TS.Ngô Lê Thông; KS.Chu Văn Khang Ứng với liên kết hàn góc có các kích thước như hình vẽ

Hình 2.9 Ký hiệu của liên kết hàn góc

Ta chọn đƣợc các giá trị của mối hàn góc không vát mép: k – là cạnh mối hàn chọn k = 5 (mm); c – là chiều cao mối hàn chọn c = 1,5 (mm); b – là bề rộng mối hàn tính b = 1,41.k= 7,05 (mm)

Bảng 2.17 Chọn được các thông số của mối hàn như sau:

K(mm) FH(mm2) Ky mH(kg/m)

Tiêu hao dây hàn trên 1m mối hàn (kg) khi hàn điện cực nóng chảy Tay Tự Động

(mm)

Số lớp hàn

(mm)

Dòng điện hàn

I h (A)

Điện

áp hàn

U h (V)

Tốc độ hàn

(m/h)

Tầm với điện cực

Tiêu hao khí

(l/ph)

5,06,0 1,6 5,06,0 1 230360 2635 2635 1625 1618