Đề cương bài giảng công nghệ hàn 2003

Đề cương bài giảng công nghệ hàn 2003

Hình 1-1 Sơ đồ nguyên lý hàn điện xỉ

6 Bể xỉ nóng chảy do nhiệt hồ quang làm nóng chảy thuốc hàn tạo ra

7 Điện cực tạo hồ quang với lớp kim loại lỏng ( do thuốc hàn, điện cực và một phần kimloại cơ bản nóng chảy )

- Khi bể xỉ đủ lớn tiếp xúc với điện cực hồ quang tắt nhưng dòng điện vẫn chạy qua bể xỉ

đó Do điện trở lớn của bể xỉ nhiệt lượng sinh ra đủ nung chảy thuốc hàn,điện cực, kim loại

cơ bản tạo thành vũng hàn

1.1.2 Đặc điểm của hàn điện xỉ

- Hàn được chi tiết rất dày từ vài chục đến vài nghìn mm

- Năng suất hàn cao ( cao hơn hàn dưới lớp thuốc 4 5 lần)

- Tiết kiệm nhiều thuốc hàn,

mức tiêu thụ thuốc hàn ( 0,2

0,3 kg/m) Ít hơn hàn dưới

lớp thuốc 20 30 lần

- Mức độ tập trung nhiệt nhỏ,

do sự tập trung nhiệt để nung

kim loại cơ bản nhỏ ( khoảng

10 20% mối hàn) do đó

-lượng tạp chất vào mối hàn từ

kim loại cơ bản nhỏ

- Chất lượng mối hàn cao do

+Bể xỉ bảo vệ mối hàn khỏi

không khí bên ngoài xâm

nhập

Hình 1-2 Túi dẫn kim loại mồi để khởi động quá trình hàn

+Kim loại mối hàn kết tinh từ dưới nên trên nên bọt khí tạp chất vào xỉ

- Có thể sử dụng một hoặc nhiều điện cực ( dây, tấm , dây tấm kết hợp )

- Sau khi hàn phải nhiệt luyện để được cơ tính mong muốn

+ Sử dụng :

- Hàn các kết cấu có S lớn ( bình áp lực tuabin, xilanh, bệ máy)

- Hàn đắp phục hồi bề mặt các trục cỡ lớn

1.2 Điều kiện ổn định của quá trình hàn điện xỉ.

+ Hàn điện xỉ bao gồm 2 giai đoạn

1 Hình thành bể xỉ

2 Quá trình hàn

+ Giai đoạn hình thành bể xỉ

- Bể xỉ được tạo ra bằng hồ quang giữa điện cực và mép hàn

- Giai đoạn này phải tạo ra được bể xỉ với mức tiêu thụ tối thiểu dây hàn

- Trong giai đoạn hình thành bể xỉ, khi có vũng hàn xuất hiện và phát triển, mép hàn cònchưa được nung đủ, người ta thường tạo ra túi dẫn kim loại mồi để tránh khuyết tật mối hàn(không ngấu mép )

- Thông số giai đoạn đầu tiên khác với thông số giai đoạn 2 tức là khi có hồ quang thì Ih nhỏhơn và Uh lớn hơn nhiều so với khi hàn điện xỉ ổn định

+ Sự ổn định của quá trình hàn điện xỉ

Chịu ảnh hưởng 2 loại yếu tố:

1 Các điều kiện về sự liên tục của các quá trình điện và nhiệt trong bể xỉ

2 Sự nóng chảy của điện cực (dây hàn )

- Quá trình hàn điện xỉ được coi là ổn định nếu trong thời gian dài nó liên tục được cấp Ih và

Uh ở các giá trị xác định

- Hình vẽ sơ đồ ổn định của quá trình Hàn điện xỉ

(2) Đường đặc tính ( V – A ) cắt đường (1) đặc tính cứng của nguồn điện tại A

- Tại A ứng với chế độ hàn U1 và I1

(2) Đường dốc đặc trưng sự chuyển đổi nhanh độ dẫn điện theo nhiệt độ bể xỉ

(1) Đặc tính nguồn cứng ( có thể tăng, thoải, dốc )

