Nghiên cứu tự động hóa quá trình hàn TIG bằng robot “research on automation of TIG welding by robot

Nguyên lý hàn TIG Hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ của khí trơ còn gọi là hàn TIG, hàn GTAW được mô tả về mặt nguyên lý trên hình 1.1.. Kim loại cơ

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tác giả dưới

sự hướng dẫn của PGS.TS Bùi Văn Hạnh và chỉ tham khảo các tài liệu đã được liệt

kê, ngoại trừ các số liệu, các bảng, biểu đồ, đồ thị, công thức đã được trích dẫn từ tài liệu tham khảo, nội dung công bố còn lại trong luận văn là của chính tác giả đưa

ra và chưa được công bố ở trong bất kỳ tài liệu nào Nếu sai, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2015

Học viên

Nguyễn Hải Duy

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC HÌNH VẼ v

MỞ ĐẦU 1

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 2

3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 2

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HÀN TIG 3

1.1 Tổng quan về hàn TIG [1] 3

1.1.1 Nguyên lý hàn TIG 3

1.1.2 Đặc điểm của quá trình hàn 3

1.1.3 Phạm vi ứng dụng 4

1.2 Công nghệ hàn TIG [1] 5

1.2.1 Chuẩn bị trước khi hàn 5

1.2.2 Chế độ hàn 8

1.2.3 Chế độ hàn xung 11

1.2.4 Kỹ thuật hàn 13

1.2.5 Chống biến dạng và cải thiện tạo dáng mối hàn 21

1.3 Thiết bị hàn TIG [1] 24

1.3.1 Phân loại 24

1.3.2 Sơ đồ cấu tạo 25

1.4 Vật liệu hàn TIG 29

1.4.1 Khí bảo vệ 29

1.4.2 Điện cực wolfram (Tungstene) 30

1.5 Ứng dụng đặc biệt của hàn bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường

khí trơ [1] 42

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ CẤU CẤP DÂY TỰ ĐỘNG CHO MÁY HÀN TIG 45

2.1 Thiết kế kết cấu mỏ hàn TIG tự động cấp dây [7] 45

2.1.1 Yêu cầu của kết cấu mỏ hàn TIG tự động cấp dây 45

2.1.2 Thiết kế 45

2.2 Thiết kế mạch điều khiển 48

2.2.1 Phân tích chọn loại động cơ 48

2.2.2 Thiết kế mạch điều khiển 53

CHƯƠNG 3: TÍCH HỢP HỆ THỐNG HÀN TIG TỰ ĐỘNG CẤP DÂY BẰNG RÔ BỐT 55

3.1 Lựa chọn thiết bị 55

3.1.1 Lựa chọn thiết bị hàn TIG [5,6,8] 55

3.1.2 Lựa chọn Robot hàn [2,3,9] 60

3.2 Tích hợp hệ thống hàn TIG tự động cấp dây trên Robot AX-V6 73

3.2.1 Thiết kế đồ gá mỏ hàn TIG tự động trên Robot 73

3.2.2 Kết nối máy hàn, bộ cấp dây và robot [6,8,9] 75

CHƯƠNG IV: CHẾ TẠO VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM 76

4.1 Chế tạo và kết nối 76

4.1.1 Chế tạo cơ cấu kẹp chặt 76

4.1.2 Chế tạo kết cấu mỏ hàn TIG tự động cấp dây 76

4.1.3 Chế tạo đồ gá mỏ hàn TIG tự động 79

4.1.4 Kết nối mạch điều khiển tốc độ bộ cấp dây tự động 79

4.1.5 Kết nối máy hàn, bộ cấp dây và Robot 80

4.2 Chạy thử nghiệm hệ thống mỏ hàn TIG tự động cấp dây trên máy hàn ACCUTIG 300P và Robot AX-V6 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MIG Hàn bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí trơ

MAG Hàn bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí hoạt tính

GTAW Hàn bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo

vệ ThO2 Tungstene Thorium

ZrO2 Tungstene Zirconium

CeO2 Tungstene Cerium

La2O3 Tungstene Lathanum

W Điện cực không nóng chảy Wonfram

Ce2O3 Ôxyt Xêri

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Chế độ hàn bằng dòng một chiều sử dụng điện cực WC20 (có pha CeO)

10

Bảng 1.2: Chế độ hàn bằng dòng xoay chiều 11

Bảng 1.3: Chế độ hàn 2 nhịp (2T) và 4 nhịp (4T) 15 Bảng 1.4: Độ lệch mép cho phép theo chiều dày tấm 21

Bảng 1.5: Khoảng cách L giữa các má ép 22

Bảng 1.6: Các loại mỏ hàn TIG 27

Bảng 1.7: Đường kính tròn của mỏ phun 27

Bảng 1.8: Mã màu điện cực 31

Bảng 1.9: Thành phần điện cực hàn TIG 32

Bảng 1.10: Một số loại điện cực thông dụng 35

Bảng 1.11: Thông số khi mài điện cực 36

Bảng 1.12: Thông số hàn TIG 39

Bảng 1.13a: Tiêu chuẩn kỹ thuật AWS kim loại hàn TIG 40

Bảng 1.13b: Cơ tính của một số loại dây hàn thông dụng 41

Bảng 1.13c: Tiêu chuẩn và thành phần của kim loại phụ 41

Bảng 3.1: Bảng thông số kỹ thuật nguồn hàn ACCUTIG-300P 56

Bảng 3.2: Các thiết bị chuẩn kèm theo 58

Bảng 3.3: Dạng điều khiển tương tự 59

Bảng 3.4: Dạng điều khiển số 59

Bảng 3.5: Thiết bị tiếp xúc cho mỏ hàn 59

Bảng 3.6: Các loại cáp hàn 59

Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật của tay máy 66 Bảng 3.8: Chức năng bộ điều khiển 67 Bảng 3.9: Đặc điểm bộ điều khiển AX-C 68

