THIếT Bị Và CÔNG NGHệ HàN Mục đích Cung cấp cho sinh viên những khái niệm cơ bản về cấu tạo thiết bị hàn điện, nguyên lý hàn hồ quang điên và hàn điên tiếp xúc. Sinh viên cũng sẽ đợc giới thiệu trang thiết bị một trạm hàn hơi cùng cấu tạo mỏ hàn, mỏ cắt cũng nh phơng pháp lựa chọn mỏ hàn và mỏ cắt. Cung cấp cho sinh viên một số phơng pháp điều chế axêtylen dùng trong hàn khí. Yêu cầu Sau khi học xong chơng này sinh viên cần nắm đợc : Nguyên lý cấu tạo máy hàn hồ quang diện một chiều, xoay chiều. Phơng pháp lựa chọn chế dộ và công nghệ hàn tùy theo đặc điểm mối hàn. Nguyên lý cấu tạo máy hàn điện tiếp xúc điểm, tiếp xúc đờng, hàn giáp mối. Trang thiết bị trạm hàn hơi nh bình chúa, thiết bị điều chế a xeetylen,.. Nắm đợc cách lựa chọn mỏ hàn khí theo chiều dày chi tiết hà
Trang 1Ch-ơng 3: THIếT Bị Và CÔNG NGHệ HàN
Mục đích
Cung cấp cho sinh viên những khái niệm cơ bản về cấu tạo thiết bị hàn điện, nguyên lý hàn hồ quang điên và hàn điên tiếp xúc Sinh viên cũng sẽ đ-ợc giới thiệu trang thiết bị một trạm hàn hơi cùng cấu tạo mỏ hàn, mỏ cắt cũng nh- ph-ơng pháp lựa chọn mỏ hàn và mỏ cắt Cung cấp cho sinh viên một số ph-ơng pháp điều chế axêtylen dùng trong hàn khí
Yêu cầu
Sau khi học xong ch-ơng này sinh viên cần nắm đ-ợc :
- Nguyên lý cấu tạo máy hàn hồ quang diện một chiều, xoay chiều
- Ph-ơng pháp lựa chọn chế dộ và công nghệ hàn tùy theo đặc điểm mối hàn
- Nguyên lý cấu tạo máy hàn điện tiếp xúc điểm, tiếp xúc đ-ờng, hàn giáp mối
- Trang thiết bị trạm hàn hơi nh- bình chúa, thiết bị điều chế a xeetylen,
- Nắm đ-ợc cách lựa chọn mỏ hàn khí theo chiều dày chi tiết hàn
3.1 Thiết bị và công nghệ hàn điện
3.1.1 Thiết bị và công nghệ hàn hồ quang tay
3.1.1.1 Thiết bị hàn hồ quang
Thiết bị hàn hồ quang tay thực chất là một nguồn điện hàn có thể là một chiều hoặc xoay chiều mà đầu vào của nguồn là điện l-ới có thể là 220V hoặc 380V còn đầu
ra chỉ từ 45 – 80 V Các yêu cầu của một máy hàn hồ quang tay cần có nh- sau:
+ Điện thế không tải ( U0) đủ lớn để gây hồ quang, nh-ng khi hàn điện thế không v-ợt quá 80V Với máy hàn xoay chiều thì U0 = 55 – 80V còn máy hàn một chiều thì U0 = 35 -55 V
+ Dòng điện ngắn mạch không v-ợt quá 40% c-ờng độ dòng điện hàn
+ Điện thế nguồn hàn thay đổi nhanh phù hợp với sự thay đổi của điện trở hồ quang nhằm ổn định hồ quang khi hàn Hay nói cách khác là đ-ờng đặc tính ngoài của máy phải dốc, càng dốc càng tốt
