Nghiên cứu thiết lập chế độ hàn tối ưu khi hàn điện khí

Trong những năm gần đây xuất hiện nhiều trang thiết bị hàn hiện đại giúp cho năng suất hàn tăng lên gấp nhiều lần, song bên cạnh đó việc tính toán và lựa chọn được chế độ hàn tối ưu cũng

NGUYỄN DANH ĐẠO

NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP CHẾ ĐỘ HÀN TỐI ƯU

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là do tôi tự làm và nghiên cứu, dưới sự hướng dẫn của PGS TS Bùi Văn Hạnh thuộc Bộ môn Hàn & Công nghệ kim loại

- Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách khoa Hà nội Tôi xin cam đoan không sao chép hoặc sử dụng kết quả nghiên cứu của người khác trong báo cáo luận văn của mình

Tôi xin chịu trách nhiệm về lời cam đoan của mình

Người cam đoan

Nguyễn Danh Đạo

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan 1

Mục lục 2

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 7

Hệ thống danh mục các bảng biểu 8

Hệ thống danh mục các hình vẽ 9

Mở đầu 11

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN KHÍ VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 14 1.1 Tổng quan về công nghệ hàn điện khí 14

1.1.1 Mô tả quá trình hàn điện khí 16

1.1.2 Vật liệu hàn 17

1.1.3 Điện cực dùng trong hàn điện khí 19

1.1.3.1 Điện cực lõi đặc 19

1.1.3.2 Điện cực lõi thuốc 20

1.1.4 Nguồn hàn và các thiết bị phụ trợ 21

1.1.4.1 Nguồn hàn 21

1.1.4.2 Bộ phận cấp dây hàn 23

1.1.4.3 Khuôn tạo hình mối hàn 23

1.1.4.4 Bộ phận điêu khiển 24

1.1.4.5 Khí bảo vệ trong quá trình hàn 25

1.1.5 Ứng dụng của công nghệ hàn điện khí 26

1.2 Thiết bị hàn điện khí 27

1.2.1 Giới thiệu về robot hàn tự hành 27

1.2.2 Hệ thống điều khiển và phần mềm 30

Chương 2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN HÌNH DẠNG, KÍCH THƯỚC VÀ CHẤT LƯỢNG CỦA MỐI HÀN 31 2.1 Cơ sở tính toán và thiết kế mối hàn giáp mối 31

2.1.1 Các yêu cầu và tiêu chuẩn đánh giá 31

2.1.2 Ảnh hưởng của liên kết hàn đến sự hình thành mối hàn 31

2.2 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến sự hình thành mối hàn 32

2.2.1 Ảnh hưởng của dòng điện hàn 32

2.2.2 Ảnh hưởng của điện áp hàn 34

2.2.3 Ảnh hưởng của tốc độ hàn 35

2.2.4 Ảnh hưởng của đường kính dây hàn 35

2.2.5 Ảnh hưởng của tầm với điện cực 37

2.2.6 Ảnh hưởng của chế độ dao động điện cực 38

2.2.7 Ảnh hưởng của góc nghiêng điện cực 38

2.2.8 Ảnh hưởng của khí bảo vệ 39

Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ HÀN TRÊN ROBOT HÀN TỰ HÀNH 41 3.1 Quy hoạch thực nghiệm 41

3.1.1 Khái niệm qui hoạch thực nghiệm 41

3.1.2 Mục đích của qui hoạch thực nghiệm 41

3.1.3 Ý nghĩa của qui hoạch thực nghiệm 42

3.1.4 Đối tượng nghiên cứu 42

3.1.5 Các nguyên tắc trong qui hoạch thực nghiệm 43

3.1.6 Cơ sở lý thuyết của phương pháp 44

3.1.6.1 Kế hoạch thực nghiệm toàn phần 44

3.1.6.2 Tiêu chuẩn Student 47

3.1.6.3 Kiểm tra tính tương thích của mô hình 48

3.1.6.4 Tối ưu hóa tìm cực trị 48

3.1.7 Các bước tiến hành của phương pháp qui hoạch thực nghiệm 49

3.1.7.1 Chọn thông số nghiên cứu 49

3.1.7.2 Lập kế hoạch thực nghiệm 49

3.1.7.3 Tiến hành thí nghiệm nhận thông tin 50

3.1.7.4 Xây dựng và kiểm tra mô hình thực nghiệm 51

3.1.7.5 Tối ưu hóa hàm mục tiêu 50

3.2 Sơ đồ nghiên cứu về chế độ hàn tối ưu khi hàn điện khí 51

3.2.1 Sơ đồ tổng quát 51

3.2.2 Sơ đồ nghiên cứu trong đề tài 52

3.3 Xây dựng mô hình hàm mục tiêu, nhằm xác định các thông số chế độ hàn cần tối ưu

52 3.3.1 Hình dạng mô hình 53

3.3.2 Giới thiệu phương pháp xác định hệ số của mô hình 54

3.4 Xác định hàm mục tiêu 57

3.4.1 Lựa chọn các biến số của chế độ hàn 57

3.4.2 Chọn tần số và xác định khoảng biến thiên 58

3.4.3 Tiến hành thí nghiệm xác định các chỉ tiêu công nghệ của mối hàn 62 3.4.3.1 Thí nghiệm đo hình dạng mối hàn 62

3.4.3.2 Thí nghiệm tẩm thực mối hàn để xác định chiều sâu ngấu 63

3.4.3.3 Kiểm tra vết nứt bề mặt bằng dung dịch hiển thị mầu 63

3.5 Thực nghiệm trên Robot hàn tự hành 65

3.5.1 Chuẩn bị thực nghiệm 65

3.5.1.1 Thiết bị hàn thực nghiệm 65

3.5.1.2 Thiết kế liên kết hàn đứng giáp mối 69

3.5.1.3 Lót sứ khe hở hàn 69

3.5.1.4 Điện cực dùng khi hàn thực nghiệm 70

3.5.2 Tính toán chế độ công nghệ cho các chiều dày 16, 18, 24, 30 mm 71 3.5.2.1 Đối với dây hàn đặc 71

3.5.2.2 Đối với dây hàn có lõi thuốc 75

3.5.3 Lập chương trình hàn mối hàn đứng giáp mối trên Robot tự hành 77

Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM, XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ HÀN TỐI ƯU 78 4.1 Thiết bị, dụng cụ hàn thực nghiệm 78