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Nguyên lý hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy 3

trong môi trường khí bảo vệ 3

Hình 1.2: Một số hình ảnh về phạm vi ứng dụng của hàn TIG 5

Hình 1.3: Liên kết hàn giáp mối 6

Hình 1.4: Liên kết hàn chồng 6

Hình 1.5: Liên kết hàn góc 6

Hình 1.6: Liên kết hàn chữ T 7

Hình 1.7: Liên kết hàn mép 7

Hình 1.8: Lót đáy mối hàn 7

Hình 1.9: Chế độ hàn bằng điện cực không nóng chảy tiêu biểu 9

Hình 1.10: Cách chọn cỡ chụp khí 10

Hình 1.11: Chế độ hàn xung 11

Hình 1.12: Kỹ thuật gây hồ quang tiếp xúc 13

Hình 1.13: Kỹ thuật hàn mối hàn giáp mối 14

Hình 1.14: Kỹ thuật hàn giáp mối trên bề mặt thẳng đứng 17

Hình 1.15: Kỹ thuật hàn mối hàn góc của liên kết chồng 17

Hình 1.16: Bảo vệ đáy mối hàn khi hàn ống 18

Hình 1.17: Chuẩn bị mép hàn ống 19

Hình 1.18: Vị trí đầu điện cực khi hàn ống 19

Hình 1.19: Trình tự hàn ống ở vị trí cố định nằm ngang 20

Hình 1.20: Sơ đồ ép mép hàn 22

Hình 1.21: Sơ đồ lắp giáp có biến dạng định hướng mép hàn 22

Hình 1.22: Sơ đồ hàn liên kết gấp mép cố định 23

Hình 1.23: Sơ đồ hàn có biến dạng liên tục 24

Hình 1.24: Sơ đồ cấu tạo chung của thiết bị hàn TIG đang sử dụng hiện nay ……… 25

Hình 1.25: Bình khí và van điều áp 25

Hình 1.26: Cấu tạo mỏ hàn TIG 26

Hình 1.27: Nguồn điện hàn 28

Hình 1.28: Đặc điểm của khí bảo vệ 29

Hình 1.29: Quan hệ U-I và khí hàn 30

Hình 1.30: Hình dạng và cách mài điện cực 37

Hình 1.31: Ký hiệu dây hàn 41

Hình 1.32: Sơ đồ hàn TIG tự động cấp dây 43

Hình 1.33: Một số hình ảnh hàn TIG tự động cấp dây 44

Hình 2.1: Bản vẽ kỹ thuật kết cấu kẹp chặt bộ cấp dây tự động trên mỏ hàn TIG 46

Hình 2.2: Bản vẽ kỹ thuật kết cấu kẹp chặt bộ dẫn hướng dây hàn tự động trên mỏ hàn TIG 46

Hình 2.3: Bản vẽ kỹ thuật cơ cấu dẫn hướng dây hàn cho mỏ hàn TIG tự động 48

Hình 2.4: Sơ đồ cấu tạo của động cơ 1 chiều 49

Hình 2.5: Sơ đồ cấu tạo của động cơ xoay chiều 50

Hình 2.6: Động cơ servo 51

Hình 2.7: Nguồn điện DC 24V 53

Hình 2.8: Nguyên lý của mạch cầu H 53

Hình 2.9: Nguyên lý hoạt động của IR2184 54

Hình 3.1: Nguồn hàn TIG DC ACCUTIG 300P 55

Hình 3.2: Bộ cấp dây CMXL-2320 (của hãng OTC DAIHEN) 55

Hình 3.3: Bộ điều khiển 56

Hình 3.4: Sơ đồ kết nối nguồn hàn-bộ cấp dây- khí bảo vệ 56

Hình 3.5: Cấu hình cơ bản của hệ thống robot hàn 61

Hình 3.6: Robot hàn MIG/MAG AII-V6 và AII-V6L của hãng OTC-DAIHEN 63

Hình 3.7: Robot hàn MIG/MAG OiC-170 của hãng FANUC 63

Hình 3.8: Robot hàn MIG/MAG TA-1400 của hãng Panasonic 64

Hình 3.9: Robot hàn MIG/MAG MA-1400 của hãng Motoman 64

Hình 3.10: Một số hình ảnh về robot hàn TIG đang được ứng dụng rộng rãi hiện nay 65

Hình 3.11: Cơ cấu tay máy và chiều di chuyển các trục 66

Hình 3.13: Nguồn hàn kỹ thuật số DM350 73

Hình 3.14: Bản vẽ kỹ thuật đồ gá mỏ hàn TIG tự động 73

Hình 3.15: Sơ đồ kết nối máy hàn, bộ cấp dây và Robot 75

Hình 4.1: Kết cấu kẹp chặt sau khi chế tạo 76

Hình 4.2: Ống trụ 77

Hình 4.3: Ống cong 77

Hình 4.4: Pép tiếp xúc dây hàn 78

Hình 4.5: Kết cấu mỏ hàn TIG tự động cấp dây 79

Hình 4.6: Đồ gá mỏ hàn TIG tự động 79

Hình 4.7: Mạch điều khiển tốc độ bộ cấp dây tự động 80

Hình 4.8: Kết nối máy hàn, bộ cấp dây trên Robot AX-V6 81

Hình 4.9: Mối hàn giáp mối sau khi hàn 82

Hình 4.10: Mối hàn góc chữ T sau khi hàn 82

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

- Trong sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước thì ngành cơ khí nói chung và ngành hàn nói riêng có một vai trò hết sức to lớn bởi muốn phát triển các ngành như công nghiệp đóng tàu, giao thông vận tải, xây dựng, lắp máy, dầu khí và hoá chất thì không thiếu sự đóng góp của ngành hàn

- Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật hàng loạt các vật liệu mới ra đời, cho đến nay vật liệu được sử dụng trong các ngành là rất đa dạng về chủng loại và tính công nghệ Hơn nữa nhu cầu của con người là năng xuất, chất lượng và thẩm mỹ của sản phẩm Vì vậy ngành hàn cũng phải nghiên cứu để tìm ra những công nghệ nhằm đáp ứng thực tế đó Kết quả là hàng loạt công nghệ hàn ra đời, trong đó có công nghệ hàn TIG

- Song để đào tạo được một người thợ hàn TIG có trình độ cao thì mất rất nhiều thời gian và phụ thuộc vào năng khiếu của người đó Hơn nữa hàn TIG hoàn toàn thủ công thì năng suất thấp, chất lượng mối hàn không đồng đều và gây lãng phí nguyên, nhiên vật liệu

- Để công nghệ hàn TIG được sử dụng rộng rãi thì phải hạn chế được các nhược điểm như nói trên Cụ thể là phải nâng cao được năng suất, cải thiện được chất lượng mối hàn và tiết kiệm được nguyên nhiên vật liệu Thì phải tiến hành tự động hoá từng phần hoặc tự động hoá toàn bộ quá trình hàn

- Thực tế hiện nay tại Việt Nam chưa sản xuất được bộ cấp dây tự động cho máy hàn TIG, nhập khẩu rất đắt Bởi vậy việc nghiên cứu để chế tạo ra một bộ cấp dây tự động cho mỏ hàn TIG và tích hợp hệ thống hàn TIG tự động cấp dây bằng Robot là hết sức cần thiết và cấp bách

- Được sự đồng ý của Viện Cơ Khí - Bộ môn Hàn và Công Nghệ Kim

Loại Trường Đại Học Bách Khoa - Hà Nội đặc biệt là PGS.TS Bùi Văn Hạnh tác

giả thực hiện luận văn với tên sau:

