Giáo trình Lý thuyết hàn cơ bản hàn I Nghề: Hàn Trình độ: Cao đẳng nghề CĐ Nghề Giao Thông Vận Tải Trung Ương II

(NB) Giáo trình Lý thuyết hàn cơ bản hàn I cung cấp cho người học các kiến thức về hàn, sự tạo thành mối hàn và tổ chức kim loại mối hàn hồ quang hàn, dụng cụ và thiết bị dùng để hàn hồ quang tay;...Mời các bạn cùng tham khảo giáo trình sau đây.

Hải phòng, năm 2011

Ch-ơng 1: Khái Niệm Chung

- Một đóng góp quan trọng trong sự nghiệp phát triển hàn hồ quang là thành công của kỹ s- Thuỵ Điển Ken-Be năm 1907 về ph-ơng pháp ổn định qúa trình phóng hồ quang và ph-ơng pháp bảo vệ vùng hàn khỏi tác dụng của không khí xung quanh bằng cách đắp lên cực điện (kim loại) một lớp vỏ thuốc Việc ứng dụng que hàn bọc thuốc là để đảm bảo cho mối hàn có chất l-ợng cao

- Thời phát triển mới của môn hàn đã đ-ợc mở ra vào những năm cuối ba m-ơi và đầu những năm bốn m-ơi với công trình nổi tiếng của viện sĩ E -O-Pa-Tôn về hàn d-ới thuốc Ph-ơng pháp hàn tự động và sau đó hàn bán tự động d-ới thuốc ra đời và đ-ợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp Đó là thành tựu to lớn của kỹ thuật hàn hiện đại, nó là ph-ơng pháp cơ khí hoá cơ bản trong kỹ thuật hàn

- Từ cuối năm 1940 các ph-ơng pháp hàn trong môi tr-ờng khí bảo vệ

đ-ợc nguyên cứu và đ-a vào sản xuất Việc khai thác rộng rãi các khí tự nhiên (Hêli, Acgông ở Mỹ, khí Cacbonnic ở Nga…) làm cho ph-ơng pháp hàn này phát

triển mạnh Hàn trong môi tr-ờng khí bảo vệ làm tăng vọt chất l-ợng mối hàn Hiện nay ph-ơng pháp này đ-ợc áp dụng rộng rãi

- Một phát minh nổi tiếng của tập thể viện hàn mang tên E-Ô-Pa-Tôn (Kiép) là hàn điện xỉ, đ-ợc phát minh vào năm 1949 và đ-ợc áp dụng vào sản xuất đầu năm 1950 Ph-ơng pháp hàn điện xỉ ra đời là cuộc cách mạng kỹ thuật trong ngành chế tạo máy hạng nặng: lò hơi, tuốc bin, máy ép cỡ lớn…

- Những năm gần đây hàng loạt các ph-ơng pháp hàn mới ra đời nh- hàn bằng tia điện tử, hàn lạnh, hàn ma sát, hàn nổ, hàn siêu âm, hàn platsma hồ quang

* Hiện nay có hơn 120 ph-ơng pháp hàn khác nhau:

- Nói chung các ph-ơng pháp hàn ngày càng hoàn thiện và đ-ợc sử dụng rộng rãi trong nghành kinh tế quốc dân, trong kỹ thuật quốc phòng và đặc biệt trong ngành du hành vũ trụ Có thể nói hàn là một ph-ơng pháp gia công kim loại tiên tiến và hiện đại

- Hàn ở Việt Nam đã xuất hiện từ đời th-ợng cổ hồi đó cha ông ta đã biết

sử dụng hàn để làm dụng cụ phục vụ đời sống và cải thiện điều kiện lao động

- Tr-ớc cách mạng tháng 8 nghề hàn ít đ-ợc ứng dụng Nh-ng sau cách mạng tháng 8 và trong thời kỳ kháng chiến, nghề hàn đã đ-ợc phát triển hơn, nó

đóng góp cho nền quốc phòng mới mẻ của chúng ta Sau hoà bình lập lại chúng

ta sử dụng hàn rất nhiều trong cuộc cách mạng kỹ thuật và xây dựng nền kinh tế xã hội chủ nghĩa và đấu tranh thống nhất đất n-ớc

- Hiện nay với sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất n-ớc việc áp dụng các ph-ơng pháp hàn tiên tiến ngày càng nhiều Với lực l-ợngkhoa học kỹ thuật hàn, công nhân hàn có tay nghề cao Chúng ta tin chắc rằng kỹ thuật hàn ở Việt Nam sẽ ngày càng phát triển và ứng dụng ngày càng nhiều vào sản xuất

đuổi kịp các n-ớc tiên tiến trên thế giới

Đ1- 2: thực chất, đặc điểm, công dụng của hàn

-Quá trình hàn là một nhóm các quá trình công nghệ nhu nung nóng cục

bộ, nối liền chi tiết với nhau…nét đặc tr-ng là quá trình gia nhiệt Để tạo ra một mối hàn cần phải có sự chuyển hoá năng l-ợng điện năng, cơ năng hoặc phải có

sự kết hợp của nhiều năng l-ợng khác

-Quá trình hàn là một quá trình chuyển háo năng l-ợng Giai đoạn đầu là các phần tử kim loại tiến lại gần nhau Giai đoạn hai là tạo nên liên kết kim loại mới, khi các phần tử kim loại ở các vị trí lực hạt nhân tác dụng và năng l-ợng này đ-ợc chuyển hoá thành mối hàn

2.Đặc điểm:

Hàn có những đặc điểm sau:

a.So với tán rivê:

-Tiết kiệm 10-20% khối l-ợng kim loại do sử dụng mặt cắt làm việc của chi tiết hàn triệt để hơn Hình dáng chi tiết cân đối, giảm đ-ợc khối l-ợng kim loại nh- phần đầu rivê, đột lỗ