4.1.1 Thiết bị hàn thực nhiệm 78

4.1.2 Sứ lót đáy khe hở hàn 78

4.1.3 Bộ khuôn đồng để tạo hình mối hàn 79

4.2 Vật liệu hàn thử nghiệm và các thông số chế độ hàn 79

4.2.1 Vật liệu hàn thử nghiệm 79

4.2.2 Đặt các thông số của chế độ hàn 80

4.3 Qui cách vát mép và gá lắp phôi 82

4.4 Lập qui trình hàn sơ bộ 83

4.5 Trình tự hàn và kiểm tra sau khi hàn 83

4.6 Tổng hợp, nhận xét, đánh giá và xử lý số liệu thực nghiệm 85

4.6.1 Nhận xét, đánh giá và kiểm tra ngoại dạng sau khi hàn 85

4.6.2 Tổng hợp kết quả sau khi kiểm tra ngoại dạng 87

4.6.3 Kiểm tra độ ngấu sau khi hàn 87

4.6.4 Tổng hợp kết quả kiểm tra độ ngấu 88

4.7 Qui trình hàn 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

PHỤ LỤC 93

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TT Ký hiệu,

1 TIG Hàn điện cực không nóng chảy, môi trường khí trơ bảo vệ

2 MIG Hàn điện cực nóng chảy, môi trường khí trơ bảo vệ

3 MAG Hàn điện cực nóng chảy, môi trường khí CO2 bảo vệ

9 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

11 U Điện áp hàn

12 f Tần số dao động

14 t Thời gian dừng của mỏ hàn

15 h Chiều sâu ngấu

16 pWPS Qui trình hàn sơ bộ

17 WPS Qui trình hàn

18 ĐHBK Đại học Bách khoa

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 So sánh giữa hàn TIG, MIG, MAG với hàn điện khí EGW

Bảng 1.2 So sánh sự giống, khác nhau giữa hàn điện xỉ và hàn điện khí

Bảng 1.3 Thành phần hoá học các cấp thép dùng trong đóng tàu

Bảng 1.4 Cơ tính của các cấp thép

Bảng 1.5 Các mác thép thông dụng khi hàn điện khí

Bảng 1.6 Thành phần hóa học của một số loại dây hàn điện khí

Bảng 1.7 Đặc tính kỹ thuật của nguồn hàn

Bảng 3.1 Giá trị tổng quát của các đại lượng

Bảng 3.2: Khoảng biến thiên hình dạng mối hàn

Bảng 3.3: Khoảng biến thiên hình dạng mối hàn

Bảng 3.4 Hệ số tương quan của R

Bảng 3.5 Thành phần hóa học của dây hàn EG72S-3

Bảng 3.6 Cơ tính của dây hàn EG72S-3

Bảng 3.7 Thành phần hóa học của dây hàn EG72T-3

Bảng 3.8 Cơ tính của dây hàn EG72S-3

Bảng 3.9 Thông số chế độ hàn cho dây hàn đặc

Bảng 3.10 Thông số chế độ hàn cho dây hàn lõi thuốc

Bảng 4.1 Thành phần hoá học tính theo % của mác thép NVA32 thí nghiệm Bảng 4.2 Bảng các thông số khi đặt nguồn hàn

Bảng 4.3 Bảng các thông số chế độ hàn

Bảng 4.4 Tổng hợp kết quả kiểm tra ngoại dạng sau khi hàn

Bảng 4.5 Tổng hợp kiểm tra độ ngấu bằng phương pháp tẩm thực

Hình 1.6 Khuôn tạo hình dạng mối hàn

Hình 1.7 Hộp điều khiển các thông số khi hàn

Hình 1.8 Bình đựng khí bảo vệ

Hình 1.9 Hàn điện khí trong hàn modun tổng đoạn

Hình 1.10 Hàn điện khí trong hàn boong tàu

Hình 1.11 Hàn điện khí trong hàn bồn bể

Hình1.12 Hình ảnh rô bốt hàn tự hành

Hình1.13 Tay máy tự hành khi hàn

Hình1.14 Bộ phận điều khiển cho robot hàn tự hành

Hình1.15 Ray dẫn hướng cho tay máy

Hình1.16 Một số loại nguồn hàn co hàn điện khí

Hình1.17 Khuôn tạo hình mối hàn

Hình1.18 Hệ thống điều khiển robot tự hành

Hình 2.1 Chuẩn bị phôi hàn giáp mối mép hàn hình vuông

Hình 2.2 Chuẩn bị phôi hàn giáp mối mép hàn chữ V

Hình 2.3 Sự ảnh hưởng của dòng điện đến hình dạng của mối hàn

Hình 2.4 Ảnh hưởng của dòng điện hàn tới hình dáng của bể hàn

Hình 2.5 Ảnh hưởng của dòng điện hàn tới hình dáng của bể hàn

Hình 2.6 Ảnh hưởng của điện áp hàn tới hình dáng của bể hàn

Hình 2.7 Ảnh hưởng của tốc độ hàn tới hình dáng của bể hàn

Hình 2.8 Sự thay đổi hình dạng mối hàn phụ thuốc vào tiết diện dây hàn

Hình 2.9 Ảnh hưởng của phần nhô của điện cực tới hình dáng của bể hàn

Hình 2.10 Góc nghiêng điện cực so với hai mép phôi hàn

Hình 2.11 Góc nghiêng điện cực so với trục đường hàn

Hình 3.1 Sơ đồ tổng quát các tham số cần tính toán và xác định

Hình 3.2 Sơ đồ các thông số cần nghiên cứu trong đề tài

Hình 3.3 Thí nghiệm đo hình dạng mối hàn

Hình 3.4 Làm sạch bề mặt vật kiểm tra

Hình 3.5 Phun chất thẩm thấu lên bề mặt vật kiểm tra

Hình 3.6 Làm sạch chất thẩm thấu trên bề mặt vật kiểm tra

Hình 3.7 Phun chất hiển thị mầu lên bề mặt vật kiểm tra

Hình 3.8 Khuyết tật được hiển thị

Hình 3.14 Giao diện chính của phần mềm

Hình 3.15 Dao diện vận hành bằng tay

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Đất nước đang trong thời kỳ đổi mới, yêu cầu về công nghiệp hoá và hiện đại hoá ngày càng được chú trọng Hiện nay Đảng và Nhà nước đang có chính sách khuyến khích các ngành công nghiệp phát triển nói chung và ngành công nghiệp đóng tàu và dầu khí nói riêng Đối với công nghiệp đóng tàu và dầu khí việc ứng

dụng các phương pháp “Hàn” để chế tạo ra các con tàu là một yếu tố quyết định

đến chất lượng của sản phẩm và việc sử dụng các phương pháp Hàn chiếm khối lượng rất lớn trong tỷ trọng gia công chế tạo