- Chọn đặc tính nguồn phụ thuộc các yếu tố:

+Đường kính hoặc tiết diện điện cực

+Công suất hàn

+Nhu cầu điều chỉnh nhiệt độ bể xỉ

- Đầu hàn điện xỉ có bộ cấp điện cực hàn với Vd =

const

- Với đặc tính như đường (3) thì trị số Ih hầu như

không đổi trong khoảng điện áp rộng của bể xỉ

Hình 1-3 Sự ổn định của quá trình hàn

- Điểm A xác định chế độ hàn điện xỉ ổn định: Điện áp U, dòng I khi điện áp bể xỉ giảm tức

là giảm khoảng cách đầu điện cực đến vùng hàn ( Bể kim loại nóng chảy ) khi đó Ihtăng lêngiá trị I, tốc độ Vc điện cực tăng và điện áp U1 được phục hồi Khi U  I  Vc điện

áp U1 lại được phục hồi

- Lưu ý không được xuất hiện hồ quang giữa đầu điện cực và bề mặt tự do của bể xỉ hoặcgiữa đầu điện cực và vũng hàn vì có thể gây khuyết tật mối hàn Vì vậy để ngăn ngừa hồ

quang xuất hiện cần tạo ra bể xỉ đủ sâu, thuốc hàn có đặc tính ổn định hồ quang kém và điện

áp không tải thấp

+ Biểu diễn các điều kiện đó cho chế độ nhiệt như sau:

Pc= Pp

- Pc : Công xuất tiêu thụ của bể xỉ khi có dòng điện chạy qua (W)

- Pp : Lượng nhiệt (W) tiêu thụ vào việc nung chảy và nung nóng 1 phần kim loại cơ bản,điện cực, má kẹp đồng

- Đẳng thức cho biết sự cân bằng giữa lượng nhiệt sinh ra và lượng nhiệt tiêu thụ trongvùng hàn

- Nếu Pc> Pp Bể xỉ bị nung quá nhiệt có thể sôi làm quá trình hàn gián đoạn

- Nếu Pc< Pp  Bể xỉ nguội và mất tính dẫn điện làm ngừng quá trình hàn

+ Hình vẽ thể hiện sự cơ bản:

Hình 1-4: Sự cân bằng nhiệt trong bể xỉ

- Lượng nhiệt Pp thoát khỏi bể xỉ qua bề mặt bể xỉ phụ thuộc kích thước bể xỉ, thể tích bể

xỉ Khi tăngthể tích bể xỉ  công suất hàn điện xỉ tăng

- Nhiệt độ tối đa bể xỉ ứng với đường cong PCmax ; To tối thiểu ứng với đường cong PCmin

( hình vẽ )

- Xỉ hàn duy trì tính dẫn điện cao đảm bảo quá trình hàn ổn định trong 1 khoảng nhiệt độlớn (cao hơn nhiệt độ nóng chảy và thấp hơn của xỉ )

Hình 1-5: Quan hệ giữ công suất và thể tích bể xỉ

- Với một thể tích V1 bể xỉ tồn tại khoảng công suất cho phép P1P2 khá lớn

- Điều kiện cân bằng nhiệt trong bể xỉ:

- : Nhiệt độ bể xỉ [oC ]; điều kiện cân bằng này cho biết khi tăng nhiệt độ bể xỉ thì sự tăngcông suất tiêu thụ Pp ( tổn thất nhiệt từ bể xỉ ) phải cao hơn sự gia tăng công suât nhiệt phátsinh Pc ( lượng nhiệt tiêu hao tạo bể xỉ) và ngược lại

1.3 Sự hình thành mối hàn điện xỉ.

1.3.1 Đặc trưng phân bố nhiệt trong hàn điện xỉ.