-So với đúc tiết kiệm tới 50% vì không cần hệ thống rót

-Sử dụng hàn trong xây dựng nhà cao cho phép giảm 15% trọng l-ợng s-ờn vì kèo đồng thời việc chế tạo và lắp ráp chung đ-ợc giảm nhẹ, độ cứng vững của kết cấu lại tăng

b.Giảm đ-ợc thời gian và giá thành chế tạo kết cấu Hàn có năng

xuất cao gảim đ-ợc số l-ợng nguyên công, c-ờng độ lao động và tăng đ-ợc độ bền chặt của kết cấu

c.Hàn có thể nối những kim loại có tính chất khác nhau Ví dụ nh-:

kim loại đen với nhau, kim loại màu với nhau và cả kim loại đen với kim loại màu Ngoài ra hàn còn có thể nối với các vật liệu phi kim loại với nhau

d.Thiết bị hàn đơn giản và dễ chế tạo ta chỉ dùng máy hàn xoay

chiều gồm một máy hạ thế từ 220v hay 380v xuống nhỏ hơn 80v

e.Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín Do kim loại mối hàn tốt hơn

kim loại vật hàn nên mối hàn chịu tải trọng tĩnh rất tốt Mối hàn chịu áp suất cao nên hàn là ph-ơng pháp chủ yếu dùng để chế tạo bình hơi, nồi chứa, ống dẫn…chịu áp lực cao

g.Giảm đ-ợc tiếng động khi sản xuất

Tuy nhiên có nhiều nh-ợc điểm là: Sau khi hàn tồn tại ứng suất d-, tổ chức kim loại gần mối hàn không tốt Giảm khả năng chịu tải trọng động của mối hàn, vết hàn bị cong vênh ,

3.Công dụng:

Hàn đ-ợc dùng rộng rãi trong nền công nghiệp hiện đại, trong hai quá trình công nghệ: Chế tạo và sửa chữa

-Chế tạo: Nh- nồi hơi, bình chứa, s-ờn vì kèo, cầu, tàu, thân máy bay, vỏ máy, ô tô, tên lửa, ngay cả ngành du hành vũ trụ…

Nói chung những bộ phận máy có hình dáng phức tạp chịu tải trọng lớn

đều đ-ợc chế tạo bằng hàn

-Sửa chữa: Những bộ phận hỏng và cũ Nh- xi lanh, bánh răng, trục, vật

đúc khuyêt…đều dùng ph-ơng pháp hàn để tu sửa vừa nhanh vừa rẻ

Ngoài những chỗ chịu tác dụng của lực chấn động không nên hàn, không

có chỗ nào là không hàn đ-ợc Do đó công nghệ hàn đóng góp rất nhiều cho nền công nghiệp hiện đại

a.Hàn điện hồ quang:

Ph-ơng pháp này dùng cực điện bằng kim loại hoặc bằng than tạo ra tia hồ quang sản ra nhiệt đốt cháy mối hàn

Hàn điện hồ quang gồm: Hàn hồ quang tay, hàn tự động, nửa tự động (hàn d-ới thuốc, hàn trong môi tr-ờng khí bảo vệ, hàn điện xỉ)

2.Hàn áp lực:

Đốt nóng vật hàn đến trạng thái dẻo sau đó ép hoặc đập để tăng khả năng thẩm thấu, khuyếch tán…Các phần tử kim loại làm cho chúng liên kết chặt chẽ với nhau tạo thành mối hàn

-Ph-ơng pháp này thích hợp với kim loại biến từ thể rắn sang thể lỏng phải qua thể nhão, vật liệu khác (gang) khi đốt đến điểm chảy lập tức biến từ thể rắn

sang thể lỏng không qua thể nhão, do đó không hàn đ-ợc Với thép chứa 0,4% trở nên khó hàn Theo cách nung nóng hàn áp lực chia làm3 loại:

a.Ph-ơng pháp hàn rèn:

Ph-ơng pháp này thợ thủ công hay dùng để hàn những chi tiết đơn giản Chi tiết phức tạp không hàn đ-ợc

+Cách hàn: Vật rèn nung nóng trong lò khoảng 1200oc ữ 1300oc sau đó

đặt lên đe dùng búa đập, khi đập phải đập từ giữa ra sau đó đập bên cạnh và bốn xung quanh để xỉ tạp trong ngàm nối dễ trôi ra, thì mới đảm bảo cơ tính mối hàn

b.Ph-ơng pháp hàn rèn:

Đây là ph-ơng pháp dùng nhiệt phát ra do sự cháy của bột nhôm với ôxit sắt:

8Al + 3Fe3 O4 = 4Al2 O3 + 9Fe + Q Phản ứng này phát ra nhiệt l-ợng l-ợng 3000oc

c.Ph-ơng pháp hàn tiếp xúc:

Hàn điện tiếp xúc có nhiều ph-ơng pháp hàn khác nhau

-Thực chất: Cho dòng điện có c-ờng độ lớn chạy qua chi tiết hàn Chỗ tiếp xúc có điện trở lớn bị nung nóng đến trạng thái hàn, nhờ lực cơ học chúng dính lại với nhau

Ngày nay hàn áp lực xuất hiện thêm nhiều ph-ơng pháp mới: Hàn ma sát, hàn siêu âm, hàn nguội, hàn nổ, hàn khuyếch tán trong chân không

+Ngoài 2 nhóm hàn trên thcự tế ta còn gặp dạng hàn khác đó là hàn vẩy (hàn thiếc)

- Hiểu đ-ợc quá trình luyện kim, tổ chức kim loại mối hàn

- Năm đ-ợc hồ quang hàn, phân loại hồ quang hàn

Đ2- 1: mối nối hàn - sự tạo thành bể hàn

I.Mối nối hàn:

Khái niệm: Là một mối ghép không tháo đ-ợc và đ-ợc thực hiện bằng

hàn gọi là mối nối liền

*Cấu tạo:

Trong hàn nóng chảy mối hàn gồm:

-Vùng tiệm cận mối hàn (2) -Vùng kim loại cơ bản không bị tác dụng nhiệt trong quá trình hàn (3) +Mối hàn gồm hỗn hợp kim loại phụ (que hàn) và kim loại vật hàn kết tinh lại

+Vùng tiệm cận là vùng kim loại cơ bản bị nung nóng từ 10oc đến nhiệt độ nóng chảy

II.Bể hàn - Sự tạo thành bể hàn:

Bể hàn đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định đến chất l-ợng mối hàn Nếu một bể hàn có hình dáng kcíh th-ớc nhu nhau trong suốt quá trình hàn,

nó là một tiền đồ cho một mối hàn đảm bảo chất l-ợng tốt

- Nếu có hình dáng kích th-ớc không phù hợp trong suốt quá trình hàn thì dẫn đến chất l-ợng mối hàn kém

- Bể hàn là một phần kim loại bị nóng chảy d-ới tác dụng của nguồn nhiệt trong quá trình hàn

-Trong quá trình hàn nóng chảy, mép kim loại vật hàn và kim loại phụ (que hàn) nóng chảy, tạo ra bể kim loại lỏng, bể hàn chung cho cả hai chi tiết

- Trong quá trình hàn nguồn nhiệt chuyển dời theo kẽ hàn, kim loại trong

bể hàn đồng thời chuyển động theo

Theo qui -ớc, bể hàn đ-ợc chia thành hai phần:

-Phần đầu I: Bể hàn diễn ra quá trình nấu chảy kim loại cơ bản và kim

loại phụ (que hàn)

-Phần đuôi II: Diễn ra quá trình kết tinh và hình thành mối hàn

*Kim loại lỏng trong bể hàn ở trạng thái chuyển động và xáo trộn không ngừng Sơ đồ chuyển động kim loại trong bể hàn (H2 -2)

Sự chuyển động đó gây ra do áp suất dòng khí lên mặt kim loại (vùng

đầu), đồng thời do những yếu tố khác nh- lực điện tr-ờng khi hàn bằng hồ quang ngắn D-ới tác dụng phụ của khí, kim loại lỏng bị đẩy từ vùng tác dụng nhiệt về h-ớng ng-ợc với chuyển động của nó tạo nên chỗ lõm trong bể hàn

-Hình dạng bể hàn và hình dạng mối hàn ảnh h-ởng đến tính chất, đặc biệt tính chống nứt của mối hàn

-Hình dạng, kích th-ớc bể hàn phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó chủ yếu là: Công suất nguồn điện, chế độ hàn, loại chiều dòng điện, tính chất lý nhiệt của vật hàn

-Hình dạng mối hàn đực tr-ng bằng chiều dài bể hàn Lb, chiều rộng và chiều sâu nóng chảy h (H2-3)

-Ngoài ra chiều dài phần kết tinh (phàn đuôi Lk của bể hàn) tỷ số b/Lk gọi

là hệ số, hình dáng của bể hàn cũng ảnh h-ởng đến điều kiện kết tinh và tính chất của kim loại mối hàn

- Chiều dài bể hàn không phụ thuộc vào tốc độ hàn mà chỉ phụ thuộc vào công suất nguồn nhiệt, còn hệ số hình dáng bể hàn phụ thuộc vào tốc độ hàn

-Khi tốc độ hàn lớn hình dáng K bể hàn sẽ nhỏ và ng-ợc lại hàn sẽ nhỏ và ng-ợc lại…

Hệ số hình dáng ảnh h-ởng lớn đến quá trình kết tinh dẫn đến chất l-ợng mối hàn Khi hệ số hình dạng bể hàn lớn (bể hàn rộng) điều kiện kết tinh tôt và chất l-ợng mối hàn cao, ng-ợc lại (bể hàn hẹp) sinh ra nứt ở mối hàn

Đ2- 2: sự chuyển dịch kim loại lỏng từ que hàn vào bể hàn

Nguyên cứu sự chuyển dịch kim loại khi hàn hồ quang có ý nghĩa thực tiễn lớn:

+Đối với sự tạo thành mối hàn - Quá trình luyện kim trong vùng hàn

I.Các ph-ơng pháp vận chuyển:

1.Sự vận chuyển gắn liền với hiện t-ợng đoản mạch:

Trong hàn hồ quang tay, đ-ờng kính que hàn lớn, dòng điện hàn nhỏ, nên quá trình vận chuyển của kim loại lỏng từ que hàn xuống bể hàn là: Kim loại lỏng ở đầu que hàn nóng chảy tạo thành giọt, sau đó giãn dài ra chạm vào bể hàn gây ra hiện t-ợng đoản mạch và đứt ra, mối hàn trong tr-ờgn hợp này có chiều sâu nóng chảy nhỏ

2.Sự chuyển vận tự do (hiện t-ợng m-a):

Khi ta hàn bằng ph-ơng pháp hàn tự động hoặc bán tự động thì đ-ờng kính dây hàn nhỏ, nguồn nhiệt lớn Vì vậy nguồn nhịêt phát ra rất mạnh làm cho dây hàn nóng chảy tạo thành những hạt nhỏ Những hạt này bay qua cột hồ quang đi đến bể hàn, th-ờng gọi là hiện t-ợng m-a Mối hàn trong tr-ờng hợp này đạt độ sâu nóng chảy lớn

II.Các yếu tố tác động đến giọt kim loại lỏng nóng chảy từ que hàn vào bể hàn

1.Trọng lực của các giọt kim loại:

Những giọt kim loại hình thành trong mặt đầu que hàn dịch chuyển theo ph-ơng thẳng đứng từ trên xuống d-ới

Lực này làm chuyển dịch giọt kim loại vào bể hàn khi hàn bằng (sấp) và

có tác dụng ng-ợc lại khi hàn trần (ngửa)

Còn hàn đứng một phần kim loại chuyển dịch từ trên xuống d-ới

2.Sức căng bề mặt:

Sinh ra do tác dụng của phân tử Lực phân tử này luôn luôn có khuynh h-ớng tạo cho bề mặt chất lỏng một năng l-ợng nhỏ nhất Vì vậy sức căng tạo cho bề mặt những giọt kim loại có hình dạng cầu Những giọt kim loại này chỉ mất đi khi chúng rơi vào bể hàn và bị sức căng kéo thành dạng chung của bể hàn

-Sức căng bề mặt giữ cho kim loại lỏng của bể hàn khi hàn trần không bị rơi

3.C-ờng độ điện tr-ờng:

-Dòng điện đi qua que hàn sinh ra quanh nó một điện tr-ờng ép lên que hàn có tác dụng làm mặt cắt ngang đến 0