Hàn là một phương pháp lắp ghép không thể thiếu, có phạm vi ứng dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp, từ cơ khí, năng lượng, dầu mỏ, giao thông vận tải, cho đến xây dựng, hàng không, hóa chất Do tính phổ quát và tầm quan trọng trong nền kinh tế, hàn đã và đang phát triển rất nhanh, từ kỹ thuật, công nghệ, đến trang thiết bị nhằm đáp ứng yêu cầu năng suất, chất lượng ngày càng cao của thực tiễn sản xuất Trong những năm gần đây xuất hiện nhiều trang thiết bị hàn hiện đại giúp cho năng suất hàn tăng lên gấp nhiều lần, song bên cạnh đó việc tính toán và lựa chọn được chế độ hàn tối ưu cũng gặp nhiều khó khăn bất cập là phải tính toán chế độ hàn theo kinh nghiệm, tra bảng trong sổ tay hoặc cẩm nang hàn…

Xuất phát từ những yêu cầu nêu trên, dưới sự hướng dẫn của PGS - TS Bùi Văn Hạnh, cộng với sự giúp đỡ của các thầy giáo trong Bộ môn Hàn & Công nghệ

kim loại - Viện Cơ khí, tôi đã lựa chọn đề tài nghiên cứu với nội dung “ Nghiên

cứu thiết lập chế độ hàn tối ưu khi hàn điện khí ”

2 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:

- Cơ sở khoa học: Để đảm bảo chất lượng trong quá trình hàn, chế độ hàn là một yếu tố quan trọng và quyết định đến hình dạng, kích thước cũng như chất lượng của mối hàn Thiết lập và lựa chọn được chế độ hàn tối ưu khi hàn điện khí là một vấn đề khoa học cần được nghiên cứu, thực nghiệm và tìm hiểu kỹ lưỡng

- Tính thực tiễn: Thực tế cho thấy khi hàn mối hàn giáp mối một phía để ghép nối tổng đoạn trong chế tạo vỏ tàu thuỷ đóng vai trò rất quan trọng đối với độ bền và khả năng làm việc của vỏ tàu Hiện nay tại hầu hết các cơ sở đóng tàu ở nước ta các mối hàn giáp mối một phía khi ghép nối tổng đoạn chủ yếu được thực hiện bằng tay dẫn đến gặp rất nhiều khó khăn trong quá trình thưc hiện như: phải tiến hành hàn nhiều lớp, mất nhiều thời gian, chất lượng mối hàn không cao, năng suất hàn giảm Song nếu dùng phương pháp hàn điện khí với một chế độ hàn tối ưu

để thực hiện gặp nhiều thuận lợi vì với các chi tiết có chiều dầy lớn chỉ cần hàn 1 lớp, chất lượng mối hàn tốt, cho năng suất và hiệu quả kinh tế cao

3 Mục đích nghiên cứu của đề tài:

Nghiên cứu các thông số công nghệ ảnh hưởng đến hình dáng, kích thước và chất lượng của mối hàn Thiết lập và lựa chọn được chế độ hàn tối ưu để thực hiện các mối hàn leo giáp mối một phía khi ghép nối tổng đoạn trong chế tạo vỏ tàu thuỷ

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài:

- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ thực hiện các mối hàn giáp mối một phía khi ghép nối tổng đoạn trong chế tạo vỏ tàu thuỷ

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng các mối hàn leo giáp mối

- Xây dựng quy trình thực nghiệm trên Robot hàn tự hành, xử lý số liệu và đưa ra được chế độ hàn tối ưu nhằm nâng cao năng suất và chất lượng thực hiện các mối hàn leo giáp mối một phía khi ghép nối tổng đoạn trong chế tạo vỏ tàu thuỷ

5 Phương pháp và đối tượng nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Để tìm hiểu, tham khảo những kiến thức

cơ bản về phương pháp hàn điện khí, cũng như kỹ thuật hàn các mối hàn khi ghép nối tổng đoạn trong chế tạo vỏ tàu thủy

- Phương pháp thực nghiệm, phân tích, tổng hợp: Để đưa ra được các thông

số chế độ hàn tối ưu khi hàn điện khí

- Đối tượng nghiên cứu: Các thông số chế độ hàn điện khí với vật liệu là thép NVA32 đang được sử dụng nhiều để hàn tàu có tải trọng lớn

5 Kết cấu của đề tài

Mở đầu:

Chương 1 : Tổng quan về công nghệ hàn điện khí

Chương 2 : Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn đến hình dạng, kích thước và chất lượng của mối hàn

Chương 3 : Xây dựng mô hình thực nghiệm và xác định các thông chế độ hàn trên Robot hàn tự hành

Chương 4 : Nghiên cứu thực nghiệm, xử lý số liệu và xác định chế độ hàn tối ưu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN KHÍ 1.1 Tổng quan về công nghệ hàn điện khí

Hàn điện khílà phương pháp hàn điện hồ quang liên tục ở tư thế hàn leo, hàn những tấm có chiều dày lớn chỉ cần 1 đường hàn, được phát triển năm 1961 dựa trên nguyên lý của hàn điện xỉ Trong đó hồ quang được phát sinh giữa điện cực và phôi hàn Sử dụng khí bảo vệ thông thường là khí CO2 hoặc hỗn hợp khí CO2 - Ar

tỷ lệ thường dùng 20%CO2 – 80%Ar tương tự như hàn MAG Sự khác nhau cơ bản giữa phương pháp hàn điện khí và hàn điện xỉ là hàn điện khí hồ quang được duy trì liên tục trong suốt quá trình hàn, không vát mép hoặc vát mép chữ V một phía áp dụng đối với liên kết hàn giáp mối và liên kết hàn chữ T Phương pháp hàn này được ứng dụng rất hiệu quả trong ngành đóng tàu và hàn các kết cấu bồn, bình

chứa lớn

Sự khác nhau giữa phương pháp hàn điện khí và hàn TIG, MIG, MAG là lưu lượng khí bảo vệ trong hàn điện khí lớn hơn rất nhiều và có năng lượng đường và vùng ảnh hưởng nhiệt lớn, cho năng suất cao hơn nhưng vận tốc hàn lại nhỏ hơn rất

nhiều

Bảng 1.1 So sánh giữa hàn TIG, MIG, MAG với hàn điện khí EGW

- Dây hàn luôn vuông góc với cạnh

mối hàn

- Vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ

- Thích hợp hàn ở mọi tư thế

- Hàn được các tấm mỏng

- Hàn nhiều lớp, nhiều đường

- Dây hàn luôn song song với cạnh mối hàn

- Vùng ảnh hưởng nhiệt lớn

- Phù hợp nhất với hàn leo

- Phù hợp các tấm có chiều dày lớn

- Chỉ hàn một lớp với 1 đường hàn

Như đã trình bày ở trên hàn điện khí phát triển dựa trên nguyên lý của hàn điện xỉ, do đó chúng có những ưu nhược điểm sau so với phương pháp hàn điện xỉ