- Nhiệt hàn trong bể xỉ là nguồn nhiệt chủ yếu cho hình thành mối hàn các nguồn nhiệt kháccoi như không đáng kể

- Hầu hết công suất điện của nguồn điện hàn chuyển thành nhiệt nung phần xỉ gần kề đầuđiện cực tới trạng thái quá nhiệt

- Sơ đồ cân bằng nhiệt khi hàn điện xỉ

Hình 1-6 Sơ đồ cân bằng nhiệt khi hàn điện xỉ (tấm dày 90mm)

1 Lượng nhiệt dùng nung nóng điện cực (23,6%) tổng lượng nhiệt phát sinh

2 Lượng nhiệt do kim loai cơ bản hấp thụ (8,2%)

3 Lượng nhiệt bức xạ vào các mép vật hàn (1,3 %)

4 Lượng nhiệt thoát ra từ bể xỉ (2,6 %)

5 Tổn thất do bức xạ vào môi trường (1,2 %)

6 Lượng nhiệt dùng vào nung chảy một phần kim loại cơ bản tạo mối hàn (58,2 %)

7 Lượng nhiệt thoát ra từ vũng hàn vào má trượt bằng Cu (5,2 %)

8 Tổng nhiệt lượng thoát ra từ các mép vật hàn vào má trượt (7,8 %)

9 Lượng nhiệt dùng nung quá nhiệt kim loại vùng hàn (10,5 %)

+ So với hàn hồ quang, hàn xỉ điện mức độ tập trung nguồn nhiệt không cao do đó tốc độnung và nguội vật hàn thấp

1.3.2 Hình dạng và kích thước mối hàn điện xỉ:

- Thông số cơ bản chế độ hàn điện xỉ có ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng mối hànthông qua hình dạng và kích thước mối hàn

- Hàn điện xỉ chiều sâu ngấu không còn ý nghĩa mà chiều rông mối hàn (b) là thông số quyếtđịnh chủ yếu đến hình dạng và kích thước mối hàn

- Chiều rộng mối hàn thay đổi ảnh hưởng đến:

+ Điều kiện kết tinh bể kim loại lỏng

+ Lượng kim loại cơ bản tham gia vào mối hàn, thành phần hóa học mối hàn

- Các thông số cơ bản của chế độ hàn điện xỉ: Vh; Ih ; Uh ; khoảng các giữa các điện cực

- Thông số bổ xung của quá trình hàn:

+Tốc độ dao động ngang điện cực

+Tấm với khô điện cực (dây hàn)

- Ảnh hưởng của một số thông số đến chiều rộng (b) mối hàn:

Hình 1-7 Sự phụ thuộc của kích thước và hình dạng mối hàn vào thông số hàn

+ Chiều sâu bể xỉ hx: (25 70) mm Ih

+ Tốc độ dao động ngang điện cực: 25 40 m/h

+Tấm với khô Lvk: 60 80 mm

- Khi Ih  Vc  hvh ; khi Ih lớn  b vì hvh  bể xỉ nhận được ít nhiệt hơn

- Vd (100÷500 m/h) điện cực được nhúng sâu vào bể xỉ U, hvh, b giảm (hình c,e)

- Ψmh= khi Ih → Ψmh

1.4 Chế độ hàn điện xỉ

- Chế độ hàn xỉ điện có thể chọn theo bảng hoặc tính toán theo công thức thực nghiệm

- Tính toán chọn chế độ hàn trong trường hợp sử dụng điện cực dây ( thông dụng nhất)

- Chọn chế độ hàn thích hợp đảm bảo chất lượng và hình dạng mối hàn xuất phát từ hai điềukiện