Nghiên cứu tự động hóa quá trình hàn TIG bằng robot “Research on automation of TIG welding by robot”

2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài đi sâu nghiên cứu, thiết kế thành công hệ thống hàn TIG tự động cấp

dây với nguồn hàn TIG bất kỳ Tích hợp hệ thống hàn TIG tự động cấp dây trên

Robot từ đó thiết kế hoàn chỉnh hệ thống hàn TIG tự động bằng Robot nhằm ứng dụng trong công nghiệp

3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Thiết kế thành công hệ thống hàn TIG tự động cấp dây và kết nối được hệ thống hàn TIG tự động cấp dây trên Robot AX-V6

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu lý thuyết, thực tế và phân tích tổng hợp

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HÀN TIG 1.1 Tổng quan về hàn TIG [1]

1.1.1 Nguyên lý hàn TIG

Hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ của khí trơ (còn gọi là hàn TIG, hàn GTAW) được mô tả về mặt nguyên lý trên hình 1.1

Khi hàn, khí bảo vệ chảy liên tục từ thân mỏ hàn và chụp khí vào vùng hàn hồ quang Nhiệt của hồ quang làm nung chảy kim loại cơ bản và dây hàn phụ (nếu có) Kim loại nóng chảy tại vũng hàn kết tinh tạo thành mối hàn Khí bảo vệ có thể là Argon, Hêli, hoặc hỗn hợp khí (Ar+He, Ar+CO2) Khí bảo vệ có thể được đưa vào vùng hàn từ một phía bên điện cực hoặc từ xung quanh nó

Hình 1.1: Nguyên lý hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy

trong môi trường khí bảo vệ

1.1.2 Đặc điểm của quá trình hàn

* Ưu điểm:

- Có thể đạt được mối hàn có cùng tính chất hóa lý, luyện kim như kim loại cơ bản

- Không cần phải làm sạch mối hàn sau khi hàn (không có kim loại bắn tóe, xỉ hàn)

- Có thể hàn hầu hết kim loại thông dụng trong công nghiệp

- Còn có thể dùng để hàn kim loại không đồng nhất, và hàn đắp

- Thích hợp cho hàn các tấm mỏng

* Nhược điểm:

- Năng xuất thấp

- Đòi hỏi thợ có tay nghề cao

- Giá thành tương đối cao do năng xuất thấp

1.1.3 Phạm vi ứng dụng

Hình 1.2 thể hiện một số ứng dụng của công nghệ hàn TIG, áp dụng để hàn các loại thép như thép không gỉ, thép hợp kim, kim loại màu: Hợp kim nhôm, titan nhằm đảm bảo cho kim loại mối hàn có chất lượng tốt Kim loại cơ bản được nóng chảy do nhiệt độ hồ quang sinh ra giữa điện cực không nóng chảy Vonfram và kim loại cơ bản, que hàn phụ được đưa vào vùng hàn bị nóng chảy đi vào bể hàn tạo thành mối hàn Hầu hết các kim loại đều có thể hàn bằng phương pháp này Tuỳ thuộc vào từng kim loại hàn, có thể dùng DC TIG Welding là phương pháp hàn TIG dùng dòng điện một chiều (nếu hàn phương pháp này là điện cực nối với cực âm) hoặc AC TIG Welding là phương pháp hàn TIG dùng dòng điện xoay chiều Sử dụng dòng một chiều để hàn các kim loại như: Thép các bon, thép không gỉ, đồng

đỏ, đồng thau, titan Khi dùng dòng xoay chiều có thuận lợi cho việc tẩy sạch lớp ôxyt trên bề mặt vật hàn vì vậy sử dụng dòng xoay chiều để hàn nhôm và hợp kim của nhôm là rất thuận lợi

- Do việc sử dụng khí để bảo vệ vùng hàn nên phương pháp hàn TIG cũng bị ảnh hưởng của gió Hình dạng và góc độ của đầu điện cực Vonfram ảnh hưởng đến bề rộng và độ ngấu sâu của mối hàn

- Có nhiều loại điện cực được sử dụng cho phương pháp hàn TIG như điện cực Vonfram nguyên chất, Vonfram chứa Thoria Gần đây người ta sử dụng oxyt Xêri (Ce2O3) thấm lên điện cực làm giảm sự tiêu hao và biến dạng của đầu điện cực trong quá trình hàn

→ Thường được dùng hàn lớp lót trong quy trình hàn ống áp lực

→ Sử dụng để hàn các kim loại khó hàn như Titan, đồng đỏ

→ Hàn các kết cấu thép dạng bình chứa, dạng tấm vỏ

Hình 1.2: Một số hình ảnh về phạm vi ứng dụng của hàn TIG

1.2 Công nghệ hàn TIG [1]

1.2.1 Chuẩn bị trước khi hàn

Công tác chuẩn bị trước khi hàn ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng mối hàn

và thường bao gồm các công việc sau:

+ Chọn dạng liên kết: Việc lựa chọn dạng liên kết cho từng trường hợp cụ thể phụ

thuộc vào tính chất cần có của mối hàn, chi phí chuẩn bị, chi phí hàn và loại kim

loại cơ bản, hình dạng và kích thước kết cấu cần hàn

Hình 1.3: Liên kết hàn giáp mối

Liên kết giáp mối dạng chữ I dễ chuẩn bị nhất (chiều dày tấm có thể lên đến

6mm) và khi hàn có thể sử dụng hoặc không cần sử dụng kim loại bổ sung, tuỳ theo chiều dày của tấm hàn (hình 1.3a) Khi cần hàn tấm rất mỏng (1,6÷2)mm có thể sử dụng phương pháp gấp mép (hình 1.3c) Nếu chiều dày vật hàn từ (6÷12)mm thì ta vát mép chữ V (hình 1.3b) Liên kết vát mép chữ X dùng cho tấm dày từ 12mm trở lên (hình 1.3d) Góc rãnh hàn thường là từ (600

÷700)

Liên kết hàn chồng (hình 1.4) là loại

liên kết loại bỏ hoàn toàn nhu cầu chuẩn bị

mép hàn Tuy nhiên cần chú ý để các tấm

cần hàn tiếp xúc với nhau trên toàn bộ

chiều dài mối hàn Khi chiều dày tấm hàn

không vượt quá 6mm, có thể hàn với dây

hàn phụ hoặc không Loại liên kết này

thường không được ưu tiên sử dụng khi

chiều dày tấm vượt quá 6mm

Hình 1.4: Liên kết hàn chồng

Liên kết hàn góc (hình 1.5) thường sử

dụng trong chế tạo các chi tiết dạng hộp

hay thùng chứa, liên kết ở (hình 1.5a) dùng

cho chiều dày tấm đến 3mm và không dùng

dây hàn phụ Loại liên kết ở hình (1.5b)

dùng cho tấm hàn dày hơn và cần sử dụng Hình 1.5: Liên kết hàn góc

dây hàn phụ Loại liên kết ở (hình1.5c)

dây hàn phụ Tuy nhiên nó không thích hợp

khi mối hàn chịu kéo hoặc uốn

Hình 1.8: Lót đáy mối hàn + Kiểm tra thiết bị trước khi hàn:

• Kiểm tra độ kín của mọi mối nối đường dẫn khí bảo vệ

• Kiểm tra dòng điện hàn và lưu lượng khí đã được đặt trước

• Chọn cỡ chụp khí và đường kính điện cực thích hợp

• Kiểm tra lưu lượng nước làm mát (nếu có)

• Kiểm tra việc đấu dây của vật hàn

+ Chuẩn bị khí bảo vệ:

Hình dạng của các bộ phận bên trong mỏ hàn và chụp khí bảo vệ được thiết

kế để dòng chảy của khí là chảy tầng không bị chảy rối Điều này đạt được thông qua các ống hội tụ đồng tâm, cho phép tăng khoảng cách bảo vệ lẫn độ nhô ra của đầu điện cực khỏi chụp khí (thích hợp cho hàn ở vị trí khó tiếp cận) Thông thường thì các hãng bán thiết bị hàn dành cho khách hàng tuỳ chọn khi mua Khách hàng có thể mua thiết bị chỉ có mỏ hàn tiêu chuẩn (không có ống hội tụ) hoặc có thể mua thiết bị với mỏ hàn kèm theo ống hội tụ

Ngoài ra công tác làm sạch bề mặt chi tiết trước khi hàn cũng rất quan trọng

Có thể làm sạch mép hàn bằng phương pháp cơ học hoặc hoá chất Lưu ý vấn đề khi

sử dụng hoá chất Làm sạch về mỗi bên mối hàn khoảng từ (30÷50)mm Sau khi vát mép nếu có và gá lắp, có thể thực hiện hàn đính Kích thước và số lượng mối hàn đính phụ thuộc vào chiều dày và kích thước của chi tiết

1.2.2 Chế độ hàn

Chế độ hàn liên quan đến việc chọn các thông số như:

• Cường độ dòng điện hàn cho tư thế hàn đã chọn

• Thời gian tăng dòng diện hàn lên giá trị đã chọn

• Thời gian giảm cường độ dòng điện hàn khi tắt hồ quang (để điền đầy miệng hàn)

• Đường kính điện cực

• Đường kính dây hàn phụ (nếu có)

• Tốc độ hàn

• Lưu lượng khí bảo vệ và cỡ chụp khí (đường kính miệng phun của chụp khí)

• Thời gian tác động của khí bảo vệ trước và sau khi hồ quang hoạt động

Trên (hình 1.9) là chế độ tiêu biểu đối với dòng điện hàn và thời gian tác động của khí bảo vệ

Hình 1.9: Chế độ hàn bằng điện cực không nóng chảy tiêu biểu

I - Cường độ dòng điện hàn (giá trị làm việc)

A - Thời gian tác động của khí bảo vệ trước khi gây hồ quang

B - Thời gian tăng dòng điện hàn lên giá trị làm việc

C - Thời gian giảm dòng điện hàn từ giá trị làm việc (để điền miệng hàn)

D - Thời gian tác động của khí bảo vệ sau khi tắt hồ quang

Cơ sở cho lựa chọn chế độ hàn là loại kim loại cơ bản, loại liên kết hàn, chiều dày tấm, và tư thế hàn Các giá trị của chế độ hàn thường được chọn theo bảng Cường độ dòng điện hàn, đường kính điện cực, đường kính dây hàn phụ (nếu cần), tốc độ hàn, kích thước chụp khí bảo vệ, và lưu lượng khí bảo vệ Có các bảng cho nhôm và hợp kim nhôm, thép hợp kim cao, hợp kim ma nhê, đồng và hợp kim đồng, thép các bon và thép hợp kim thấp, các hợp kim niken

Biểu đồ trên hình 1.10 cho thấy cách chọn cỡ chụp khí theo lưu lượng khí bảo vệ, tuỳ thuộc vào kim loại cơ bản và chiều dày cần hàn

Đường kính trong của chụp khí [mm]

d [mm]

Cỡ chụp khí

Đường kính trong của chụp khí [mm]

Lưu lượng

Ar, [l/min]

Hình 1.11: Chế độ hàn xung

Ip - Cường độ dòng hàn xung (giá trị làm việc)

Ib - Cường độ dòng hàn cơ bản (giá trị duy trì hồ quang)

A - Thời gian tác động của khí bảo vệ trước khi gây hồ quang

B - Thời gian tác động của 1 xung hàn

C - Thời gian không có xung hàn (giữa hai xung liên tiếp)

D - Thời gian tác động của khí bảo vệ sau khi tắt hồ quang

Có thể điều chỉnh thời gian và biên độ dòng xung (B, Ip), dòng cơ bản (C, Ib) cho phù hợp với ứng dụng hàn cụ thể

* Đặc điểm của hàn xung là:

• Không đòi hỏi chặt chẽ về dung sai gá lắp như khi hàn không có xung

• Cho phép hàn các tấm mỏng dưới 1mm (chiều dày này khó hàn khi không có xung )

• Giảm biến dạng do khống chế được năng lượng đường

• Dễ hàn ở mọi tư thế

• Không đòi hỏi tay nghề cao như khi hàn không có xung

• Chất lượng mối hàn được cải thiện đáng kể

• Thích hợp cho việc cơ giới hóa tự động hóa

• Thích hợp cho chi tiết quan trọng: Đường kính hàn đáy mối hàn ống nhiều lớp, hàn các chiều dày không đồng nhất

• Với lực điện tử mạnh của hồ quang, hạn chế được rỗ khí và tăng chiều sâu ngấu

* Các loại xung hàn hay sử dụng là:

• Xung có tần số thấp từ (0,1÷20)Hz Đây có thể là xung một chiều hoặc xung xoay chiều Chúng được hàn cho các tấm có chiều dày 1mm (ngấu hết), hàn các kim loại cơ bản khác nhau

• Xung có tần số trung bình từ (100÷500)Hz đây là loại xung một chiều Chúng được dùng cho hàn tấm mỏng, hàn ống có chiều dày đến 0,3mm (tốc độ hàn 3m/min), hàn các kim loại cơ bản không đồng nhất

• Xung có tần số cao từ (1÷20)kHz Đây là loại xung một chiều dùng cho hàn các tấm cực mỏng (đến 0,1mm) và đòi hỏi độ chính xác cao, hàn ống mỏng