* Ưu điểm: Đối với phôi hàn có chiều dày từ 20mm - 75mm, hàn điện khí có ưu

điểm hơn hàn điện xỉ vì những lý do sau:

- Người vận hành quan sát quá trình hàn dễ hơn

- Khởi động lại quá trình hàn dễ hơn

- Cơ tính mối hàn tốt hơn

- Mối hàn hoàn thành trong một hành trình hàn

* Nhược điểm:

- Đối với chiều dày phôi lớn hơn 75mm, thường sử dụng hàn điện xỉ

- So với hàn điện khí, hàn điện xỉ mối hàn thường sạch và ít nứt chân hơn

- Trong hàn điện khí, điện cực tăng lên tỉ lệ với chiều dày phôi, điều này làm khí bảo vệ kém hiệu quả

Bảng 1.2 So sánh sự giống, khác nhau giữa hàn điện xỉ và hàn điện khí

- Sử dụng điện trở của bể xỉ biến

năng lượng điện thành nhiệt làm

- Hồ quang duy trì liên tục trong quá trình hàn

- Sử dụng khí bảo vệ CO2 hoặc hỗn hợp khí Ar - CO2 bảo vệ bể hàn tránh

bị ôxi hoá

Trong quá trình hàn điện khí năng lượng đường của quá trình rất lớn và vùng ảnh hưởng nhiệt rộng vì thế các tinh thể kim loại trong vùng ảnh hưởng nhiệt có tổ chức to, thô đại xu hướng phát triển dạng cột làm tăng nguy cơ nứt

So với hàn điện xỉ thì tốc độ nguội của hàn điện khí diễn ra nhanh hơn do mối hàn luôn được dòng khí thổi trực tiếp, khác với điện xỉ là mối hàn luôn được bảo vệ dưới xỉ hàn nóng chảy, vào đồng thời nước làm mát từ tấm đồng cũng góp một phần vào làm gia tăng tốc độ nguội trong hàn điện khí chính vì thế kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt có xu hướng chuyển biến về trạng thái pha Mactenxit làm tăng độ cứng và độ giòn làm tăng nguy cơ nứt

1.1.1 Mô tả quá trình hàn điện khí

Trong phương pháp hàn điện khí, nhiệt hồ quang sinh ra làm nóng chảy điện cực và mép hàn, bể kim loại lỏng sinh ra đông đặc từ dưới lên trên hình thành mối hàn Vùng hàn được bảo vệ bởi một hỗn hợp khí có áp suất, hoặc khí bảo vệ sinh ra

do sự phân huỷ thuốc hàn đối với dây lõi thuốc

Giống như hàn điện xỉ, điện cực được dẫn vào vùng hàn bởi một cơ cấu cấp dây Để tránh cho kim loại lỏng chảy tràn, sử dụng cơ cấu tạo hình bề mặt mối hàn, không nóng chảy trong quá trình hàn, di chuyển theo sự hình thành mối hàn bởi một

cơ cấu dẫn hướng Trong quá trình hàn điện khí, khi mép hàn đã chuẩn bị thì ta

không thể định vị lại vị trí mối hàn khi đã bật công tác hàn, quá trình hàn là một

quá trình liên tục Ngoài ra quá trình hàn điện khí là quá trình hàn yên tĩnh với ít

bắn téo

1.1.2 Vật liệu hàn

Thép làm vỏ tàu thường là thép cacbon, chứa từ 0,15% đến 0,23% cacbon

cùng lượng mangan cao Hai thành phần gồm lưu huỳnh và phốt pho trong thép

đóng tàu phải ở mức thấp nhất, dưới 0,05%

Từ năm 1959 các Đăng kiểm đồng ý tiêu chuẩn hóa thép đóng tàu nhằm

giảm thiểu các cách phân loại thép dùng cho ngành này, trên cơ sở đảm bảo chấtt

lượng Theo tiêu chuẩn đã được chấp nhận này, có 5 cấp thép, (từ điển kỹ thuật

bằng tiếng Anh viết là grade), chất lượng khác nhau, dùng cho đóng tàu Các cấp

thép sử dụng trong đóng tàu là: A, B, C, D và E (theo tiêu chuẩn ATSM A131)

Bảng 1.3 Thành phần hoá học các cấp thép dùng trong đóng tàu

Cacbon, % 0,21 max 0,21 max 0,21 max 0,18 max

Mangan, % 2,5 min x cacbon 0,6 min 0,6 min -

Phospho, % 0,035 max 0,035 max 0,035 max 0,035 max

Lưu huỳnh, % 0,04 max 0,04 max 0,04 max 0,04 max

Silic, % 0,50 max 0,35 max 0,10– 0,35 0,10– 0,35

Độ bền vật liệu Giới hạn bền tất cả các nhóm: 400 – 490 N/mm2 (4100-5000Kg/cm2)

Thép hình grade A: 400-550 N/mm2

Giới hạn chảy của tất cả các nhóm: 235 N/mm2 (2400kG/cm2)

Thép grade A, dày trên 25mm: 220 N/mm2(2250kG/cm2)

Các ký hiệu nêu trong phần vật liệu này được dùng tại hầu hết các nước Trong tài liệu chính thức do Đăng kiểm Việt nam lưu hành, yêu cầu chung cho tất

và có chiều dày đến 70mm ở vị trí hàn đứng

Phương pháp hàn điện khí có thể hàn được phần lớn các kim loại, bao gồm thép cacbon thường, cacbon kết cấu và thép cường độ cao Một vài ví dụ của các loại thép này được minh họa trong bảng 1.3 Phương pháp hàn điện khí còn được sử dụng để hàn nhôm và một vài mác thép không gỉ