-Lực này cắt kim loại đầu que hàn thành những giọt

-Do sức căng bề mặt c-ờng độ điện tr-ờng ở danh giới nóng chảy que hàn thắt lại

-Mặt cắt ngang giảm, mật độ dòng điện tăng, mặt khác điện trở cao nên nhiệt lớn, Do đó kim loại lỏng đến trạng thái sôi, tạo ra áp lực đẩy giọt kim loại vào bể hàn

-Mật độ dòng điện giảm dần từ que hàn đến vật hàn do đó không có hiện t-ợng kim loại lỏng từ vật hàn vào que hàn đ-ợc

Đ2- 3: tổ chức kim loại của mối hàn

-Sau khi hàn, kim loại lỏng ở bể hàn gồm: (Kim loại que hàn và kim loại vật hàn) nguội và kết tinh tạo thành mối hàn

-Vùng kim loại vật hàn gần mối hàn bị ảnh h-ởng nhiệt thay đổi về tổ chức và tính chất

Nguyên cứu mối hàn thép ít Cácbon qua kính hiển vi thấy có nhiều phần riêng và tổ chức khác nhau:

2.Vùng ảnh h-ởng nhiệt (H2-6):

Sự tạo thành vùng ảnh h-ởng nhiệt là điều tất nhiên trong quá trình hàn nóng chảy Chiều rộng của vùng ảnh h-ởng nhiệt phụ thuộc vào ph-ơng pháp, chế độ hàn , thành phần và chiều dài vật hàn…Từ đó phân chia vùng ảnh h-ởng nhiệt ra các phần sau:

a.Viền chảy 1: Trong quá trình hàn, kim loại cơ bản vùng này bị nung nóng xấp xỉ đến nhiệt độ nóng chảy và ở trạng thái rắn lỏng Phần này thực chất quá trình hàn đã đ-ợc thực hiện gồm những hạt kim loại ch-a nóng chảy hoàn toàn Hạt kim loại nhỏ ảnh h-ởng tốt đến cơ tính mối hàn

b.Vùng quá nhiệt 2: Vùng kim loại cơ bản bị nung nóng từ 1100oc đến gần nhiệt độ nóng chảy Kim loại vùng này chịu sự biến đổi thù hình và do quá trình nhiệt các hạt Ostennit bắt đầu phát triển Vùng này hạt kim loại lớn, độ dai,

va chạm, tính dẻo kém Là vùng yếu nhất của vật hàn

c.Vùng th-ờng hoá 3: Kim loại bị nóng chảy từ 900 - 1100oc Tổ chức gồm những hạt Ferit nhỏ và một số hạt Peclit nó có cơ tính cao

d.Vùng kết tinh lại không hoàn toàn 4: Kim loại bị nung nóng từ 720 -

900oc Kim loại chỉ bị kết tinh lại một phần, do đó bên cạnh những tinh thể kim

loại cơ bản ch-a bị thay đổi, trong quá trình nung nóng có những tinh thể đ-ợc tạo nên trong quá trình kết tinh lại Tổ chức gồm các Ferit và Ostennit nhỏ do đó cơ tính giảm

e.Vùng kết tinh lại 5 (vùng hoá già): Kim loại bị nung nóng từ 500-

700oc Trong vùng diễn ra quá trình kết hợp những tinh thể n át vụn với nhau trong trạng thái biến dạng dẻo, trong quá trình kết tinh lại phát sinh và phát triển tinh thể mới Nếu giữ ở nhiệt độ kết tinh lại quá lâu thì không diễn ra quá trình kết hợp mà diễn ra quá trình phát triển mạnh các tinh thể Khi hàn kim loại không bị biến dạng dẻo, không xảy ra quá trình kết tinh lại Vùng này có độ cứng giảm, tính dẻo tăng

f.Vùng giòn xanh: Kim loại bị nung nóng từ 100- 500oc Trong quá trình hàn không có thay đổi về tổ chức nh-ng ảnh h-ởng nhiệt nên tồn tại ứng suất d-

Đ2-4: kích th-ớc thẳng của khu vực ảnh h-ởng nhiệt

Có thể dùng đ-ờng cong (H2-6) để xác định kích th-ớc khu vực ảnh h-ởng nhiệt

Khu cực ảnh h-ởng nhiệt nhỏ, nội ứng suất sinh ra khi hàn lớn, nguy cơ nứt càng nhiều, những khu vực ảnh h-ởng nhiệt lớn thì nguy cơ biến dạngcong vênh vật hàn lớn

-Cơ tính kim loại trong vùng ảnh h-ởng nhiệt thấp hơn cơ tính kim loại vật hàn trừ vùng th-ờng hoá

-Từ những điều trên ta đi đến kết luận:

+Trong điều kiện cho phép phải triệt để hạn chế kích th-ớc khu vực ảnh h-ởng nhiệt

+Dùng các biện pháp ngăn ngừa sự phát triển nội ứng suất

+Kích th-ớc khu vực ảnh h-ởng nhiệt phụ thuộc vào ph-ơng pháp hàn, chế độ hàn, tốc độ hàn, kim loại vật hàn

Kích th-ớc khu vực ảnh h-ởng nhiệt phụ thuộc vào ph-ơng pháp xác định theo bảng sau:

Ph-ơng pháp hàn

Kích th-ớc trung bình của các vùng (mm) Chiều dài của khu

vực ảnh h-ởng nhiệt (mm)

Tăng c-ờng độ dòng điện hàn hoặc chọn kích th-ớc que hàn lớn thì kích th-ớc khu vực ảnh h-ởng nhiệt tăng Ng-ợc lại tăng tốc độ hàn khu vực ảnh h-ởng nhiệt giảm bởi vậy khi hàn tự động c-ờng độ dòng điện hàn lớn, tốc độ hàn nhanh Kích th-ớc vùng nhiệt không lớn bằng hàn hồ quang tay, đôi khi hàn

tự động vận tốc lớn khu vực ảnh h-ởng nhiệt không có

Điều này đ-ợc giải thích mặc dù trong quá trình hàn vùng kim loại nằm gần kim loại nóng chảy có nhiệt độ cao, nh-ng thời gian giữ nhiệt ngắn, các hạt Ostennit không kịp lớn lên nhiều