Các ứng dụng tiêu biểu của hàn xung là hàn tự động ở mọi tư thế các ống mỏng hoặc hàn lớp hàn đáy của mối hàn ống dày ở tư thế 5G (nằm ngang cố định)

1.2.4 Kỹ thuật hàn

Kỹ thuật hàn bao gồm việc gây và kết thúc hồ quang, thao tác mỏ hàn và dây hàn phụ ở các tư thế hàn khác nhau Kỹ thuật hàn của thợ hàn có thể hơi khác nhau tuỳ theo tập quán của từng nơi, tuy nhiên đều nhằm đảm bảo mối hàn có chất lượng

+ Kỹ thuật gây hồ quang:

Có hai cách gây hồ quang là không tiếp xúc (bằng cao tần) và tiếp xúc

• Kỹ thuật gây hồ quang không tiếp xúc như sau:

- Bật dòng hàn sau đó giữ mỏ hàn ở tư thế nằm ngang cách bề mặt vật hàn khoảng 50mm

- Quay nhanh đầu điện cực trên mỏ hàn về phía vật hàn cho tới khoảng cách 3mm, tạo thành một góc 750, hồ quang sẽ tự hình thành do hoạt động của bộ gây hồ quang có tần số và điện áp cao sẵn có trong thiết bị hàn

Sóng phát ra khi gây hồ quang cao tần có thể gây nhiễu các thiết bị điện tử nhạy cảm, kỹ thuật gây hồ quang tiếp xúc được sử dụng trong trường hợp trong nhà máy có thiết bị điện tử nhạy cảm ví dụ thiết bị điều khiển dây truyền công nghệ Hình (1.12) cho thấy các bước gây hồ quang tiếp xúc:

Hình 1.12: Kỹ thuật gây hồ quang tiếp xúc

- Chạm nhẹ đầu điện cực vào vật hàn (1) ấn công tắc mỏ hàn Dòng khí bảo vệ trước khi hàn được mở và dòng điện nhỏ chạy qua điện cực

- Nâng dần điện cực lên bằng cách xoay chụp khí theo hình mũi tên (2 và 3)

- Hồ quang hình thành và dòng điện hàn tự động tăng tới mức dòng hàn trong khoảng thời gian tăng dòng (4)

Hầu hết thiết bị hàn bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ hiện đại đều có mạch điều khiển tự động chế độ gây hồ quang tiếp xúc

+ Kỹ thuật kết thúc hồ quang:

Để kết thúc hồ quang, có thể đưa điện cực về tư thế nằm ngang Thiết bị hàn cũng có thể được trang bị điều khiển từ xa (bằng tay hoặc chân) để gây hồ quang, thay đổi cường độ dòng điện hàn và kết thúc hồ quang mà không cần thông qua chuyển động của mỏ hàn

+ Chế độ làm việc 2 nhịp và 4 nhịp (2T/4T) của mỏ hàn:

Chế độ làm việc 2 nhịp (2T, tức là chỉ ấn công tắc có 2 lần trong một lượt hàn) của mỏ hàn thích hợp cho hàn các đường hàn ngắn hoặc các đường hàn thường xuyên gián đoạn Chế độ làm việc 4 nhịp (4T, tức là phải ấn công tắc 4 lần trong một lượt hàn) của mỏ hàn thích hợp cho hàn các đường hàn dài Trên bảng 1.3 cho thấy cách thao tác mỏ hàn khi hàn ở chế độ làm việc 2 nhịp và 4 nhịp

+ Kỹ thuật hàn mối hàn giáp mối:

- Sau khi gây hồ quang, giữ mỏ hàn ở góc 750 so với bề mặt vật hàn (hình 1.13)

Hình 1.13: Kỹ thuật hàn mối hàn giáp mối

- Nung điểm bắt đầu hàn bằng cách cho mỏ hàn xoay tròn cho đến khi thấy xuất hiện vũng hàn (hình 1.13A) Đầu của điện cực cần được giữ ở khoảng cách 3mm so với bề mặt vật hàn

- Khi vũng hàn sáng và lỏng, dịch chuyển chậm và đều mỏ hàn với tốc độ đủ tạo mối hàn có chiều rộng cần thiết Trường hợp không sử dụng dây hàn phụ: Không cần dao động ngang mỏ hàn khi dịch chuyển theo chiều dài mối hàn

Khi sử dụng dây hàn phụ, dây hàn được giữ ở góc 150 so với bề mặt vật hàn,

và cách điểm bắt đầu hàn khoảng 25mm Trước hết nung điểm khởi đầu để tạo vũng hàn giống như khi hàn không có dây hàn phụ Khi vũng hàn sáng và lỏng, dịch chuyển hồ quang về mép sau vũng hàn (hình 1.13B) và bổ sung kim loại dây hàn bằng cách chạm nhanh đầu dây hàn vào mép trước vũng hàn (hình 1.13C) Rút dây hàn lại (hình 1.13D) và đưa hồ quang quay trở về mép trước của vũng hàn (hình 1.13E) Khi vũng hàn lại sáng và lỏng, ta lại lặp lại các bước nêu trên trên toàn bộ chiều dài mối hàn Tốc độ hàn và lượng dây hàn được bổ sung phụ thuộc vào chiều rộng và chiều cao cần thiết của mối hàn

đầu chảy Sau khoảng thời gian ra khí

trước hàn sẽ xuất hiện hồ quang Sau

đó dòng điện tăng trong khoảng thời

gian tăng dòng tới giá trị cường độ

dòng hàn đặt trước

2 Nhả công tắc mỏ hàn Dòng hàn

giảm trong khoảng thời gian giảm

dòng Sau khi hồ quang tắt, khí bảo vệ

tiếp tục chảy trong khoảng thời gian ra

khí sau hàn

thời gian tăng dòng

4 Nhả công tắc mỏ hàn Dòng hàn sẽ giảm trong khoảng thời gian giảm dòng Sau khi hồ quang tắt, khí bảo vệ tiếp tục chảy trong thời gian ra khí sau hàn

hình thành Dòng điện tăng tới giá trị

dòng hàn trong khoảng thời gian tăng

dòng

3 Ấn công tắc mỏ hàn Việc hàn tiếp

tục

4 Nhả công tắc mỏ hàn Dòng hàn

giảm trong khoảng thời gian giảm

dòng, cho đến khi hồ quang tắt Sau

đó, khí bảo vệ tiếp tục chảy trong

khoảng thời gian ra khí sau hàn

Chức năng 4T kết hợp với gây hồ

ra khí sau hàn

Trường hợp đặc biệt của hàn mối hàn giáp mối là hàn trên bề mặt thẳng đứng (hình 1.14) Để hàn mối hàn giáp mối trên bề mặt thẳng đứng, mỏ hàn được giữ vuông góc với bề mặt vật hàn Hàn thường được tiến hành từ dưới lên trên Khi sử dụng dây hàn phụ, nó được đưa vào giống như mô tả ở trên