+ C-ờng độ dòng điện và điện thế hàn phải lệch pha nhau để duy trì hồ quang + Điều chỉnh dòng điện hàn thuận lợi theo từng cấp hoặc vô cấp
+ Máy hàn gọn nhẹ, an toàn khi sử dụng và dễ bảo quản
Một số máy hàn hồ quang tay
Máy hàn một chiều
Quá trình hàn có nhiều -u điểm do hồ quang cháy ổn định, chất l-ợng mối hàn cao, dễ hàn Tuy nhiên thiết bị phức tạp, đắt tiền Có 2 ph-ơng pháp nối dây:
- Nối thuận :
Nối dây thuận
Trang 2Nối cực âm của nguồn với que hàn, còn cực d-ơng nối với vật hàn Tr-ờng hợp này nhiệt độ hồ quang phần vật hàn cao hơn ở que hàn Vì vậy th-ờng dùng để hàn vật có chiều dày lớn Khi hàn bằng điện cực Graphit, nối thuận là để tăng tuổi thọ của nó, đồng thời tránh sự xâm nhập của Cacbon vào mối hàn Còn hàn bằng điện cực Volfram trong môi tr-ờng bảo vệ sẽ giúp điện cực khỏi bị ôxi hóa
- Nối nghịch:
Nối dây nghịch
Là nối cực d-ơng của nguồn với que hàn, còn cực âm nối với vật hàn Ph-ơng pháp này thích hợp khi hàn các tấm mỏng, các kim loại có nhiệt độ chảy thấp
+ Máy hàn một chiều dùng bộ chỉnh l-u bằng transistor và thyristor có kèm theo
bộ kháng DC
Biến tần và chỉnh l-u tiristo
Nối vào phía sơ cấp
Dòng một chiều
Dòng xoay chiều
T = Máy biến
áp
R = Bộ chỉnh l-u
U= Điện
áp I=Dòng điện
đầu kẹp
U i
I u
+ OU -
+ OU -
đòng điện sơ cấp (xoay chiều)
Trang 3 Máy hàn xoay chiều ( Máy biến áp hàn )
Máy hàn sử dụng dòng xoay chiều và thoả mãn các yêu cầu của máy hàn Hiệu suất của máy hàn xoay chiều đạt đ-ợc đến 80 – 90%
+ Khi không tải điện áp cuộn sơ cấp chính là điện áp l-ới 220V ( Hoặc 380V) và c-ờng độ dòng điện hàn Ih = 0 vì hở mạch
+ Khi có tải ( Khi hàn ) điện áp cuộn thứ cấp U2 = Uh + Utc = hằng số trong đó
điện áp hàn Uh = Ih R = 60 – 80V
Utc = Ih Z = Ih 2 2
tc
tc X
R = Ih Xtc Trong đó :
Ztc – tổng trở cuộn tự cảm
Rtc – Từ trở cuộn tự cảm
Xtc – Trở kháng cuộn tự cảm
Xtc = 2.π.f.L
F – Tần số
L - Hệ số tự cảm
+ Khi ngắn mạch Uh = 0 và lúc này dòng điện hàn đạt cực đại có thể tính theo công thức sau đây:
Ih = Id = 8 2
2
Ư 10 8 ,
tc tc
W R f
U
1
+ Để điều chỉnh c-ờng độ dòng điện hàn có các ph-ơng pháp sau đây :
Thay đổi số vòng dây ( việc này khó thực hiện )
Nối vào phía sơ
cấp
Dòng một
chiều
Dòng xoay
chiều
Dòng sơ cấp (xoay chiều)
T = Máy biến áp
U = Điện áp
I = Dòng điện
T
U i
I u
đầu qquequek
0
+
-
Trang 4Thay đổi khoảng cách khe từ của cuộn dây tự cảm
Điều chỉnh bằng biến trở con chạy mạch ngoài ( Ph-ơng pháp này dễ sử dụng và phổ biến trong các thiết bị hàn hồ quang tay.)
