BAI GIANG CONG NGHE KIM LOAI CHƯƠNG 7 hàn tự ĐỘNG VÀ bán tự ĐỘNG

+ Bảo vệ hồ quang và vũng hàn khỏi bị tác dụng của môi trường không khí xung quanh bằng thuốc bảo vệ, khí bảo vệ:CO2, Ar, He.. + Hàn tự động dưới lớp thuốc hoặc trong môi trường khí bảo

CHƯƠNG 7:

HÀN TỰ ĐỘNG VÀ BÁN TỰ ĐỘNG 7.1 KHÁI NIỆM.

1.Định nghĩa:

- Quá trình hàn hồ quang bao gồm các bước sau:

+ Gây hồ quang và duy trì hồ quang cháy ổn định

+ Dịch chuyển que hàn dọc mối hàn để đảm bảo hàn hết chiều dài mối hàn

+ Bảo vệ hồ quang và vũng hàn khỏi bị tác dụng của môi trường không khí xung quanh bằng thuốc bảo vệ, khí bảo vệ:CO2, Ar, He

- Nếu các khâu được thực hiện bằng cơ khí hóa là hàn tự động, còn một số khâu dùng tay thì gọi là hàn bán tự động

2 Đặc điểm:

- Hàn hồ quang tự động và bán tự động có các đặc điểm sau:

+ Năng suất cao vì sử dụng cường độ dòng điện rất lớn

+ Hàn tự động dưới lớp thuốc hoặc trong môi trường khí bảo vệ bảo đảm được cơ tính của mối hàn rất cao

+ Hệ số đắp cao, tiết kiệm kim loại dây hàn

+ Tiết kiệm được năng lượng điện vì sử dụng triệt để nguồn nhiệt sinh ra của hồ quang + Nếu dùng thuốc bảo vệ thì điều kiện lao động tốt, dễ cơ khí hóa, tự động hóa quá trình hàn

+ Hàn tự động không hàn được những kết cấu và vị trí mối hàn phức tạp

- Hàn hồ quang tự động và bán tự động được phân ra làm hai loại:

+ Hàn hồ quang hở:Trong quá trình hàn, hồ quang và mối hàn có thể nhìn thấy được + Hàn hồ quang kín (hoặc ngầm):trong quá trình hàn, hồ quang và mối hàn được bảo vệ bởi một lớp thuốc hàn nên không nhìn thấy được

3.Phân loại:

- Hàn hồ quang TĐ và BTĐ dưới lớp thuốc

- Hàn hồ quangTĐ và BTĐ trong môi trường khí bảo vệ

7.2 HÀN HỒ QUANG DƯỚI LỚP THUỐC BẢO VỆ

7.2.1 Thực chất, đặc điểm và phạm vi ứng dụng.

* Thực chất : Là phương pháp hàn nóng chảy mà nguồn nhiệt khi hàn là hồ quang điện

ngầm chạy giữa hai điện cực Sự cháy và duy trì ổn định của hồ quang trong quá trình hàn là

do sự điều khiển của máy hàn

* Đặc điểm:

- Cho năng suất cao, chất lượng mối hàn tốt

- Không phát ra hồ quang hàn, ít tác hại đến sức khỏe của người lao động

- Tiết kiệm được thời gian lao động, đảm bảo tiến độ nhanh

- Hàn được cho các vật dày 24mm mà không cần phải vát mép

- Tuy nhiên rất khó kiểm soát bằng mắt thường và vẫn phụ thuộc vào trình độ tay nghề của công nhân, nếu điều chỉnh và kiểm soát hàn không tốt sẽ dẫn đến mối hàn bị khuyết tật hàng loạt rất nguy hiểm

* Phạm vi ứng dụng.

- Hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ ( hàn tự động hay hàn hồ quang ngầm) chỉ thực hiện

ở vị trí hàn sấp Những mối hàn ngắn, khó thao tác dọc theo mối hàn thì dùng hàn bán tự động

6 5

2 3

U 4

1

Hình 7-1: Sơ đồ hàn dưới lớp thuốc

1 Dây hàn; 2 Vật hàn; 3 Khoảng trống; 4.Thuốc hàn; 5 Mối hàn; 6 Xỉ hàn

- Hiện nay trong công nghệ hàn đóng tàu vẫn áp dụng được cho hàn leo giáp mối nhưng giá thành thiết bị rất cao nên chưa được sử dụng rộng rãi

7.2.2 Vật liệu, thiết bị hàn

7.2.2.1 Vật liệu hàn

1 Dây hàn:

- Que hàn dưới dạng dây hàn Þ (12)mm được cuốn lại thành cuộn từ (4  20) kg

- Các cuộn dây hàn được bảo quản, bao gói kỹ để chống gỉ và tránh dầu mỡ

- Dây hàn bột:

Dây hàn bột được cấu tạo bởi một lớp vỏ kim loại bọc trong nó là một hỗn hợp gồm bột kim loại và một số thành phần liên kết khác

Hình 7-2: Các dạng kết cấu dây hàn bột

2.Thuốc hàn:

- Thuốc hàn có nhiệm vụ bảo vệ hồ quang hàn và mối hàn

- Thành phần thuốc hàn gồm các quặng kim loại, các chất hữu cơ, được chia làm 3 loại:

Đ 2 MP

2

1

MH

Hình 7-3: Sơ đồ nguyên lý làm việc của hàn tự động 1,2,3:Các cuộn dây kích từ.

Đ 1

+ Thuốc hàn dùng cho thép C, thép hợp kim thấp

+ Thuốc hàn dùng cho thép hợp kim trung bình

+ Thuốc hàn dùng thép hợp kim cao, kim loại màu

T0chảy thuốc hàn < T0chảy kim loại que hàn

- Theo phương pháp chế tạo ta chia thuốc hàn làm 2 loại: Thuốc hàn nĩng chảy và thuốc hàn khơng nĩng chảy (thuốc hàn gốm)

3 Khí hàn:

- Thường dùng các loại khí trơ như He, Ar và hiện nay dùng rộng rãi khí CO2

- Ngồi các loại khí trên trong hàn cịn sử dụng các loại khí như N2, hoặc dùng hỗn hợp khí Ar + CO2 (trong đĩ 5  25% khí CO2 ); Ar + O2 (trong đĩ 1% khí O2 ); Ar + He (trong đĩ He từ 20  50%); Ar +H2 (trong đĩ từ 6  15%)

7.2.2.2 Thiết bị hàn

- Nguyên lý làm việc:

- Động cơ xoay chiều 3 pha cĩ cơng suất 1000w.Trong máy phát cĩ 2 cuộn kích từ 1-2 luơn tạo từ thơng ngược chiều nhau

- Trạng thái khơng tải: từ thơng của cuộn 1 kích thích máy phát làm việc sinh ra 1 chiều cung cấp cho động cơ Đ2 quay theo chiều đẩy dây hàn đi xuống Khi chạm vào vật hàn điện thế động cơ Đ1 = 0, từ thơng cuộn 2 tăng lên và kích thích cho máy phát tạo ra dịng điện cĩ chiều ngược lại và làm cho động cơ Đ2 chuyển động theo hướng kéo dây hàn đi lên để gây hồ quang

• - Để hồ quang ổn định thì hiệu số từ thơng giữa cuộn 1 và cuộn 2 đủ để kích thích máy phát tạo ra dịng điện làm quay Đ2 theo chiều đẩy dây hàn vào vũng hàn với tốc độ bằng tốc độ chảy của dây hàn

7.2.3 Cơng nghệ hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ

* Hàn tự động trong mơi trường khí bảo vệ:

Khí bảo vệ dùng để hàn thường là khí trơ, và các khí hoạt tính khác như H2, CO2, Ar, He … Hiện nay dùng nhiều nhất là khí Ar, CO2

- Khí CO2:

+ Khí CO2 dùng để hàn cần phải cĩ độ sạch nhất định.

+ Bình đựng CO2 phải làm sạch và sấy khơ

+ Ap suất CO2 trong bình khoảng (50  60)at

+ Khí cĩ tác dụng bảo vệ tốt và khử O 2

- Khí Ar: Khơng cháy, khơng nổ và khơng tạo thành hỗn hợp nổ.

b) Điện cực nóng chảy

Ar

a)Hàn tự động trong môi trường

Acgon điện cực không nóng chảy

Hình 7-4: So đồ nguyên lý hàn tự động

Ar

7.3 HÀN HỒ QUANG NĨNG CHẢY TRONG MƠI TRƯỜNG KHÍ BẢO

VỆ (MAG, MIG, TIG)

7.3.1 Thực chất, đặc điểm và phạm vi ứng dụng

a- Thực chất và đặc điểm

Hàn hồ quang nĩng chảy trong mơi trường khí bảo vệ là quá trình hàn nĩng chảy trong đĩ hồ quang được tạo ra giữa điện cực nĩng chảy (dây hàn) với vật hàn Hồ quang và

bể hàn được bảo vệ khỏi tác dụng của ơxy và nitơ trong khơng khí bởi một loại khí hoặc một hỗn hợp khí Khí bảo vệ cĩ thể là khí trơ (Ar, He hoặc hỗn hợp Ar + He) khơng tác dụng với kim loại lỏng trong bể hàn, hoặc là các loại khí hoạt tính (CO2, CO2 + O2,… ) cĩ tác dụng chiếm chỗ đẩy khơng khí ra khỏi vùng hàn và hạn chế tác dụng xấu của nĩ