1 Chế độ hàn phải đảm bảo ngấu, chiều rộng chảy mép hàn nằm trong khoảng 6÷10

mm về mỗi phía

2 Hàn theo chế độ, vật liệu đã chọn trong kim loại mối hàn không xuất hiện nứt kếttinh.

a) Khe hở hàn : Chọn theo chiều dày chi tiết cần hàn S (mm)

b) Đường kính dây hàn d và số dây hàn n d

- Thiết bị hàn điện xỉ thông dụng thường sử dụng điện cực có đường kính 3mm (1 số trườnghợp 5mm)

- Tùy theo chiều dầy tấm cần hàn có thể sử dụng 1 hay nhiều dây hàn

Số dây hàn nd Chiều dầy chi tiết S (mm)

Không dao động ngang Có dao động ngang

C) Cường độ dòng điện hàn I (A)

I = A+ B(S/nd), S chiều dầy chi tiết; nd: Sô dây hàn , A = 220÷280 ; B = 3,2 ÷ 4,0

+ Vd = ; g: Khối lượng 1m dây hàn (g/m)

+ V = ; khối lượng riêng dây hàn (g/m3)

Xác định chế độ hàn điện xỉ bằng điện cực dây để hàn mối hàn giáp mối các chi tiết

có chiều dày S = 120mm khi hàn bằng 1 điện cực, 2 điện cực, 3 điện cực Cho d = 3mm,

d = 33g/A.g

1.5 Thiết bị và vật liệu hàn điện xỉ

1.5.1 Thiết bị hàn điện xỉ.

+ Phải đáp ứng những yêu cầu sau:

- Khe hở mép hàn chứa lượng kim loại và xỉ nóng chảy lớn

- Mối hàn có vị chí thắng đứng

- Hàn một lượt duy nhất trên toàn bộ chiều dài mối hàn và chiều dầy S vật hàn nhưkhông hạn chế

+ Yêu cầu cụ thể đối với thiết bị hàn điện xỉ là:

- Có bộ phận giữ cưỡng bức vũng hàn trong khe hở giữa các mức hàn

- Có cơ cấu dịch chuyển đầu hàn và các hệ thống liên quan theo phương thẳng đứng dọctheo mép hàn

- Nguồn điện có đặc tuyến và thông số đảm bảo cho sự ổn định của quá trình hàn

- Có cơ cấu dao động ngang dây hàn

+ Các bộ phận cơ bản

1) Nguồn điện hàn (biến áp, chỉnh lưu có đặc tuyến cứng) dải dòng điện hàn(750÷1000A); U0 = 60V; khởi động từ bộ điều khiển điện áp thứ cấp, điều khiển dònghàn; vôn kế; A kế

2) Đầu hàn có bộ phận điều khiển, bộ cấp dây hàn, cơ cấu nâng

3) Bộ cấp dây hàn Vd = const và bộ dao động ngang dây hàn bố trí tại đầu hàn

Hình 1-8 Liên kết hàn điện xỉ giáp mối

1.6.2.Liên kết chữ T góc

Hình 1-9 liên kết hàn điện xỉ chữ T và góc

1.6.3 Chuẩn bị liên kết trước khi hàn

+ Các yếu tố quan trọng với công tác chuẩn bị trước khi hàn là

- Hình dạng và độ nhám bề mặt mép hàn

- Tình trạng bề mặt cạnh bên nơi các má trượt dọc theo mối hàn

+ Chuẩn bị bề mặt phụ thuộc chiều dầy S của tấm, cấp chính xác hình học cần thiết và tầmquan trọng của kết cấu

- Chi tiết có S < 200mm, mép hàn cắt bằng (O2 - C2H2) với độ nhấp nhô bề mặt tối đa 2÷3

mm, Độ lệch vuông góc tối đa vết cắt 4mm theo phương thẳng đứng

- S > 200mm phương pháp chuẩn bị bề mặt tốt nhất là cắt bằng gia công cơ, chỗ các tấm mátrượt làm việc cần được gia công cơ tới độ nhám cấp 3 ÷ 4 trong một khoảng 60 ÷ 80 mmtính từ mép tấm