Hình 1.14: Kỹ thuật hàn giáp mối trên bề mặt thẳng đứng + Kỹ thuật hàn mối hàn góc trong liên kết chồng:

Bắt đầu hàn bằng cách tạo vũng hàn trên tấm dưới (hình 1.15) Sau đó khi vũng hàn sáng và lỏng, rút ngắn hồ quang xuống còn khoảng 1,6mm Bước tiếp theo gồm việc thực hiện dao động mỏ hàn trên vũng hàn cho đến khi các tấm liên kết chắc với nhau Một khi đã hình thành mối hàn, ngưng dao động và di chuyển

mỏ hàn dọc đường hàn, với đầu điện cực ngay phía trên mép tấm trên

Hình 1.15: Kỹ thuật hàn mối hàn góc của liên kết chồng

+ Kỹ thuật hàn mối hàn góc trong liên kết góc và liên kết mép:

Đây là loại mối hàn dễ hàn nhất bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ và bao gồm việc:

• Tạo vũng hàn tại điểm bắt đầu

• Di chuyển thẳng mỏ hàn dọc theo đường hàn

Khi thực hiện các mối hàn loại này, không cần sử dụng dây hàn phụ

+ Kỹ thuật hàn mối hàn nhiều lớp:

• Thường thực hiện với chiều dày trên 3mm

• Lớp hàn đầu cần hàn ngấu hoàn toàn đáy hàn

• Các lớp sau có thể hàn bằng dòng điện hàn lớn hơn

+ Kỹ thuật hàn ống:

Khi sử dụng quá trình hàn bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ để hàn ống, mối hàn có hình dạng đẹp và mượt, ngấu hết, ít có khuyết tật phía đáy Khả năng chống ăn mòn tốt hơn so với áp dụng các quá trình hàn khác Cần lưu ý là khi hàn ống, cần bảo vệ phía đáy mối hàn (bên trong thành ống) khỏi tác động của không khí Để đạt được điều này, cần sử dụng khí bảo vệ lót đáy từ phía trong ống (còn gọi là xông khí) thông qua việc đưa vào và duy trì khí trơ (có áp lực cao hơn 1at một chút) trong phần ống dưới đáy hàn (hình 1.16)

Hình 1.16: Bảo vệ đáy mối hàn khi hàn ống

Tại hiện trường, khi hàn các đường ống lớn, có thể sử dụng các túi chất dẻo hoặc giấy được thổi phồng bịt kín hai phía mối hàn bên trong ống, nhưng có đường cho khí bảo vệ vào vùng cần được bảo vệ

Trong cả 2 trường hợp, cần hạn chế Argon thoát ra bằng cách dùng băng mềm che phần khe giữa hai ống, và chỉ để hở dần phần phía trước mối hàn đang

hàn Trường hợp tiêu biểu là tư thế hàn sấp (1G) mối hàn giáp mối dạng chữ V có góc mép hàn 37,50 mỗi bên, kích thước mặt đáy 1,6mm, khe đáy (1,6÷2,4)mm (hình 1.17) Hình 1.19 cho thấy hình dạng vát mép hàn tiêu biểu theo tiêu chuẩn Mỹ AWS, (mỗi mối nối có 4 mối hàn đính bố trí đối xứng tại các vị trí 8:30, 4:30, 1:30

và 11:30 kim ngắn đồng hồ theo chu vi ống) tại đáy

Hình 1.17: Chuẩn bị mép hàn ống

Khi hàn, khoảng cách nhô ra của đầu điện cực (đã được vát nhọn thích hợp)

từ miệng chụp khí bảo vệ cần được điều chỉnh như trên hình 1.18, với đầu điện cực nằm gần như ngang hoặc dưới bề mặt đáy ống một chút

Hình 1.18: Vị trí đầu điện cực khi hàn ống

Hình 1.19a cho thấy cách hàn ống ở tư thế cố định nằm ngang (2G) Hàn bắt đầu từ vị trí thấp nhất lên phía trên cùng Sau đó lặp lại với phía đối diện, cũng từ dưới lên trên đỉnh Vị trí tương đối của điện cực và dây hàn được biểu thị trên hình

vẽ đó

Hình 1.19: Trình tự hàn ống ở vị trí cố định nằm ngang

Sau khi đã thiết lập được vũng hàn và bắt đầu hàn, cần dao động mỏ hàn (khi hàn thép thường) theo hình 1.19b Nếu thấy vũng hàn có xu hướng sụt, cần điều chỉnh tốc độ dịch chuyển và dao động của mỏ hàn Cũng có thể điều chỉnh bằng cách cho thêm kim loại phụ (dây hàn phụ) vào vũng hàn để làm nguội bớt vũng hàn Đối với hàn ống nhiều lớp, khi hàn lớp đáy (lớp 1), việc khống chế chiều sâu chảy

là yếu tố quyết định thành công Chỉ có thể đạt được điều đó qua thực hành Các bước như sau:

- Hàn đính và đặt liên kết vào vị trí cần hàn

- Gây hồ quang tại một bên mép và đưa hồ quang xuống đáy liên kết

- Khi vũng hàn nối hai bên đáy thì đưa dây hàn phụ vào

Cách nhận biết đường hàn đáy đã ngấu hoàn toàn: Sau khi vũng hàn nối hai bên của liên kết, hồ quang được giữ một lát phía trên vũng hàn Sau đó vũng hàn sẽ dẹt ra và có dạng cái nêm (phía trước thẳng, với các góc tròn phía sau) Đó là lúc đường hàn đáy đã ngấu hoàn toàn

Hàn các lớp còn lại trừ đường hàn phủ (đường hàn thứ 2 đến n-1):

• Dao động ngang mỏ hàn khi hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp các ống ngang

ở tư thế cố định (5G) hoặc xoay (1G), sẽ tốn ít thời gian hàn Không dao động

ngang mỏ hàn khi hàn thép hợp kim cao (để tránh tạo cacbit crom) ở mọi tư thế, và khi hàn ống đứng cố định (2G) thép cacbon và thép hợp kim thấp

Hàn lớp phủ (lớp thứ n trên cùng):

• Lớp hàn cần rộng hơn liên kết 3mm và đều về hai bên

• Mối hàn cần cao hơn bề mặt ống khoảng 1,6mm

• Chuyển động dao động ngang của mỏ hàn: Như với các lớp điền đầy nêu trên

1.2.5 Chống biến dạng và cải thiện tạo dáng mối hàn

Để mối hàn có chất lượng, đặc biệt khi các tấm mỏng, cần lắp ghép chính xác mép hàn trước khi hàn Khi lắp ghép, cần tránh lệch mép hàn so với nhau Trên bảng 1.4 dưới đây là độ lệch mép cho phép theo chiều dày liên kết:

Bảng 1.4: Độ lệch mép cho phép theo chiều dày tấm

Chiều dày tấm hàn (mm) Độ lệch mép cho phép (mm)

Một trong những nguyên nhân phá vỡ hình dạng cần thiết của mối hàn là sự biến dạng mép hàn trong khi hàn (biến dạng tức thời), dẫn đến nứt mối hàn Nếu

xảy ra mất ổn định cục bộ, biến dạng tức thời sẽ đặc biệt lớn, nhất là khi hàn tấm mỏng hơn 1mm Sau đây là một số biện pháp cải thiện hình dạng mối hàn:

+ Ép mép hàn: Để loại bỏ hiện tƣợng lƣợn sóng tấm trong vùng hàn và để giảm

móp khi tấm bị nung cục bộ, cần sử dụng các đồ gá kẹp tuyến tính (a), hoặc phẳng (b) nhƣ ở hình 1.20 Các đồ gá này bao gồm các má ép riêng biệt (làm từ vật liệu

không có từ tính) Khoảng cách L giữa các má ép phải là tối thiểu trên bảng 1.5

có modul đàn hồi thấp (nhôm)

Hình 1.21: Sơ đồ lắp giáp có biến dạng định hướng mép hàn

Hình 1.20: Sơ đồ ép mép hàn

+ Hàn liên kết gấp mép cố định:

Các tấm mỏng từ 0,2mm trở xuống thường được hàn gấp mép Tuy nhiên việc tạo dáng mối hàn trong trường hợp này có thể bị phá vỡ và chuyển tiếp từ mối hàn vào kim loại cơ bản không đều như hình 1.22f Để loại bỏ khe hở, vốn là nguyên nhân gây cháy thủng khi hàn như hình 1.22a, 1.22b, người ta nắn thẳng các mép hàn và nén chặt chúng lại với nhau bằng uốn kép như hình 1.22c Sau đó dùng một nguồn nhiệt công suất nhỏ để nung chảy mép đã uốn như hình 1.22d mà hầu như không gây biến dạng Sau đó dùng lượt hàn thứ hai ở chế độ hàn chính thức để nối 2 tấm với nhau như hình 1.22e, tạo thành mối hàn có chuyển tiếp đều vào kim loại cơ bản như hình 1.22f

Hình 1.22: Sơ đồ hàn liên kết gấp mép cố định + Hàn sử dụng biến dạng liên tục:

Các tấm hàn giáp mối hoặc hàn chồng thường bị biến dạng uốn cục bộ trong mặt phẳng mối hàn theo hướng ngược với hướng của hồ quang như hình 1.23 Độ uốn của tấm làm tăng đáng kể độ cứng vững của mép hàn Khi đó sự mất độ ổn định mang tính định hướng, và sự uốn bổ sung mép hàn trong vùng hàn sẽ xảy ra ở phía ngược với phía hồ quang Hàn có biến dạng liên tục dùng để hàn các kết cấu lớn tấm mỏng Khi hàn, mỏ hàn cố định và tấm hàn được đẩy và kéo quanh bề mặt hướng Sơ đồ trên hình 1.23b (kéo) tốt hơn sơ đồ hình 1.23a (đẩy) vì khi hàn ứng suất kéo xuất hiện trong tấm có tác dụng giảm biến dạng dư

b Theo kiểu máy

- Máy dùng chỉnh lưu bằng diode

- Máy dùng chỉnh lưu bằng thyrytor

1.3.2 Sơ đồ cấu tạo

Hình 1.24: Sơ đồ cấu tạo chung của thiết bị hàn TIG đang sử dụng hiện nay

Máy hàn TIG thông thường hiện nay bao gồm các bộ phận chính sau:

a Bình khí và van điều áp thể hiện trên hình 1.25

Hình 1.25: Bình khí và van điều áp

* Hiện nay khi hàn TIG thường sử dụng năm loại khí và hỗn hợp khí sau:

- Khí argong (Ar) tinh khiết

- Khí heli (He) tinh khiết

- Khí cácbonic(CO2) tinh khiết

- Hỗn hợp khí Argong và Heli

- Hỗn hợp khí Argong và cácbonic

Các hỗn hợp khí này thường được đựng trong trai thép có dung tích 40lít và

áp suất là 150 at (tương đương 6,2m3)

b Mỏ hàn

Trên hình 1.26 thể hiện cấu tạo của mỏ hàn TIG Chứa điện cực vonfram và được làm mát bằng khí hay bằng nước (tuỳ theo dòng điện hàn tối đa) Chức năng của mỏ hàn là dẫn dòng điện hàn và dòng khí bảo vệ vào vùng hàn Điện cực được kẹp chặt vào ống kẹp có bắt vít bên trong mỏ hàn Có các kích thước ống kẹp khác nhau tuỳ theo đường kính của điện cực sử dụng Khí bảo vệ được đưa vào vùng hàn qua miệng chụp khí (thường làm bằng gốm) Chụp khí được tạo ren để xoay vào mỏ hàn, nó khống chế dòng chảy và sự phân bố khí bảo vệ Chụp khí có các kích thước khác nhau, tuỳ theo lưu lượng khí sử dụng Ống hội tụ (gas lense) bằng thép không

gỉ hoặc bằng gốm được lắp trên miệng chụp khí có tác dụng chống dòng chảy rối của khí bảo vệ và tăng cường hiệu quả bảo vệ khi hàn các mối hàn góc hoặc các mối hàn khó tiếp cận Trên tay cầm mỏ hàn có công tắc để điều khiển quá trình hàn Khi hàn tự động mỏ hàn không có tay cầm và kẹp vào giá đỡ Bảng 1.6 thể hiện một

số kiểu mỏ hàn TIG thông dụng Trên bảng 1.7 liệt kê các loại đường kính tròn của

mỏ phun

Hình 1.26: Cấu tạo mỏ hàn TIG

Bảng 1.6: Các loại mỏ hàn TIG

Model

Kiểu làm nguội

Dòng điện định mức

Chiều dài ống dẫn tiêu chuẩn (mm)