Hàn trong môi trường khí bảo vệ

Hàn điện cực không nóng chảy (TIG) Hàn điện cực nóng chảy

Hàn

Hàn bằng tay Hàn tự động

N g u å n h µ n D C

N è i ® Ê t C ¸ p ® i Ò u k h i Ó n

d ß n g ® i Ö n

C ¸ p m ¸ t V Ë t l i Ö u c ¬ b ¶ n

C h a i k h Ý - C O 2 ( M A G )

A r h o Æ c H e , ( M I G )

B é c Ê p d © y B é ® i Ò u k h i Ó n

C ¸ p d É n

S ó n g h µ n

C ¸ p h µ n GMAW (Gas Metal Arc Welding)

Hình 7.5

Khi dây hàn được cấp tự động vào bể hàn thông qua cơ cấu cấp dây và sự dịch chuyển

hồ quang dọc theo mối hàn được thực hiện bằng tay thì gọi là hàn hồ quang bán tự động trong môi trường khí bảo vệ Nếu tất cả các chuyển động cơ bản được cơ khí hóa thì gọi là hàn hồ quang tự động trong môi trường khí bảo vệ

Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí trơ (Ar, He) phương pháp hàn MIG (Metal Inert Gas) Vì các loại khí trơ có giá thành cao nên không được sử dụng rộng rãi, chỉ dùng để hàn kim loại màu và thép hợp kim

Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí hoạt tính (CO2, CO2 +

O2, … ) phương pháp hàn MAG (Metal Active Gas) Phương pháp hàn MAG sử dụng khí bảo

vệ CO2 được phát triển rộng rãi do có nhiều ưu điểm:

 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 không gian khác nhau

 Chất lượng mối hàn cao, sản phẩm hàn ít bị cong vênh do tốc độ hàn nhanh, nguồn nhiệt tập trung, vùng ảnh hưởng nhiệt bé

b Phạm vi ứng dụng

Trong công nghiệp hiện đại, hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ chiếm một vị trí rất quan trọng Nó có thể hàn các loại thép thông thường, thép không rỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nóng, các hợp kim đặc biệt, các hợp kim nhôm, magie, niken, đồng, các hợp kim có ái lực mạnh với ôxy

Phương pháp hàn này có thể ứng dụng với mọi vị trí hàn trong không gian Có thể hàn được các vật hàn có bề dày từ 0,4 - 25mm

7.3.2 Vật liệu và thiết bị hàn

a Vật liệu hàn

- Dây hàn: Sự ổn định của quá trình hàn cũng như chất lượng của mối hàn phụ thuộc rất

nhiều vào tình trạng bề mặt dây hàn Dây hàn không được bị rỉ hoặc bẩn, do đó thường sử dụng dây có lớp mạ đồng, đường kính dây hàn từ 0,8 - 2,4mm

- Khí bảo vệ: Khí Ar thường đựơc dùng để hàn các vật liệu thép Khí He dùng để hàn các

liên kết có kích thước lớn, các vật liệu có tính dãn nở nhiệt cao như Al, Cu, Mg, …

CO2 được dùng rộng rãi để hàn thép cacbon trung bình do giá thành thấp, mối hàn ổn định, cơ tính của liên kết hàn đạt yêu cầu, tốc độ hàn cao và có độ ngấu sâu Nhược điểm của hàn trong khí bảo vệ CO2 là gây bắn tóe kim loại lỏng

Hình 7.6 Sơ đồ hàn MIG/MAG

b Thiết bị hàn

Hệ thống thiết bị cần thiết dùng cho hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ bao gồm nguồn điện hàn, cơ cấu cấp dây hàn tự động, mỏ hàn (hay súng hàn) đi cùng với đường ống dẫn khí, dây cáp điện, chai chứa khí bảo vệ kèm theo đồng hồ đo áp suất

và lưu lượng khí cung cấp (H7.6)

Nguồn điện hàn thường là một biến thế hàn 3 pha một chiều, có bảng điều khiển để

chọn các thông số hàn Hình 7.7 là sơ đồ điều khiển ở mặt trước của nguồn điện hàn