Bảng 1.5 Các mác thép thông dụng khi hàn điện khí

Thép cacbon thường AISI 1010, 1018, 1020

Thép các bon kết cấu ASTM A32, A131, A242, A283, A441, A573

Thép cường độ cao ASTM A36, A285, A 515, A516, A537

Hàn điện khí cho thép tôi và ram hoặc thép tiêu chuẩn có thể không được sử dụng trong một vài tiêu chuẩn Ví dụ như ANSI/ AWS D1.1, tiêu chuẩn hàn thép kết cấu, không cho phép hàn điện khí đối với thép tôi và ram

1.1.3 Điện cực dùng trong hàn điện khí:

1.1.3.1 Điện cực lõi đặc

Trong hàn điện khí bằng dây lõi đặc phép hàn được lắp phía trên giữa hai phôi hàn, vùng hàn được bảo vệ bởi khí CO2 hoặc hỗn hợp khí Ar - CO2 (80% khí

CO2 và 20% khí Ar), dây hàn được cấp bởi bộ cấp dây đến súng hàn Khi bắt đầu,

hồ quang hàn được mồi giữa tấm mồi được đính lên phôi hàn và dây hàn Hồ quang sinh ra làm nóng chảy dây hàn và mép hàn Bể kim loại lỏng đông đặc dần và được tạo hình bởi khuôn tạo hình bằng đồng di chuyển dọc theo xe hàn, khuôn tạo hình bằng đồng được làm mát bằng nước trong quá trình hàn Tuỳ thuộc vào chiều dày của phôi hàn mà sử dụng một hoặc hai dây hàn Đối với chiều dày phôi từ 12,5mm - 75mm thông thường sử dụng dây lõi đặc Thành phần hóa học của một số loại dây đặc tra theo Hiệp hội hàn Mỹ AWS được thể hiện qua bảng dưới đây:

Bảng 1.6 Thành phần hóa học của một số loại dây hàn điện khí

Dây hàn thường có hàm lượng Cacbon không quá 0,12% Nếu hàm lượng Cacbon cao sẽ làm giảm tính dẻo và tăng khả năng xuất hiện vết nứt trong mối hàn

Sự ổn định của quá 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 làm sạch nếu dây hàn bị bẩn Một trong những cách giải quyết là sử dụng dây có mạ đồng Dây mạ đồng sẽ nâng cao chất lượng bề mặt và khả năng chống rỉ, vì trong môi trường khí hậu của nước ta độ ẩm cao, đồng thời tăng tính ổn định của quá trình hàn do tiếp xúc điện tốt hơn

1.1.3.2 Điệc cực lõi thuốc

Hàn điện khí bằng dây lõi thuốc cũng tương tự như đối với dây lõi đặc, chỉ khác là khí bảo vệ do lõi thuốc tự tạo ra, hoặc kết hợp với khí bảo vệ từ bên ngoài; đồng thời trong quá trình hàn tạo ra một lớp xỉ mỏng nổi lên trên bề mặt bảo vệ bể

hàn khỏi tác động của môi trường

Hình 1.2 Ký hiệu vật liệu hàn

Hàn điện khí sử dụng dây lõi thuốc có thể sử dụng hoặc không sử dụng khí

bảo vệ, đường kính dây hàn trong khoảng từ 1,6mm - 3,2mm Theo tiêu chuẩn

ANSI/AWS A5.26 - “ Đặc điểm của vật liệu hàn dùng trong phương pháp hàn điện khí cho thép các bon và thép hợp kim thấp độ bền cao” được ký hiệu trên hình 1.2

1.1.4 Nguồn hàn và các thiết bị phụ trợ

1.1.4.1 Nguồn hàn

Thiết bị hàn hồ quang tự động trong môi trường khí bảo vệ (EGW) bao gồm các cơ cấu chính sau: Nguồn điện hàn, cơ cấu cấp dây hàn tự động, cơ cấu dịch chuyển đầu hàn (mỏ hàn) dọc theo trục mối hàn đi cùng các ống dẫn khí bảo vệ dây hàn và cáp điện, chai chứa khí bảo vệ kèm theo đồng bộ đồng hồ, lưu lượng kế và van khí

Hình 1.3 Sơ đồ tổng quát thiết bị hàn điện khí

Nguồn điện hàn là nguồn điện một chiều (DC) Nguồn điện xoay chiều không thích hợp do hồ quang bị tắt ở từng nửa chu kì làm cho hồ quang hàn không

ổn định

EGW sử dụng nguồn hàn loại điện áp không đổi cung cấp dòng một chiều, dây hàn là điện cực dương (DCEN) Dòng điện hàn trong khoảng từ 100A - 800A, điện áp trong khoảng 30V - 50V Dây hàn được lựa chọn theo vật liệu cơ bản Có thể sử dụng dây hàn lõi thuốc hoặc dây hàn đặc Đầu hàn được gắn trên cơ cấu di chuyển trong suốt quá trình hàn Theo yêu cầu của đề bài ta sử dụng nguồn hàn

DM500 Thông số và đặc tính kỹ thuật của nguồn hàn

Bảng 1.7 Đặc tính kỹ thuật của nguồn hàn

Dòng điện vào định mức 42A

1.1.4.2 Bộ phận cấp dây hàn

Tương tự như hàn GMAW bộ phận cấp dây hàn gồm động cơ cấp dây, con lăn đẩy dây, trục gá cuộn dây hàn và ống dẫn dây hàn Sự kéo dài điện cực trong hàn điện khí là vào khoảng 40mm, như vậy bộ phận cấp dây hàn cần có bộ phận nắm thẳng, để giảm thiểu hiện tượng xoắn và đảo dây hàn

Tốc độ cấp dây hàn tối đa là 23cm/s Và có cảm biến để điều khiển chuyển động ngược, vì trong quá trình hàn không phải luôn luôn dây hàn chuyển động theo một chiều duy nhất từ trên xuống dưới mà có trường hợp phải chuyển động ngược trở lại để đảm bảo hoàn thiện sự điền đầy mối hàn, tránh chảy tràn

1.1.4.3 Khuôn tạo hình mối hàn

Là tấm ốp tạo hình bề mặt mối hàn thường làm bằng tấm đồng hoặc bằng

sứ Trong quá trình thì có thể cả hai tấm đồng cùng di chuyển, hoặc 1 tấm di chuyển một tấm cố định