Thay đổi khoảng cách khe từ và điều chỉnh biến trở con chạy Cách này giúp cho máy có phạm vi điều chỉnh rộng hơn và kết cấu gọn gàng hơn
Dụng cụ dùng khi hàn hồ quang tay
Các dụng cụ đi kèm với máy phát hàn ( máy hàn – nguồn hàn ) là thiết bị an toàn ( mặt nạ, kính Coban, giầy ủng, găng tay, tấm chắn, thiết bị thông gió), cáp điện, đầu cặp, kìm hàn, thùng đựng que hàn, bàn ghế, bàn chải, búa gõ xỉ, đục, đồ gá…Ngoài ra với những thiết bị hàn có sử dụng khí bảo vệ thì còn cần có đồng hồ đo áp suất, ống dẫn khí, van an toàn…
Trang 53.1.1.2 Công nghệ hàn hồ quang tay
Khi hàn hồ quang chúng ta có thể thực hiện theo các ph-ơng pháp hàn khác
nhau nh- hàn tay, hàn bán tự động, hàn tự động Hàn hồ quang tay là ph-ơng pháp hàn,
trong đó tất cả các thao tác gây hồ quang, dịch chuyển que hàn để duy trì hồ quang và
bảo đảm chiều rộng của mối hàn cũng như để hàn hết chiều dài mối hàn v.v… đều do
ng-ời thợ hàn thực hiện
Sơ đồ hàn hồ quang tay bằng que thuốc bọc
Công nghệ hàn hồ quang tay chiếm tới hơn 50% trong lĩnh vực hàn Ph-ơng pháp
này cho phép thực hiện các mối hàn ở mọi vị trí trong không gian Thiết bị hàn hồ quang
4
2
7
6
5 (1) : Lõi que hàn
(2) : Vật hàn
(3) : Vỏ thuốc bọc que hàn
(4) : Hồ quang
(5) : Kim loại mối hàn
(6) : Vũng hàn
(7) : Khí bảo vệ
Trang 6tay dễ vận hành, sửa chữa, bảo d-ỡng và mức đầu t- thấp nhất Vì mọi chuyển động cơ bản đều đ-ợc thực hiện bằng tay, nên chất l-ợng và năng suất hàn phụ thuộc hoàn toàn vào trình độ tay nghề và kinh nghiệm của ng-ời thợ hàn
a Khái niệm, đặc điểm, cấu tạo hồ quang hàn
* Khái niệm:
Hồ quang là hiện t-ợng phóng điện mạnh và liên tục qua môi tr-ờng khí (đã bị ion hóa) giữa hai điện cực
* Đặc điểm:
Nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh, có thể làm nóng chảy tất cả các kim loại (nhiệt
độ ở tâm cột hồ quang khoảng 60000C)
Trong không gian hồ quang gồm các phần tử tích điện e, ion âm và ion d-ơng, trong đó electrôn đóng vai trò quan trọng nhất vì nó có điện tích âm nhỏ nhất (e = -1,602.10-19C),
có khối l-ợng rất nhỏ, nhỏ hơn khối l-ợng nguyên tử hiđrô (là nguyên tử nhẹ nhất mH = 1,66.10-27kg) 1840 lần
Cấu tạo của hồ quang
UK UC UA
- Vùng cột hồ quang có điện áp UC Nhiệt độ ở tâm khoảng 60000C, chiếm 20% tổng nhiệt l-ợng hồ quang Nhiệt l-ợng của cột hồ quang làm nhiệm vụ nung nóng chảy
que hàn và vật hàn ; cung cấp nhiệt l-ợng để phát xạ điện tử
Nhiệt ở A cao hơn ở K, do động năng của các điện tử electron lớn (vận tốc vận tốc ánh sáng) va đập mạnh vào bề mặt A sinh ra nhiệt lớn Khi hàn vật mỏng đấu cực
âm vào vật hàn, cực d-ơng vào que hàn
Sau khi hồ quang hình thành, muốn duy trì hồ quang cháy ổn định thì phải đảm bảo chiều dài hồ quang không đổi
3.1.1.3 Các ph-ơng pháp tạo hồ quang và sự cháy của hồ quang
a) Các ph-ơng pháp gây hồ quang
1 Ph-ơng pháp mổ thẳng (mổ cò) - Hình a
Cấu tạo của hồ quang gồm 3
vùng:
vùng anốt A (cực +), vùng catốt K (cực