Kim loại có tính dẫn nhiệt cao thì kích th-ớc vùng ảnh h-ởng nhiệt bé

Nhiệt độ cao ánh sáng mạnh là hai đặc tính của hồ quang

Lợi dụng nhiệt độ để hàn hồ quang, ánh sáng của hồ quang dùng để chiếu sáng

Trong hồ quang cực Cacbon hàn điện một chiều:

-Khu vực cực âm có nhiệt độ 3200oc, nhiệt l-ợng toả ra là 38% của tổng nhiệt l-ợng hồ quang

-Khu vực cực d-ơng có nhiệt độ 3400oc, nhiệt l-ợng toả ra là 42% của tổng nhiệt l-ợng hồ quang

-Trung tâm cột hồ quang nhiệt độ lên đến 6000oc Ng-ợc lại xung quanh cột hồ quang thấp, nhiệt l-ợng toả ra là 20% của tổng nhiệt l-ợng hồ quang

Hồ quang của cực kim loại không nhất thiết, nh- vậy phụ thuộc vào tính năng que hàn, c-ờng độ dòng điện hàn…

Còn dòng xoay chiều nhiệt độ, nhiệt l-ợng phân bố trên que hàn, vật hàn căn bản giống nhau

3.Điều kiện để hình thành hồ quang điện:

-Phải có một hiệu điện thế đủ lớn

-Khoảng không khí giữa hai điện cực phải đ-ợc ion hoá

Trong cấu trúc của nguyên tử, bao giờ cũng có nguyên tử Nếu ta tăng

động năng cho nó đủ lớn thì chúng ta sẽ bứt ra khỏi sức hút của hạt nhân và sẽ tách ra ngoài Nếu nh- ở phía bên kia điện cực có hiệu điện thế đủ lớn thì điện cực bứt ra sẽ chuyển về phía d-ơng cực

Năng l-ợng dùng để bứt điện tử ra khỏi sức hút của hạt nhân (gọi là cộng ion hoá)

Trong quá trình điện tử chuyển về phía d-ơng cực nó sẽ bắn phá các phần

tử khi ở giữ hai điện cực và tạo ra các Ion d-ơng mới hay nói cách khác là sẽ xảy ra hiện t-ợng Ion hoá

Năng l-ợng dùng để Ion hoá khoảng không khí này gọi là điện thế Ion hoá

và đến một mức độ nào đó sẽ xuất hiện cột hồ quang

II.Cách gây hồ quang và sự cháy của hồ quang:

1.Ph-ơng pháp gây hồ quang hàn: Có 2 cách

a.Ph-ơng pháp mồi hồ quang ma sát:

-Giống nh- ta đánh diêm, cho que hàn vạch lên trên mặt vật hàn, xuất hiện

hồ quang nhân lúckim loại ch-a bắt đầu chảy nhiều lập tức nâng đầu que hàn và giữ khoảng cách từ đầu que hàn đến vật hàn từ 2- 4mm (H2-8b)

b.Ph-ơng pháp mổ thẳng:

Cho que hàn tiếp xúc (đầu que hàn và vật hàn đụng nhẹ vào nhau) sau đó xuất hiện hồ quang, nhanh chóng nâng đầu que hàn cách vật hàn từ 2 -4 mm (H2-8a)

Đối với ng-ời mới học nghề thì ph-ơng pháp ma sát để điều khiển hơn nh-ng gây hỏng bề mặt hàn, còn ph-ơng pháp mổ thẳng khó thao tác, th-ờng sinh ra hồ quang bị tắt, hoặc chập mạch

Nh- vậy để nắm vững động tác khi mồi hồ quang, điều chủ yếu động tác

cổ tay cần phải linh hoạt và chính xác

Chú ý: Tr-ờng hợp que hàn bị dính vào vạt hàn, chỉ cần lắc que hàn sang

phảI hoặc sang trái có xu h-ớng kéo que hàn rời khỏi vật hàn Nếu que hàn không rời ra ta bấm kìm hàn để nhả que hàn ra, sau đó tiến hành làm lại từ đầu

2.Sự cháy của hồ quang:

Sự cháy của hồ quang phụ thuộc vào điện thế giữa hai điện cực lúc máy ch-a làm việc, c-ờng độ dòng điện (chiều dài hồ quang) Quan hệ giữa điện thế

và c-ờng độ dòng điện gọi là đ-ờng đặc tính của hồ quang

Ngoài ra còn phụ thuộc vào yếu tố khác Ví dụ: Vật liệu điện thế, chiều dòng điện, không khí giữa hai điện cực…

Khi hàn hồ quang tay, điện thế chủ yếu phụ thuộc vào chiều dài hồ quang

Ngày nay bằng con đ-ờng lý thuyết và thực nghiệm ng-ời ta chứng minh

và vẽ đ-ợc đ-ờng cong đặc tính của hồ quang (H2 -9)

Trên giản đồ Uh – f(Ih): Uh thay đổi theo ba khoảng dòng điện thì hình dáng đ-ờng cong cũng thay đổi cùng với sự thay đổi của dòng điện

*Khoảng dòng điện: I 80 A, điện thế hồ quang giảm khi dòng điện tăng lên

Nguyên nhân: Công suất hồ quang lúc này bé, tăng dòng điện, tăng mặt

cắt cột hồ quang và đồng thời tăng tính dẫn nhiệt của nó Đ-ờng đặc tính lúc này giảm dần liên tục

*Dòng điện tăng 80 – 800A thì dòng điện thế hồ quang trở nên không

đổi, lúc này điện thế hồ quang phụ thuộc vào chiều dài hồ quang Đ-ờng đặc tính của hồ quang song song với trục của dòng điện (gọi là đoạn đ-ờng đặc tính cứng), loại đ-ờng này sử dụng nhiều kỹ thuật hàn hồ quang tay

*Trong khoảng dòng điện 80 – 800A hồ quang cháy ổn định nhất và chỉ

có chiều dài hồ quang thay đổi thì điện thế mới thay đổi

*Nừu tăng dòng điện lên 1000A mật độ dòng điện trong que hàn Vết cực

và mặt cắt cột hồ quang không thể tăng lên, mặc dù mật độ dòng điện tỷ lệ với c-ờng độ dòng điện Nuế c-ờng độ dòng điện tăng Igh 103 A thì điện tích vết cực hồ quang không tăng Bởi vậy điện thế lại tăng và đ-ờng cong đặc tính dốc lên, loại đ-ờng này dùng tròn kỹ thuật hàn tự động, hàn trong môi tr-ờng khí bảo vệ