Tấm cố định thường là sứ Để tránh cho tấm đồng nóng chảy thường sử dụng nước làm mát trong quá trình hàn

Hình 1.5 Hệ thống cấp dây hàn

Má kẹp bằng đồng di động có thể được kẹp từ hai phía hoặc một phía, khi

kẹp một phía thì phía còn lại sẽ được lót sứ để bảo vệ mối hàn Ngoài một đường dẫn nước bắt buộc để làm mát thì trong tấm kẹp di động bằng đồng còn có thể có thêm một đường dẫn khí vào để bảo vệ mối hàn Tấm kẹp cố định nếu bằng bằng đồng thì vẫn có thể có đường dẫn nước vào làm mát còn trong trường hợp dùng sứ thì không cần vì nhiệt độ nóng chảy của sứ cao hơn nhiều so với nhiệt của hồ quang

ảnh hưởng vào sứ

1.1.4.4 Bộ phận điều khiển

Bộ phận điều khiển được tích hợp để điều khiển các chế độ hàn từ nguồn hàn

và điều khiển tốc độ hàn, thường được điều khiển theo chương trình số

Hình 1.6 Khuôn tạo hình dạng mối hàn

Hình 1.7 Hộp điều khiển các thông số khi hàn

Bộ phận điều khiển lắc đầu hàn thực hiện dao động ngang trong khi hàn

nhằm đảm bảo hàn ngấu toàn bộ mối hàn Theo AWS WHB – 290 Chaper 7-

Electrogas welding-Welding handbook đề nghị với vật liệu có chiều dày từ 30 –

100 mm thì bắt buộc phải có dao động ngang, với những vật liệu có chiều dày dưới

30 mm thì có thể không cần dao động ngang Bộ phận điều khiển sẽ điều khiển biên

độ dao động ngang vào khoảng 6-7 mm và thời gian trễ ở mép cạnh hàn

Bộ phận điều khiển luôn luôn phải khống chế được khoảng cách giữa điện cực với vũng hàn và với vật liệu cơ bản và tấm đồng Sự di chuyển của tấm đồng được đồng bộ với bộ phận cấp dây để đảm bảo rằng tấm đồng luôn di chuyển phù

hợp với vận tốc hàn

Ban đầu quá trình thường được bắt đầu một cách từ từ, sau khi gây được hồ quang, dòng hàn được cung cấp tăng dần cho đến khi hồ quang ổn định thì dòng được cố định về giá trị ban đầu được đặt và quá trình được hàn ổn định như thế cho suốt quá trình hàn

1.1.4.5 Khí bảo vệ trong quá trình hàn

Lưu lượng khí được chọn theo khuyến cáo của nhà sản xuất, lưu lượng khí được chọn nằm trong khoảng 30-140 (l/phút) Khí bảo vệ là CO2, Ar hoặc hỗn hợp khí CO2 và Ar Khi sử dụng dây hàn lõi thuốc thì có thể sử dụng hoặc sử dụng khí bảo vệ với lưu lượng ít hơn do bản thân dây hàn lõi thuốc đã có khả năng sinh khí

1.1.5 Ứng dụng của công nghệ hàn điện khí

Hàn điện khí thường được ứng dụng trong các mối hàn bể chứa, vỏ tàu thủy, kết cấu và các thiết bị áp lực Hàn điện khí nên được dùng với những mối hàn ở vị trí hàn leo và độ dày vật liệu trong khoảng từ 10 đến 100mm

Hình 1.10 Hàn điện khí trong hàn boong tàu

Hình 1.9 Hàn điện khí trong hàn modun tổng đoạn

1.2 Thiết bị hàn điện khí

Trong quá trình hàn, muốn mỏ hàn di chuyển thực hiện hàn các mối hàn có chiều dài và quỹ đạo khác nhau, người ta thường sử dụng xe hàn hay một Robot tự hành để thực hiện các chuyển động này Việc sử dụng Robot tự hành sẽ giúp cho

mỏ hàn thực hiện các chuyển động một cách linh hoạt và đảm bảo độ ch nh xác cao

1.2.1 Giới thiệu về robot hàn tự hành

Rô bốt hàn tự hành, bao gồm: tay máy, bộ điều khiển, bảng lập trình, nguồn hàn, mỏ hàn, bộ cấp dây hàn, đồng hồ cấp khí bảo vệ, thiết bị tạo dao động đầu hàn,

và hệ thống ray dẫn hướng, có các chỉ tiêu:

Hình 1.11 Hàn điện khí trong hàn bồn bể

Hình1.12 Hình ảnh rô bốt hàn tự hành

- Tay máy: Có khả năng tự hành theo quỹ đạo đường hàn, độ chính xác bám theo mép hàn là ±0.5mm

Hình1.13 Tay máy tự hành khi hàn

- Bộ điều khiển, bảng dạy: Có chức năng lập trình và chức năng vận hành bằng tay, có thể lập và lưu giữ được chương trình hàn, bảng dạy sử dụng màn hình cảm ứng

- Ray dẫn hướng Độ dài ray: 2.5m, số lượng ray: 02

Hình1.15 Ray dẫn hướng cho tay máy Hình1.14 Bộ phận điều khiển cho robot hàn tự hành

- Nguồn hàn: Có thể thực hiện được các mối hàn leo giáp mối khi đấu đà (3Gu) cho phép nhận được mối hàn đạt chất lượng thoả mãn theo TCVN 6115-1:2005 và TCVN 7472:2005 Dòng hàn: 0 ÷ 350A, cỡ dây hàn có thể sử dụng: 0.8 ÷ 1.6mm

Hình1.16 Một số loại nguồn hàn co hàn điện khí

- Thiết bị tạo dao động đầu hàn: có thể lắc đầu hàn để tăng chiều rộng mối hàn Tần số lắc: 0 ÷ 60 lần/phút, biên độ lắc: 0 ÷ 15mm