- Định vị các tấm hàn dùng tấm thép dầy có độ cứng vững lớn khoảng cách các tấm kẹp theochiều dài mối hàn 500÷800mm

1.7 Kỹ thuật hàn

1.7.1 Kỹ thuật hàn mối hàn thẳng

+ Được thực hiện một lượt theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên, một số trường hợp đặcbiệt có thể thực hiện các mối hàn nghiêng 15 ÷ 200 so với phương thẳng đứng

+ Để bù lại giá trị ban đầu khi hàn và duy trì khe hở hàn  các chi tiết được lắp ghép với

khe hở lớn dần theo phương từ dưới lên ( hình vẽ)

Hình 1-10 Góc mở khe hở hàn để khắc phục biến dạng hàn

1.Tấm kim loại cơ bản

2 Tấm dẫn ở phần đầu mối hàn

3 Bản dẫn ở phần cuối mối hàn để loại bỏ khuyết tật trên bề mặt mối hàn

: Góc mở (1 ÷20)

bt: Khe hở ở phần cuối mối hàn

bd: Khe hở ở phần đầu mối hàn

+ Thực hiện mối hàn

- Đặt chi tiết đã lắp ghép vào vùng hoạt động của thiết bị hàn

- Đặt tầm với điện cực cần thiết, kiểm tra độ song song má trượt làm mát

- Đẩy điện cực vào khe hở, thử dao động ngang

- Hạ đầu hàn xuống phần đầu mối hàn và kẹp chặt má trượt vào vật hàn

- Gây hồ quang tạo bể xỉ thường kéo dài 3÷5 phút.Khi hồ quang tắt quá trình hànbắt đầu, má trượt chuyển động lên trên cùng với tốc độ hàn

1.7.2 Kỹ thuật hàn mối hàn vòng

+ Phức tạp hơn nhiều so với mối hàn thẳng do phải khớp phần bắt đầu và kết thúc mối hàn

do đó:

Yêu cầu độ lệch mép hàn khắt khe, chênh lệch đường kính chi tiết không vượt quá

Lệch mép tối đa khi lắp ghép là 0,5 ÷1,0mm; Liên kết vòng có đường kính lớn; chiều dàynhỏ dưới 100mm, Độ lệch chi tiết không vượt quá 3mm

+ Gá kẹp chi tiết: Đảm bảo khe hở hàn

- Vị trí bắt đầu mối hàn tạo túi dẫn bằng cách hàn đính các tấm thép vào bề mặt mép hàn 1trong 2 chi tiết

- Các tấm đệm I, II và III được kẹp chặt tại các vị trí cần thiết nhằm tạo khe hở cần thiết tại

- Phần kết thúc mối hàn (đóng kín mối hàn theo chu vi)

+Tốc độ thực hiện mối hàn vòng nhỏ hơn mối hàn thẳng cùng chiều dầy từ (10÷15%)

a)Giai đoạn điền đầy túi dẫn:

- Chi tiết không quay đầu hàn nâng dần nên

theo tốc độ điền đầy túi

- Khi chiều sâu bể xỉ đạt 20÷30mm bổ xung dây hàn 2 và tăng chiều sâu bể xỉ lên giá trị(40÷50) mm thông qua việc tăng dần tốc độ cấp dây

- Khi tầm với điện cực giảm xuống đến 70mm đầu hàn được đưa về chế độ nâng

Hình 1-11 Chuẩn bị khe hở hàn mối hàn vòng

Hình 1-12 Giai đoạn bắt đầu và giai đoạn tiếp tục hàn hàn mối hàn vòng

- Nếu khe hở hàn lớn: Cho dây hàn dao động ngang, tấm dao động ngang khống chế15÷18mm Vi trong giai đoạn này chiều rộng hàn tăng liên tục ( đến khi đạt toàn bộ chiềudầy cần hàn)

- Đầu hàn ngừng chuyển động nên trên, khi bề mặt trên má trượt đạt vị trí cao hơn đườngkính nằm ngang vật hàn khoảng 50÷60mm, chế độ hàn chuyển sang giai đoạn 2 thực hiệnphần giữa mối hàn

b)Giai đoạn thực hiện phần giữa mối hàn.