III.Tác dụng của điện tr-ờng đối với hồ quang hàn:

Cột hồ quang xem gần đay nh- vậy dẫn mền và d-ới tác dụng của điện tr-ờng cột hồ quang cũng bị chuyển dịch hình dáng thay đổi và dài ra:

-Tr-ờng hợp bình th-ờng cột hồ quang cùng đ-ờng th ẳng với trục tuyến của cực điện (H2-10)

-Tr-ờng hợp không bình th-ờng trục tuyến cột hồ quang không trùng với trục cực điện (H2-11)

-Tr-ờgn hợp này hồ quang lắc về bên phảI hoặc bên tráid, ng-ời thợ hàn khó khống chế cho hồ quang tập trung sức nóng voà vù ng nóng chảy, làm cho chất l-ợng , sự hình thành mối hàn kém Nhiều khi nghiêm trọng hồ quang bị tắt không hàn đ-ợc

Trong qúa trình hàn cần tránh hiện t-ợng hồ quang thổi lệch:

+Nguyên nhân hồ quang thổi lệch: Do cột hồ quang chịu ảnh h-ởng của luồng không khí, độ dày thuốc bọc que hàn không đều Nh-ng nguyên nhân chính th-ờng gặp do điện tr-ờng xung quanh cột hồ quang không phân bố đều gây nên hồ quang thổi lệch

Hiện t-ợng này gọi là hồ quang bị từ thổi lệch

Ví dụ: Khi dùng dòng một chiều để hàn th-ờng thấy hồ quang bị thổi lệch

sinh ra theo chiều ng-ợc với chỗ tiếp diện điện của vật hàn (H2 -12)

Đó là vì kim loại vật hàn ở giữa vị trí tiếp diện điện và hồ quang của dòng

điện hàn thông qua sinh ra từ thông Nh-ng khi kim loại vật hàn một bên khác của hồ quang không có dòng điện hàn thông qua, không sinh ra từ thông, cho nên cột hồ quang phân bố không đều, phát sinh ra hiện t-ợng từ thổi lệch Dòng

điện càng lớn thì hiện t-ợng thổi lệch càng nghiêm trọng

-Nếu đem vị trí tiếp diện nối với phần d-ới của hồ quang, sự phân bố của

điện tr-ờng xung quanh cột hồ quang đều nhau, khử đ-ợc hiện t-ợng hồ quang thổi lệch (H2-12)

-Thực tế chứng minh khi dùng dòng xoay chiều để hàn ít thấy hiện t-ợng

3-Điều chỉnh thích đáng vị trí que hàn nghiêng theo h-ớng thổi lệch của

hồ quang

IV.Phân loại hồ quang hàn;

1.Phân loại theo điện cực:

a.Hàn hồ quang bằng cực điện không nóng chảy:

-Cực điện chế tạo bằng than, grafit, hoặc bằng vomfram

-Sự hình thành mối hàn do kim loại vật hàn nóng chảy, không dùn g que hàn phụ (H2-14a), hoặc đi kim loại phụ và vật hàn nóng chảy(H2-14b)

b.Hàn hồ quang bằng cực điện nóng chảy:

-Cực điện (que hàn bằng kim loại) Hồ quang cháy giữa que hàn và kim laọi cơ bản mối hàn hình thành chủ yếu là kim loại que hàn nóng chảy bù đắp vào mối hàn

2.Phân loại theo ph-ơng pháp nối dây:

a.Nối dây trực tiếp: Que hàn nối với một cực còn vật hàn nối với cực khác

(H2-14a) (Th-ờng dùng khi hà bằng cực nóng chảy)

b.Nối dây gián tiếp (H2-15a, b): Hai cực của nguồn điện với que hàn, hồ

quang cháy giữa hai que hàn khi muốn hàn phảI để hồ quang gần mối hàn truyền nhiệt từ hồ quang vào vật hàn làm nóng chảy mối hàn (dùng cực điện không nóng chảy)

c.Nối dây vừa trực tiếp vừa gián tiếp: Ph-ơng pháp nối dây hỗ hợp chỉ

dùng khi hàn hồ quang 3 pha (H2-15b) Năng suất hàn cao

3.Phân loại theo dòng điện:

a.Hàn hồ quang bằng dòng xoay chiều: C-ờng độ và chiều h-ớng dòng

điện luôn thay đổi theo thời gian, dòng điện đó gọi là dòng điện xoay chiều hay gọi tắt là dòng xoay chiều

-Cực tính điện xoay chiều không cố định do đó khi hàn không cần suy tính cách đấu thuận hay nghịch có thể đấu tuỳ ý cực nào vào kìm, hoặc vật hàn đều

đ-cợ

-Dòng xoay chiều trong thời gian một giây đổi chiều 100 lần vì vậy c-ờng

độ cũng 100 lần trở về số 0 do đó hồ quang của dòng xoay chiều không ổn định bằng dòng một chiều

Ưu điểm: Hồ quang dòng xoay chiều là tiện lợi, giá thành rẻ, thiết bị đơn giản dễ bảo quản

b.Hàn hồ quang một chiều bằng dòng điện một chiều:

-Hồ quang một chiều dòng điện ổn định, song để có dòng một chiều phảI

có hệ thống động cơ, máy phát hoặc là bộ phận chỉnh l-u Vì vậy giá thành thiết

-Đấu nghịch: Nối cực điện với cực d-ơng của nguồn điện, còn vật hàn với cực âm Khi hàn que hàn có tính kiềm, hàn gang, thép mỏng, thép hợp kim nên dùng cách đấu nghịch

Câu hỏi ôn tập ch-ơng 2

1.Sự chuyển dịch kim loại lỏng từ que hàn vào bể hàn nh- thế nào? 2.Hãy cho biết tác dụng của vùng ảnh h-ởng nhiệt trong quá trình hàn nóng chảy?

3.Cho biết tác dụng của điện từ đối với hồ quang hàn? Ph-ơng pháp đề phòng hồ quang bị thổi lệch

4.Hãy nói -u điểm và nh-ợc điểm của hàn hồ quang bằng dòng xoay chiều và một chiều? Thế nào là ph-ơng pháp đấu thuận, đấu nghịch?