- Khuôn tạo hình mối hàn: Được chế tạo từ đồng, có tác dụng tạo hình dáng của mối hàn, đồng thời cung cấp và phân phối khí để bảo vệ mối hàn Trong khuôn

có tạo đường ống dẫn nước để làm mát

Hình1.17 Khuôn tạo hình mối hàn

1.2.2 Hệ thống điều khiển và phần mềm

Thiết bị điều khiển trung tâm là một máy tính công nghiệp được cài đặt hệ điều hành Window nhằm giảm thiểu các chức năng không cần thiết Máy tính này

có nhiệm vụ tính toán giải các bài toán động học để tìm ra quỹ đạo điều khiển

Hệ thống chấp hành gồm các động cơ servo với encoder có độ phân giải rất cao được điều khiển bởi máy tính thông qua các card điều khiển Để truyền chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến sử dụng vít me bi, để tăng mômen dùng các

hộp giảm tốc bánh răng sóng có độ chính xác cao

Bảng lập trình dùng để cài đặt các thông số và lập trình dùng một màn hình cảm ứng, có thể kết với máy tính thông qua cổng giao tiếp tiêu chuẩn RS232

Hình1.18 Hệ thống điều khiển robot tự hành

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN HÌNH DẠNG, KÍCH THƯỚC VÀ CHẤT LƯỢNG CỦA MỐI HÀN 2.1 Cơ sở tính toán và thiết kế mối hàn giáp mối

2.1.1 Các yêu cầu và tiêu chuẩn đánh giá

Độ sạch của mép hàn và bề mặt kim loại cơ bản liền kề, độ chính xác chuẩn bị mép hàn và gá lắp hàn, các máy, đồ gá chuẩn bị phôi không chuẩn, vật liệu không đồng nhất, bản vẽ không chính xác, tay nghề của thợ hàn thấp là những nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn, mối hàn dễ bị khuyết tật

Sự sai lệch bề mặt kim loại cơ bản nên nhỏ hơn 3,2mm trong cả hai phía mặt trước và mặt sau Có thể yêu cầu mài để đảm bảo dung sai cho phép Sự sai lệch lớn

có thể gây ra nhiều vấn đề khác nhau, bao gồm thiếu kim loại hàn, hình dạng mối hàn bất thường, liên kết hàn kém, thiếu khí bảo vệ Thêm vào đó, khi sử dụng tấm đệm bằng thép, sự sai lệch quá mức cho phép có thể gây nóng chảy tấm đệm này Khi hàn các tấm có độ dày khác nhau, tấm dày hơn cần được mài vát và con trượt giữ cũng phải được vát để phù hợp với tấm dày này Các mép hàn phải bằng

phẳng, khe hở hàn đều để cho mối hàn đều đặn không bị cong, vênh, rỗ…

Phải làm sạch khu vực xung quanh mép hàn một khoảng rộng 50-60mm về

hai cạnh mối hàn Tiêu chuẩn đánh giá theo AWS WHB – 290 Chaper 7-

Electrogas welding-Welding handbook

2.1.2 Ảnh hưởng của liên kết hàn đến sự hình thành mối hàn

- Chuẩn bị vát mép và gá lắp vật hàn cho hàn điện khí yêu cầu cẩn thận hơn nhiều so với hàn hồ quang tay

- Các mép hàn phải bằng phẳng, khe hở hàn đều để cho mối hàn đều đặn

không bị cong, vênh, rỗ

- Phải làm sạch khu vực xung quanh mép hàn một khoảng rộng 50-60mm về

- Góc vát mép hàn không được qui định cụ thể tuỳ thuộc vào chiều dày phôi hàn

2.2 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến sự hình thành mối hàn

2.2.1 Ảnh hưởng của dòng điện hàn

Cường độ dòng điện có ảnh hưởng lớn nhất lên hình dạng mối hàn Dòng điện hàn tăng dẫn đến tăng mật độ dòng , kích thước vũng hàn, hệ số chảy, và tốc

độ chảy Thông qua thay đổi cường độ dòng điện hàn, ta có thể tác động lên đặc trưng dịch chuyển kim loại vào vũng hàn Khi tăng cường độ dòng điện hàn (các

thông số khác giữ nguyên), lượng kim loại nóng chảy tăng do mật độ dòng điện tăng, làm tăng lượng điện cực nóng chảy Theo đó, sự tập trung nhiệt trong hồ quang tăng và làm áp lực của hồ quang tăng Chiều cao cột hồ quang giảm khiến mật độ hồ quang tập trung trong phạm vi nhỏ làm bề rộng mối hàn giảm, còn khi dòng điện nhỏ chiều dài hồ quang lớn vùng ảnh hưởng của hồ quang rộng làm bề rộng của mối hàn tăng lên

Dòng điện hàn quá lớn, năng lượng đường cao gây cháy thủng Khi dòng hàn quá nhỏ, làm nhiệt của hồ quang không đủ khiến cho mối hàn không ngấu hoặc không thấy

Hình 2.4 Ảnh hưởng của dòng điện hàn tới hình dáng của bể hàn Hình 2.3 Sự ảnh hưởng của dòng điện đến hình dạng của mối hàn

Đối với hàn điện khí dòng hàn trong khoảng từ 300A - 400A đối với dây 1,6mm, từ 400A - 800A đối với dây 2,4mm và từ 500A - 1000A đối với dây 3,2mm

2.2.2 Ảnh hưởng của điện áp hàn

Điện áp hồ quang thay đổi theo chiều dài cột hồ quang Điện áp hồ quang không ảnh hưởng nhiều đến tốc độ chảy nhưng ảnh hưởng chủ yếu chiều rộng mối hàn Điện áp hàn tăng sẽ làm tăng chiều dài cột hồ quang Do đó, lượng nhiệt sinh

ra trong hồ quang sẽ tác động lên một diện tích lớn hơn của kim loại cơ bản, làm giảm chiều sâu ngấu h nhưng lại làm tăng chiều rộng mối hàn b

Điện áp hàn quá cao khiến năng lượng đường lớn gây cháy thủng Điện áp hàn quá lớn sẽ làm tăng xác suất cháy các nguyên tố hợp kim, rỗ khí và bắn toé, làm tăng kích thước vũng hàn khiến khả năng hàn ở các tư thế trở nên khó khăn

Hình 2.6 Ảnh hưởng của điện áp hàn tới hình dáng của bể hàn

Hình 2.5 Ảnh hưởng của dòng điện hàn tới hình dáng của bể hàn

Điện áp hàn quá thấp làm cho hồ quang kém ổn định, mối hàn hẹp và lồi quá, dẫn đến hàn không ngấu các cạnh hàn Với hàn điện khí điện áp thường dùng trong khoảng từ 30V - 45V

2.2.3 Ảnh hưởng của 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 đúng tốc độ hàn phụ thuộc vào hình dạng mối 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 tăng tốc độ hàn, tốc độ nguội sau khi hàn tăng, có thể làm tăng khả năng bị nứt với một số loại thép có tính thấm tôi cao