Hình 7.7: Sơ đồ điều khiển ở mặt trước của nguồn điện hàn

Mỏ hàn (súng hàn) bao gồm bép tiếp điện để nối điện từ dây cáp đến dây hàn,

đường dẫn khí và chụp khí để hướng dịng khí bảo vệ bao quanh vùng hồ quang, bộ phận làm nguội cĩ thể bằng khí hoặc nước tuần hồn, cơng tắt đĩng ngắt đồng bộ dịng điện hàn, dây hàn và dịng khí bảo vệ (H7.8)

Hộp điều khiển từ xa (hình 7.9) cĩ hai nút điều chỉnh dịng điện và điện thế hàn,

một nút ấn đùn dây hàn Hộp này được kéo theo gần thợ hàn để tiến hành điều chỉnh khi cần thiết Điều này cĩ ý nghĩa khi hàn tự động, ngồi ra vì sự bắn tĩe kim loại lỏng cho nên thiết

bị hàn thường ở xa vật hàn, cĩ hộp điều khiển từ xa người thợ hàn sẽ hạn chế được việc đi lại khơng cần thiết

RUN

OFF OFF SET

Đèn báo sự cố (khi máy làm việc quá tải thì có hệ thống tự động ngắt và đèn bật sáng)

Đèn báo có điện vào máy Công tắt chính

Công tắt kiểm tra khí bảo vệ (bấm SET thì có khí thổi ra ở mỏ hàn, bấm RUN để hàn)

Công tắt xử lý rãnh hồ quang (bật

ON khi cần xử lý điền đầy rãnh hồ quang)

Hai núm điều chỉnh dòng điện và

điện áp để điền đầy rãnh hồ quang

(Dòng điền đầy = 60 - 70% dòng hàn)

Dây hàn

Tay cầm

cong

Bộ tiếp dây hàn hoạt động theo nguyên tắc ma sát Khi ấn nút đùn dây hàn (ở hộp

điều khiển từ xa) hay ấn cơng tắt ở mỏ hàn thì mơtơ tiếp dây sẽ quay làm quay các rulơ tiếp dây Nhờ ma sát, dây hàn sẽ đùn ra khỏi mỏ hàn Tốc độ đùn dây hàn (tốc độ cấp dây) tùy thuộc vào sự điều chỉnh lực căng ép dây vào rulơ

7.4 HÀN HỒ QUANG ĐIỆN CỰC KHƠNG NĨNG CHẢY TRONG MƠI TRƯỜNG KHÍ TRƠ

7.4.1 Thực chất, đặc điểm và phạm vi ứng dụng

Hàn hồ quang điện cực khơng nĩng chảy trong mơi trường khí trơ (Gas Tungsten Arc Welding - GTAW) là quá trình hàn nĩng chảy, trong đĩ hồ quang được tạo thành giữa điện cực khơng nĩng chảy (wolfram) và vật hàn Vùng hồ quang được bảo vệ bằng mơi trường khí trơ (Ar, He hoặc Ar + He) để ngăn cản những tác động cĩ hại của ơxy và nitơ trong khơng khí

Khí trơ bảo vệ tốt vùng hồ quang và cho mối hàn chất lượng cao Tuy nhiên khí trơ

là loại khí hiếm, khĩ sản xuất và đắt tiền cho nên giá thành hàn cao

Nút điều chỉnh dòng điện

Nút điều chỉnh điện áp

Nút đùn dây hàn Hình 7.9: Hộp điều khiển từ xa

Dây hàn

Đầu nối dây ra mỏ hàn

Cần chỉnh độ ép dây hàn

Rulô tiếp dây

Môtơ tiếp dây Cuộn dây

Nối với cáp

điều khiển

Hình 7.10: Bộ tiếp dây hàn

N ¾ p c h ô p

D © y k i m

l o ¹ i ® i Ò n ® Ç y

K i m l o ¹ i m è i

h µ n ® « n g ® Æ c

è n g k Ñ p ® i Ö n c ù c

§ i Ö n c ù c k h « n g n ã n g c h ¶ y

K h Ý b ¶ o v Ö

B Ó h µ n n ã n g c h ¶ y

C « n g t ¾ c

T a y c Ç m

C ¸ p h µ n

D © y k h Ý

C ¸ p ® i Ò u k h i Ó n

Hình 7.11

Hồ quang trong hàn TIG có nhiệt độ rất cao, có thể đạt tới hơn 6100oC Kim loại mối hàn được tạo thành từ kim loại vật hàn và được bổ sung từ que hàn phụ Toàn bộ bể hàn được bao bọc bởi khí trơ thổi ra từ chụp khí

Phương pháp này có một số ưu điểm đáng chú ý:

 Tạo mối hàn có chất lượng cao đối với hầu hết kim loại và hợp kim

 Sau khi hàn không cần gỏ xỉ

 Hồ quang và bể hàn có thể quan sát được trong khi hàn

 Không có sự bắn tóe kim loại

 Có thể hàn ở mọi vị trí trong không gian

 Nhiệt tập trung cho phép tăng tốc độ hàn, giảm biến dạng vật hàn

7.4.2 Vật liệu và thiết bị hàn TIG

a Vật liệu hàn

Khí bảo vệ

 Khí Argon: được điều chế từ khí quyển bằng phương pháp hóa lỏng không khí và tinh chế đến độ tinh khiết 99,99% Khí Ar được chứa trong các bình áp suất cao hoặc ở dạng lỏng với nhiệt độ dưới -184oC

Sau khi ra khỏi chụp khí ở mỏ hàn, Ar tạo thành lớp bảo vệ phía trên bể hàn Đặc điểm của khí Ar là mức độ ổn định hồ quang như nhau đối với dòng điện hàn một chiều và xoay chiều, và có tác dụng làm sạch tốt đối với dòng xoay chiều Do đó khi hàn Al, Mg bằng dòng xoay chiều thì nên dùng Ar

 Khí Hêli: He được điều chế từ khí tự nhiên, nhẹ hơn Ar, do đó sau khi ra khỏi chụp

khí ở mỏ hàn khí He có xu hướng dâng lên tạo thành cuộn xoáy chung quanh hồ quang Để bảo vệ hiệu quả, lưu lượng khí He phải gấp 2 - 3 lần so với Ar

Để sử dụng các ưu điểm của hai loại khí này, người ta sử dụng hỗn hợp khí Ar + He với tỷ lệ 75%He Có thể bổ sung khí H2 vào khí Ar khi hàn các hợp kim Ni, Ni - Cu, thép không rỉ

Điện cực wonfram

Wolfram được dùng làm điện cực hàn do có khả năng chịu được nhiệt độ cao (nhiệt

độ nóng chảy là 3410oC), phát xạ điện tử tương đối tốt, làm ion hóa hồ quang và duy trì tính

ổn định hồ quang Nếu có thêm vài phần trăm nguyên tố thori (Th) vào wolfram thì khả năng mồi hồ quang rất tốt và hồ quang rất ổn định

Sử dụng điện cực wolfram trong hàn TIG cần theo một số yêu cầu sau:

- Dòng điện hàn phải phù hợp với đường kính điện cực đang sử dụng

- Đầu điện cực phải có hình dáng hợp lý theo các hướng dẫn sử dụng

- Điện cực phải được sử dụng và bảo quản cẩn thận, tránh bị nhiễm bẩn, không để cho điện cực đang nóng tiếp xúc với bể hàn

- Dòng khí bảo vệ phải được duy trì trước khi mồi hồ quang cho tới khi điện cực nguội sau khi tắt hồ quang

- Phần nhô ra của điện cực ở phía ngoài mỏ hàn (chụp khí) phải được giữ ở mức ngắn nhất để bảo đảm được bảo vệ tốt bằng khí trơ

- Chụp khí phải được bảo vệ và làm sạch Đầu chụp khí bị bẩn sẽ ảnh hưởng tới khí bảo vệ, ảnh hưởng tới hồ quang hàn, do đó làm giảm chất lượng mối hàn

Bảng phân loại điện cực wolfram

Que hàn phụ

Que hàn phụ có kích thước tiêu chuẩn theo ISO/R564 như sau: chiều dài từ 500 -1000mm với đường kính 1,2 ; 1,6 ; 2,0 ; 2,4 ; 3,2mm Vật liệu que hàn phụ gồm có: thép cacbon thấp, thép hợp kim thấp, thép không rỉ Cr cao và Cr - Ni, đồng và hợp kim đồng, nhôm và hợp kim nhôm

b Thiết bị hàn TIG

* Sơ đồ thiết bị hàn TIG bằng tay

Thiết bị dùng cho hàn TIG có các bộ phận chính như sau:

- Nguồn điện hàn bao gồm cả hệ thống điều khiển khí bảo vệ, nước làm mát, dòng điện và điện thế hàn

- Mỏ hàn

- Bình chứa khí trơ và van điều khiển lưu lượng khí

Hình 7.12

* Mỏ hàn TIG

Hình 7.13

Nhiệm vụ của mỏ hàn TIG là dẫn dòng điện và khí trơ vào vùng hàn Điện cực wolfram dẫn điện được giữ chắc chắn trong mỏ hàn, chụp khí được lắp vào đầu mỏ hàn để hướng dòng khí bảo vệ vào vùng hàn