-Biết đ-ợc các dụng cụ dùng trong nghề hàn hồ quang tay

- Nắm vững các thiết bị: dây hàn các laọi, máy hàn… dùng để hàn hồ quang tay

Đ3-1: dụng cụ nghề hàn và dụng cụ bảo hộ lao động

I.Kìm hàn (H3-1):

-Tác dụng của kìm hàn: Dẫn điện và cặp chặt que hàn, cấu tạo của kìm hàn tốt xấu sẽ ảnh h-ởng rất lớn tới việc hàn

-Phân loại: Kìm hàn đ-ợc chia làm 2 loại 300A và 500A

-Yêu cầu của kim hàn: Tính năng dẫn điện tốt, trọng l-ợng nhẹ, thay đổi que hàn dễ dàng Bộ phận dẫn điện của kìm hàn làm bằng đồng, tiết diện của nó

to hay nhỏ do dòng điện hàn quyết định

Tay cầm làm bằng chất cáhc điện, dựa vào lò xo cặp chặt các loại que hàn

có đ-ờng kính khác nhau theo các chiều khác nhau

II.Dụng cụ phụ trợ:

-Dụng cụ phụ trợ gồm: búa đầu nhọn (búa gõ xỉ hàn), bàn chảI thép, hộp

đựng que hàn, búa đầu tròn, đục

-Dụng cụ bảo hộ lao động hàn hồ quang tay:

+Mặt nạ: Là một loại dụng cụ dùng để bảo hộ đầu và mắt của thợ hàn khỏi

bị kim loại nóng chảy bắn vào Ngăn cản sự ảnh h-ởng của những quang tuyến

có hại cho hồ quang điện

Bao gồm hai loại: Loại đội vào đầu và loại cầm tay (H3-2)

Mặt nạ th-ờng rất nhẹ và chắc chắn, đ-ợc làm bằng bìa các tông, nhựa phíp, có màu đen hoặc màu nâu…Đằng tr-ớc có khung kính để lắp kính bảo hộ mắt, bên trong có lẫy lò xo để giữ miếng kính bảo hộ mắt

+Miếng kính màu: Có tác dụng giảm bớt c-ờng độ ánh snág hồ quang mặt khác còn có tác dụng lọc tia hồng ngoại, tia tử ngoại Thợ hàn thông qua miếng kính bảo hộ mà quan sát vùng nóng chảy nắm vững quá trình hàn

-Chọn kính bảo hộ tham khảo bảng sau:

Bảng 3-1:

Số hiệu ghi trên miếng

-Để tránh những hạt kim loại nóng chảy bắn vào miếng kính bảo hộ lao

động mắt làm hỏng kính Ta lồng những miéng kinh trắng lên trên miếng kính màu

-Những dụng cụ bảo hộ loa động khác: Quần áo bảo hộ bằng vải bạt, găng tay da, miếng áp chân làm bằng vải dạ, giày cách điện, kính trắng th-ờng

Đ3-2: thiết bị hàn hồ quang tay

I.Dây cáp dùng khi hàn:

Dây cáp dùng khi hàn gồm hai sợi:

-Sợi dây dẫn từ cực máy nối với kìm hàn

-Sợi dây từ cực máy nối với vật hàn

Nhiệm vụ của dây cáp hàn dùng để dẫn dòng điện hàn

Để bảo đảm quá trình hàn một cách thuận lợi yêu cầu dây cáp nối với kìm

hà phải là dây mền, khả năng dẫn điện tốt, bên ngoài của nó có tính cách điện tốt, tránh hiện t-ợng chập mạch hoặc tai nạn điện giật

-Chiều dài của dây cáp căn cứ vào tình hình cụ thể khi làm việc quyết

định, nh-ng không nên qúa dài

-Tiết diện của dây to hay nhỏ căn cứ vào c-ờng độ dòng điện khi hàn để chọn (tránh hiện t-ợng để dây dẫn quá nóng làm hỏng chất cách điện ) tham khảo bảng sau:

A.Yêu cầu đối với máy hàn:

Hồ quang dùng để hàn và điện th-ờng dùng có sự khác nhau lớn

Ví dụ: Khi sử dụng đèn điện, điện trở của nó hầu nh- cố định, nh-ng sự

biến đổi của hồ quang hàn thì vô cùng phức tạp

-Khi mồi hồ quang cho que hàn tiếp xúc với vật hàn, tạo thành hiện t-ợng chập mạch tiếp đó nhấc que hàn lên để mồi hồ quang Trong quá trình nh- vậy,

điện trở chập mạch bằng 0, khi hồ quang cháy thì điện trở có trị số nhất định

-Trong quá trình hàn vì thao tác bằng tay, cho nên chiều dài hồ quang luôn thay đổi, hồ quang dài thì điện trở lớn, ng-ợc lại Do đó muốn cho hồ quang hơi dài đốt cháy ổn định, thì đòi hỏi điện thế hơi cao, ng-ợc lại hồ quang ngắn thì

điện trở thấp

Ngoài ra que hàn nóng chảy nhỏ giọt vào bể hàn Trong mỗi giây nhỏ trên

20 giọt, khi giọt to rơi xuống tạo hiện t-ợng chập mạch làm hồ quang bị tắc để mồi lại hồ quang đòi hỏi phải có điện thế t-ơng đối cao ngay lúc đó

Do dó các đặc điểm trên nếu dùng máy phát điện hay máy biến thế thông th-ờng cung cấp điện cho hồ quang, thì không thể duy trì hồ quang cháy ổn định

đ-ợc Thậm chí không mồi đ-ợc hồ quang mà còn có thể cháy máy phát hoặc biến thế

Để đáp ứng những yêu cầu trong khi hàn máy hàn điện phải đạt những yêu cầu sau:

1-Điện thế không tải của máy phải cao hơn điện thế khi hàn, không gây nguy hiểm khi sử dụng Uo < 80V

-Đối với nguồn điện xoay chiều: Uo = 55 ữ 80V, điện thế làm việc (khi hàn) Uh = 25 ữ 45v