Tốc độ hàn ảnh hưởng đến kích thước mối hàn và chiều sâu chảy mối hàn Nếu giảm tốc độ hàn vũng hàn sẽ rộng và nông hơn, hồ quang tác động chủ yếu lên vũng hàn, thay vì lên kim loại cơ bản Khi tăng tốc độ hàn, chiều sâu chảy giảm, chiều rộng mối hàn giảm

2.2.4 Ảnh hưởng của đường kính dây hàn

Khi cường độ dòng điện hàn không đổi, nếu tăng đường kính điện cực dẫn

đến tăng chiều rộng b và làm giảm chiều sâu ngấu h của mối hàn Mật độ dòng điện hàn tăng làm tăng tốc độ chảy điện cực và chiều sâu chảy của mối hàn

Hình 2.7 Ảnh hưởng của tốc độ hàn tới hình dáng của bể hàn

Các dây hàn nhỏ 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 Khi chọn đường kính dây to quá khiến lượng nhiệt của hồ quang không đủ để làm nóng chảy hết tiết diện của dây gây khuyết tật Khi chọn đường kính dây hàn nhỏ quá khi nóng chảy bị tổn thất nhiền do bay hơi, lượng kim loại nóng chảy đi vào mối hàn không đủ gây khuyết tật

Chọn dây hàn là một khâu quan trọng phù thuộc vào vật liệu cơ bản, phương pháp hàn, tư thế hàn, chế độ hàn Dây hàn được sử dụng để bổ sung kim loại vào vũng hàn, nhằm tạo nên mối hàn có cơ tính và các tính chất khác gần với kim loại

cơ bản, để tạo nên mối hàn không có khuyết tật Dây hàn thường có hàm lượng Cacbon không quá 0,12% Nếu hàm lượng Cacbon cao sẽ làm giảm tính dẻo và tăng khả năng xuất hiện vết nứt trong mối hàn

Hình 2.8 Sự thay đổi hình dạng mối hàn phụ thuốc vào tiết diện dây hàn

Sự ổn định của quá 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 làm sạch nếu dây hàn bị bẩn Một trong những cách giải quyết là sử dụng dây có

mạ đồng Dây mạ đồng sẽ nâng cao chất lượng bề mặt và khả năng chống rỉ

2.2.5 Ảnh hưởng của tầm với điện cực

Tầm với điện cực là khoảng cách từ đầu dây hàn (điện cực) đến đầu giá kẹp điện cực 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, 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 mỏ hàn Khi dây hàn có đường kính nhỏ, tầm với điện cực qúa lớn cũng làm giảm tính ổn định của dây hàn Ngoài ra, tầm với điện cực tăng sẽ tăng mức độ bắn tóe khi hàn, ngược lại tầm với điện cực quá nhỏ sẽ làm ống tiếp xúc bị quá tải về nhiệt và làm các giọt kim loại bắn tóe nhiều

Độ dài phần nhô của dây hàn tăng lên thì việc dẫn dây vào đúng tâm vùng hàn bị ảnh hưởng hàn đồng thời trên hình vẽ ta thấy nếu tăng chiều dài nhô ra của điện cực thì sẽ làm giảm chiều sâu ngấu và chiều rộng bể hàn Đối với hàn điện khí

Hình 2.9 Ảnh hưởng của phần nhô của điện cực tới hình dáng của bể hàn

dây lõi đặc, thông thường tầm với điện cực là 40mm, nếu tăng tầm với điện cực

tăng lên sẽ làm giảm điện áp và độ ngấu mép hàn

2.2.6 Ảnh hưởng của chế độ dao động điện cực

Điện cực hàn có dao động hay không tuỳ thuộc vào điều kiện hàn như: chiều dày vật hàn, dòng điện hàn, điện áp hàn, đường kính điện cực Thông thường vật liệu hàn có chiều dầy nhỏ hơn hoặc bằng 19mm thì không cần dao động điện cực, vật liệu có chiều dày lớn đến 40mm có thể cũng không dao động nhưng tuỳ

thuộc vào chế độ hàn nêu trên, đối với vật liệu có chiều dày hơn để đảm bảo độ

ngấu và không bị khuyết tật nên dao động điện cực Biên độ và tần số dao động phải được tính toán cẩn thận sao cho điện cực không chạm vào vật liệu hàn cũng

như khuôn đồng, và lót đáy trong quá trình hàn

2.2.7 Ảnh hưởng của góc nghiêng điện cực

Trong quá trình hàn góc nghiêng của điện cực sẽ ảnh hưởng đến sự nóng chảy của kim loại cơ bản, cũng như tiết diện của vũng kim loại lỏng Khi thực hiện cần chú ý đến góc nghiêng của mỏ hàn so với mép phôi hàn và so với trục đường hàn Vì vậy việc chọn đúng góc nghiêng của mỏ hàn là rất cần thiết khi hàn

- Góc độ của đầu hàn (điện cực) so với hai mép phôi luôn luôn là 900

Hình 2.10 Góc nghiêng điện cực so với hai mép phôi hàn

- Góc độ của đầu hàn (điện cực) so với trục đường hàn trong khoảng từ 00 ÷

300 tuỳ theo chiều dày vật hàn, thiết bị và kết cấu gá lắp hàn

2.2.8 Ảnh hưởng của khí bảo vệ

Khí bảo vệ có chức năng ngăn không cho không khí xung quanh tiếp xúc với vũng hàn và tác động đến các đặc trưng của hồ quang, dạng dịch chuyển kim loại điện cực vào vũng hàn, các thông số hình học của mối hàn, tốc độ hàn, xu hướng cháy lõm mép hàn và hiệu ứng bắn phá lớp oxit bề mặt Đặc điểm của các loại khí bảo vệ thông dụng khi hàn thép:

- CO2 là khí hoạt tính, dùng cho hàn thép cac bon và thép hợp kim thấp với dạng dịch chuyển ngắn mạch của kim loại điện cực Khí bảo vệ CO2 được phát riển rộng dãi vì có các ưu điểm sau:

+ CO2 dễ sản xuất và giá thành thấp

+ Chiều sâu chảy lớn

+ Tính công nghệ khi hàn trong CO2 cao hơn so với hàn dưới lớp thuốc vì có thể hàn ở mọi vị trí khác nhau

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

00 ÷ 300

Hình 2.11 Góc nghiêng điện cực so với trục đường hàn