-) và vùng cột hồ quang
Uh = UA + UK + UC
- Vùng katốt : là vùng sản sinh ra
cm Nhiệt độ vùng
C, chiếm 38% tổng nhiệt l-ợng hồ quang
tích lớn hơn vùng catốt nh-ng điện áp rơi
nhỏ hơn, bằng (2-4)V (hàn d-ới lớp
chiếm 42% tổng nhiệt l-ợng hồ quang
Trang 7Que hàn tiếp xúc trực tiếp với vật hàn theo ph-ơng thẳng đứng (hình vẽ), sau đó
nhanh chóng nhấc lên khỏi vật hàn một khoảng từ 2 - mm và duy trì ở một khoảng
cách cố định để hồ quang cháy ổn định
2 Ph-ơng pháp ma sát (quẹt diêm) - Hình b
Nghiêng que hàn một góc và vạch nhẹ lên bề mặt vật hàn, sau đó nhanh chóng
nhấc que hàn lên cách bề mặt vật hàn từ 2 4mm, giữ ở khoảng cách cố định để hồ
quang cháy ổn định (hình vẽ)
Trong hai ph-ơng pháp trên, ph-ơng pháp gây hồ quang ma sát dễ thao tác hơn
(dễ dàng cho ng-ời mới học nghề) nh-ng hay tạo vết trên bề mặt vật hàn Ph-ơng pháp
gây hồ quang thẳng đứng đòi hỏi thao tác phải nhanh bởi vì que hàn rất dễ bị dính vào
vật hàn, không hình thành hồ quang đ-ợc
b) Sự cháy của hồ quang hàn
Nh- trên ta đã nói, sau khi cho que hàn chạm rất nhanh vào vật hàn rồi đ-a lên
độ cao 2-4 mm thì phát sinh ra 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 và khoảng cách giữa hai điện cực (chiều dài hồ quang)
Quan hệ giữa điện thế và c-ờng độ dòng điện gọi là đặc tính tĩnh của hồ quang ỉng với
một chiều dài hồ quang ta có đặc tính nhất định Điện thế của hồ quang chủ yếu phụ
thuộc vào c-ờng độ và chiều dài hồ quang, ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiều tếu tố khác,
ví dụ nh- vật liệu điện cực, các loại khí chứa trong khoảng không gian của hồ quang
cháy và loại dòng điện v.v
Khi hàn hồ quang tay, điện thế chủ yếu phụ thuộc vào chiều dài hồ quang Qua
thực nghiệm đã vẽ đ-ợc đ-ờng đặc tính tĩnh của hồ quang
Trên giảng đồ Uh = f(I), Uh thay đổi theo ba khoảng dòng điện, tức là hình dáng
đ-ờng cong đặc tính thay đổi cùng với sự thay đổi dòng điện
Uh = Ih.R = I h
F l
Ph-ơng pháp gây hồ quang và duy trì hồ quang
Khoảng dòng điện I 80A, điện thế hồ
quang giảm khi dòng điện tăng lên
Nguyên nhân là lúc này công suất hồ
quang còn bé, tăng dòng điện thì sẽ tăng
mặt cắt hồ quang và đồng thời tăng tính
dẫn điện của nó Đ-ờng đặc tính tĩnh
trong khoảng dòng điện này là giảm dần
liên tục
Do điện tăng trong khoảng 80
đến 1000 A thì điện thế hồ quang trở
lên không đổi Lúc này điện thế hồ
quang chỉ thay đổi phụ thuộc vào chiều
dài hồ quang Đ-ờng đặc tính tĩnh của
hồ quang hầu nh- song song với trục
II
III
I
Uh
Trang 8Nếu tăng dòng điện lên trên 1000A thì mật độ dòng điện trong que hàn rất cao Vết cực và mặt cắt hồ quang không tăng đ-ợc nữa, mặc dầu mật độ dòng điện tỷ lệ với c-ờng độ dòng điện, vết cực không tăng mà chỉ mật độ dòng điện tăng Bởi thế điện thế tăng và đ-ờng cong đặc tính dốc lên Loại đ-ờng đặc tính này dùng trong hàn tự động d-ới lớp thuốc và hàn khí bảo vệ
.c) Quá trình hình thành hồ quang:
Quá trình hình thành hồ quang xảy ra rất ngắn (khoảng 1/10giây), nh-ng nó có thể chia làm 4 giai đoạn sau:
a) b) c) d)
- Giai đoạn a: Que hàn tiếp xúc với vật hàn, tại các chỗ nhấp nhô mật độ dòng
điện tăng lên rất cao
- Giai đoạn b: do mật độ dòng điện tại chỗ tiếp xúc tăng cao sẽ sinh ra nhiệt l-ợng lớn làm nóng chảy kim loại và điền đầy khoảng không gian giữa hai điện cực
- Giai đoạn c: khi nhấc que hàn lên khỏi vật hàn, do tác dụng của lực từ tr-ờng, cột hồ quang bị kéo dài ra, tiết diện ngang giảm xuống
- Giai đoạn d: Tại chỗ thắt, mật độ dòng điện tăng cao làm kim loại đạt đến nhiệt
độ sôi và cắt đứt phần kim loại lỏng đi vào vũng hàn, hồ quang đ-ợc hình thành
Sau khi hồ quang hình thành, do ảnh h-ởng của nhiệt hồ quang sẽ xảy ra hiện t-ợng phát xạ nhiệt điện tử trên bề mặt catốt, kèm theo sự tăng đáng kể của điện áp làm
cho hiện t-ợng tự phát xạ tăng lên và hồ quang đ-ợc duy trì
3.1.1.4 Hiện t-ợng thổi lệch hồ quang:
Cột hồ quang có thể xem nh- dây dẫn mềm, do vậy khi hàn lực điện tr-ờng tác dụng lên hồ quang làm hồ quang bị lệch đi, có ảnh h-ởng xấu đến quá trình hàn
a) ảnh h-ởng của điện tr-ờng tĩnh:
- Khi hàn với dòng 1 chiều, xung quanh hồ quang phát sinh điện tr-ờng tĩnh Tùy thuộc vị trí đấu điện mà ảnh h-ởng có khác nhau:
Trang 9Hình 3.3 Các hình thức mắc nguồn hàn
+ Hình b) điện tr-ờng đối xứng xung quanh hồ quang nên cột hồ quang không
bị thổi lệch
+ Hình a) và c) hồ quang bị lệch do tác dụng của điện tr-ờng không đối xứng Phía dòng điện đi vào mật độ đ-ờng sức dày hơn, thế điện tr-ờng mạnh hơn, do đó hồ quang bị thổi lệch về phía yếu
- Hồ quang ngắn sự thổi lệch yếu hơn so với hồ quang dài
b) ảnh h-ởng của sắt từ:
Vật liệu sắt từ đặt gần hồ quang sẽ làm tăng độ từ thẩm của nó, do vậy sẽ làm hồ quang bị hút về phía sắt từ Có thể thấy rõ khi hàn hồ quang với mối hàn ở mép vật hàn hoặc khi hàn giáp mối ở thời điểm bắt đầu và kết thúc mối hàn, hồ quang đều bị lệch
về phía vật hàn có khối l-ợng lớn
c) ảnh h-ởng của góc nghiêng que hàn
Góc nghiêng que hàn cũng ảnh h-ởng đến sự phân bố đ-ờng sức từ xung quanh
hồ quang Bởi vậy chọn góc nghiêng que hàn thích hợp có thể thay đổi đueoẹc tính chất phân bố đ-ờng sức từ và có thể tạo ra từ tr-ờng đồng đều, khắc phục hiện t-ợng thổi lệch hồ quang khi hàn
vh vh
3.1.1.5 Các biện pháp khắc phục
Để khắc phục và hạn chế ảnh h-ởnh của hiện t-ợng thổi lệch hồ quang chúng ta
có thể sử dụng một trong những biệm pháp sau đây:
- Thay đổi cách nối dây với vật hàn để tạo ra từ tr-ờng đối xứng
- Chọn góc nghiêng que hàn nghiêng một cách thích hợp
- Giảm chiều dài hồ quang đến mức có thể (bằng cách hàn hồ quang gắn)
- Thay dòng điện hàn một chiều bằng dòng xoay chiều
- Đặt thêm vật sắt từ ở gần cuối đ-ờng hàn
Chỳ ý: Tài liệu đang trong quỏ trỡnh hoàn thiện và phỏt triển đề nghị cỏc em sinh viờn tham gia thảo luận đầy đủ trờn LMS để được trả lời cỏc cõu hỏi và nội dung học tập