-Đối với nguồn điện một chiều: Uo = 30 ữ 55V, Uh = 16 ữ 35V

2-Khi hàn th-ờng xảy ra hiện t-ợng ngắn mạch lúc này c-ờng độ dòng

điện rất lớn Dòng điện lớn làm nóng chảy que hàn và vật hàn nhanh, còn có thể phá hỏng máy Do đó trong quá trình hàn cho phép dòng điện ngắn mạch Id = (1,3 ữ 1,4)Ih

3-Tuỳ thuộc vào sự thay đổi chiều dài hồ quang điện thế công tắc của máy hàn pahỉ có sự thay đổi nhanh chóng và thích ứng

Khi chiều dài hồ quang tăng điện thế công tác tăng và ng-ợc lại

4-Quan hệ điện thế và dòng điện của máy hàn gọi là đ-ờng đặc tính ngoài của máy Đ-ờng đặc tính ngoài th-ờng dùng để hàn hồ quang tay yêu cầu ph ải là

đ-ờng cong dốc liên tục (H3-3), tức là dòng điện trong mạch tăng từ điện thế của máy giảm xuống và ng-ợc lại

Đ-ờng đặc tính ngoài cùng dốc thì càng thoả mãn yêu cầu trên, vì khi chiều dài hồ quang thay đổi thì dòng điện hàn thay đổi (H3 -3a,b)

Phối hợp đ-ờng đặc tính hồ quang 2 và đ-ờng đặc tính ngoài máy hàn (H3-4) ta thấy chúng cắt nhau tại A và B B là điểm gây hồ quang, điểm A là hồ quang cháy ổn định

5-Máy hàn phải điều chỉnh đ-ợc c-ờng độ dòng điện để thích ứng với nhứng yêu cầu khác…

B.Máy hàn xoay chiều:

Đ-ợc chia làm hai nhóm chính: Nhóm có từ thông tán bình th-ờng và nhóm có từ thông tán cao Theo thứ tự của mỗi nhóm đó lại gồm hai kiểu:

1.Nhóm xoay chiều với bộ tự cảm riêng:

a.Nguyên lý cấu tạo: Gồm máy biến thế để giảm điện thế mạng điện từ

220V hoặc 380V xuống điện thế không tải Uo = 60 ữ 75V (điện áp an toàn)

Biến thế gồm: Khung từ đ-ợc ghép bằng các lá tôn si lích kỹ thuật điện, trong khung từ đ-ợc quấn hai cuộn dây W1 (cuộn sơ cấp), W2 (cuộn dây thứ cấp)

Bộ tự cảm mắc nối tiếp với cuộn dây thứ cấp tạo ra sự lệch pha của dòng

điện và điện thế để điều chỉnh c-ờng độ dòng điện

Đại diện cho nhóm này là máy hàn CT (H3-5) giới thiệu hình dáng bên ngoài của máy và (H3-6) giới thiệu sơ đồ nguyên lý của máy

b.Nguyên lý làm việc của máy:

*Máy chạy không tải (Máy ch-a làm việc):

Điện thế U1 trong cuộn sơ cấp W1 bảng điện thế mạng điện, trong cuộn

W1 có dòng điện sơ cấp I1 chạy qua tạo ra từ thông 0 chạy trong lõi của máy

từ thông 0 gây ra trên cuộn dây thứ cấp W2 một điện thế U2

-Lúc ch-a làm việc:

Ih = 0

Ih - Dòng điện hàn (Am pe)

Ukt = U2

Ukt- DDiện thế không tải (Vôn)

U2- Điện thế trên 2 đầu cuộn

W2- (Vôn)

*Máy chạy qua tải (máy làm việc) Ih ≠ 0:

U2 = Uh + Utc Uh: Điện thế hàn (Vôn)

Utc: Điện thế trong bộ tự cảm (Vôn)

Điện thế Utc = Ih Rtc + Ih Xt

Rtc - Điện trở thuận của bộ tự cảm ( )

Xtc - Trở kháng của bộ tự cảm ( )

Xtc = 2π L

- Tần số dòng xoay chiều (Hz)

L - Hệ số tự cảm của bộ tự cảm

Điện trở Rtc < Xtc nếu không tính đến Rtc, có thể kết luận rằng: Dòng

điện hàn càng lớn, trở kháng bộ tự cảm và điện thế trong bộ tự cảm càng lớn thì dòng điện thế hàn lúc điện thế thứ cấp không đổi càng giảm

*Hành trình ngắn mạch: (điện thế hàn giảm xuống bằng 0)

+Thay đổi số vòng quấn củ bộ tự cảm Wtc

+Thay đổi từ trở của bộ tự cảm Rt, muốn thay đổi Rt chỉ việc thay đổi khe

hở a trong bộ tự cảm Tăng khe hở a thì Rt tăng, L giảm nên Xtc và Utc giảm do

đó dòng điện hàn tăng và ng-ợc lại Điều chỉnh c-ờng độ dòng điện hàn bằng ph-ơng pháp thay đổi số vòng quấn Wtc chỉ có khả năng điều chỉnh từng cấp một Điều chỉnh c-ờng độ dòng điện hàn bằng ph-ơng pháp thay đổi khe hở a thì

có thể điều chỉnh dòng hàn vô cấp từ Imin Imax

2.Máy hàn có bộ tự cảm kết hợp (CTH):

Về nguyên tắc t-ơng tự nh- kiểu CT chỉ khác về kết cấu, nguồn cung ứng có lõi sắt chung cho cả biến thế và điều chỉnh Hình dáng bên ngoài máy hàn CTH (H3-7a)

Trong phần lõi (phần d-ới) đặt cuộn sơ cấp W1 và phần chính thứ cấp W2

ở phần trên của lõi đặt phần còn lại của cuộn thứ cấp W2 và gọi là cuộn dây phản(cuộn kháng)

ở đây giữa biến thế (phần d-ới) và điều chỉnh phần trên, có liên quan cả

về điện và từ, nh-ng mối liên quan về từ không lớn do có khẽ hở a lõi phụ

Nh- vậy coi cuộn phản kháng ch- cuộn tự cảm mắc riêng vào mạch hàn nối tiếp với hồ quang

3.Máy hàn xoay chiều có lõi di động:

Kiểu máy BS-330 Đây là loại máy hàn có từ thông tán cao