AC, chu kỳ tải 60% 100%

DC, chu kỳ tải tải

60% 100%

B Nước 270 195 300 225 270

C Nước 400 310 459 350 400 Chọn mỏ phun: Đường kính trong của mỏ phun đồng thời là chỉ số và lưu lượng khí (lít/phút) cần hiệu chỉnh

c Nguồn điện hàn

Hình 1.27 thể hiện bộ nguồn điện hàn TIG dùng để cung cấp dòng điện hàn một chiều, xoay chiều hoặc cả hai Tuỳ ứng dụng, đây có thể là biến áp chỉnh lưu, máy phát điện hàn Nguồn điện hàn có đặc tính dốc (giống như đối với hàn hồ quang tay) Để tăng độ ổn định của hồ quang, điện áp không tải nằm trong khoảng

từ (70÷80)V

Hình 1.27: Nguồn điện hàn

Ngoài những yêu cầu và chức năng trên nguồn điện hàn này còn cho phép chúng ta tác động trực tiếp vào nguồn hàn để tự động hoá từng phần hoặc tự động hoá toàn bộ quá trình hàn

d Bộ phận điều khiển

Thường được bố trí chung với nguồn điện hàn, bao gồm contactơ đóng ngắt dòng điện hàn, bộ gây hồ quang tần số cao, bộ điều khiển tuần hoàn nước làm mát (nếu có) với bộ phận cánh tản nhiệt, quạt mát và bộ khống chế thành phần dòng một chiều (với máy hàn dùng dòng hàn xoay chiều)

e.Thiết bị phụ trợ

Ngoài những bộ phận chính ở trên còn có các phụ tùng (thiết bị phụ trợ) khác

như van giảm áp, cáp hàn, lưu lượng kế, van điện từ, mặt nạ hàn, điện cực

1.4 Vật liệu hàn TIG [4]

1.4.1 Khí bảo vệ

Bất kỳ loại khí trơ nào cũng có thể dùng để hàn TIG, song Argon và Heli được

ưa chuộng hơn cả vì giá thành tương đối thấp, trữ lượng khí khai thác dồi dào

- Argon: Là loại khí trơ không màu, mùi, vị và không độc Nó không hình thành

hợp chất hóa học với bất cứ vật chất nào khác ở mọi nhiệt độ hoặc áp suất Ar được trích từ khí quyển bằng phương pháp hóa lỏng không khí và tinh chế đến độ tinh khiết 99,9 %, có tỷ trọng so với không khí là 1,33 Ar được cung cấp trong các bình

áp suất cao hoặc ở dạng khí hóa lỏng với nhiệt độ -1840

C trong các bồn chứa, đặc điểm của khí Ar như hình 1.28

- Heli: Là loại khí trơ không màu, mùi, vị Tỷ trọng so với không khí là 0,13 được

khai thác từ khí thiên nhiên, có nhiệt độ hóa lỏng rất thấp - 2720C, thường được chứa trong các bình áp suất cao, đặc điểm của khí He như hình 1.28

Hình 1.28: Đặc điểm của khí bảo vệ

Sự trộn hai khí Ar và He có ý nghĩa thực tiễn rất lớn Nó cho phép kiểm soát chặc chẽ năng lượng hàn cũng như hình dạng của tiết diện mối hàn Khi hàn chi tiết dày, hoặc tản nhiệt nhanh, sự trộn He vào Ar cải thiện đáng kể quá trình hàn

- Nitơ (N2) đôi khi được đưa vào Ar để hàn đồng và hợp kim đồng, Nitơ tinh khiết

đôi khi được dùng để hàn thép không rỉ

- Hỗn hợp Ar – H 2 việc bổ sung hydro vào argon làm tăng điện áp hồ quang và các

ưu điểm tương tự heli Hỗn hợp với 5% H2 đôi khi làm tăng độ làm sạch của mối

hàn TIG bằng tay Hỗn hợp với 15% được sử dụng để hàn cơ khí hóa tốc độ cao cho các mối hàn giáp mối với thép không rỉ dày đến 1,6 mm, ngoài ra còn được dùng để hàn các thùng bia bằng thép không rỉ với mọi chiều dày, với khe hở đáy của đường hàn từ (0,25 - 0,5) mm không nên dùng nhiều H2, do có thể gây ra rỗ xốp ở mối hàn Việc sử dụng hỗn hợp này chỉ hạn chế cho các hợp kim Ni, Ni - Cu, thép không rỉ Quan hệ giữa U-I và khí hàn thể hiện trên hình 1.29

Hình 1.29: Quan hệ U-I và khí hàn

* Lựa chọn khí bảo vệ: Không có một quy tắc nào khống chế sự lựa chọn khí bảo

vệ đối với một công việc cụ thể Ar, He hoặc hỗn hợp của chúng đều có thể sử dụng một cách thành công đối với đa số các công việc hàn, với sự ngoại lệ là khi hàn trên những vật cực mỏng thì phải sử dụng khí Ar Ar thường cung cấp hồ quang êm hơn

là He Thêm vào đó, chi phí đơn vị thấp và những yêu cầu về lưu lượng thấp của Ar

đã làm cho Ar được ưa chuộng hơn từ quan điểm kinh tế

1.4.2 Điện cực wolfram (Tungstene)

Tungsten (Wolfram) được dùng làm điện cực do tính chịu nhiệt cao, nhiệt độ nóng chảy cao (34100C), phát xạ điện tử tương đối tốt, làm ion hóa hồ quang và duy trì tính ổn định hồ quang, có tính chống oxy hóa rất cao

Các loại điện cực sử dụng phổ biến trong hàn TIG thể hiện trên bảng 1.8

+ Tungstene nguyên chất (đuôi sơn màu xanh lá cây): Chứa 99,5% tungsten

nguyên chất, giá rẻ song có mật độ dòng cho phép thấp, khả năng chống nhiễm bẩn thấp, dùng khi hàn với dòng xoay chiều (AC) áp dụng khi hàn nhôm hoặc hợp kim nhẹ

+ Tungstene Thorium (chứa 1 đến 2 % thorium {ThO2} - đuôi sơn màu đỏ)

có khả năng bức xạ electron cao do đó dòng hàn cho phép cao hơn và tuổi thọ được nâng cao đáng kể Khi dùng điện cực này hồ quang dễ mồi và cháy ổn định, tính năng chống nhiễm bẩn tốt, dùng với dòng một chiều (DC) áp dụng khi hàn thép hoặc thép không gỉ

Ngoài ra còn có :

+ Tungstene zirconium (0,15 đến 0,4% zirconium {ZrO2} - đuôi sơn màu

nâu) có đặc tính hồ quang và mật độ dòng hàn định mức trung gian giữa tungsten pure và tungsten thorium, thích hợp với nguồn hàn AC khi hàn nhôm Ưu điểm khác của điện cực là không có tính phóng xạ như điện cực thorium

+ Tungsten Cerium (2% cerium { CeO2} - đuôi sơn màu cam): Nó không

có tính phóng xạ, hồ quang dễ mồi và ổn định, có tuổi bền cao hơn, dùng tốt với dòng DC hoặc AC

+ Tungsten Lathanum { La2O3} có tính năng tương tự tungsten cerium

Bảng 1.8: Mã màu điện cực