- Giai đoạn này chi tiết quay với tốc độ bằng tốc độ hàn và đầu hàn cố định khôngnâng( hình trên bên phải)

- Cần kiểm tra các thông số trong giai đoạn này:

+ Vị trí dây hàn

+ Dòng điện hàn, điện áp hàn, Vh ; hx

+ Độ ép chặt của má trượt, dao động ngang của dây hàn Sau khi hàn hết 1/3 chiều dàiđường hàn phần đầu mối hàn đã thực hiện ở giai đoạn đầu sẽ được cắt theo biên dạng cầnthiết (có sử dụng dưỡng đo) bằng phương pháp cắt bằng oxi – khí cháy, sau đps làm sạchbẳng phương pháp cơ học để loại bỏ khuyết tật

c) Giai đoạn kết thúc mối hàn

- Giai đoạn khó nhất trong toàn bộ quá trình hàn điện xỉ mối hàn vòng vì phải thực hiệnnhững biện pháp đặc biệt để điền đầy phần mối hàn có chiều dầy giảm dần

- Giai đoạn này tốc độ cấp dây và điện áp hàn được tăng dần

- Hình vẽ dưới mô tả giai đoạn kết thúc mối hàn vòng

- Vật hàn ngừng chuyển động quay khi phần cắt thẳng của phần đầu mối hàn đạt vị trí thẳngđứng Đồng thời đầu hàn chuyển về chế độ nâng dần theo phương thẳng đứng, má trượttrong kéo ra khỏi vật hàn ( h.a.b)

- Trong toàn bộ giai đoạn này cần chú ý má trượt không bị tấm dẫn điện vào dây hàn chạmphải tránh hiện tượng đánh lửa (hồ quang), nhưng cũng phải để nó tiến tới khá gần mép trêncủa má trượt (10 -12mm) nhằm đảm bảo chiều sâu ngấu cần thiết

- Hàn xong phần thẳng đứng đoạn kết thúc mối hàn đầu hàn dừng lại vật hàn tiếp tục quay(h.c), tốc độ hàngiảm còn (0,3 ÷ 0,35 m/h), điện áp hàngiảm còn (3÷5 V)

- Khi biên độ dao động ngang của dây giảm còn 30mm điện cực (dây hàn) bên trái loại bỏ,mối hàn kết thúc bằng điện cực còn lại (h.d)

Hình 1-13 Giai đoạn kết thúc mối hàn vòng

Chương 2 HÀN HỒ QUANG PLASMA 2.1 Nguyên lý, đặc điểm và ứng dụng

2.1.1 Nguyên lý hàn hồ quang plasma

Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang plasma:

Hình 2-1: Hồ quang và sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang plasma

+ Khác với hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (h.a) khihàn hồ quang plasma (h.b) điện cực không nóng chảy (W) là hồ quang plasma một phần cột

hồ quang nằm bên trong một buồng khí bao quanh bằng kim loại và được làm mát bằngnước Buồng này kết thúc bằng một lỗ phun tại vòi phun hình trụ đồng trục với điện cực(h.d)

- Dòng khí tạo plasma qua lỗ phun có thể tích không đổi, được làm mát và được nén lại,dòng khí được cách nhiệt và cách điện với bề mặt lỗ vòi phun

- Một phần khí này đi qua hồ quang, bị ion hóa và chuyển thành plasma

- Kết cấu của mỏ hàn hồ quang plasma dòng khí tạo thành plasma có thể chảy đồng trục,nhưng cũng có thể chẩy theo hướng tiếp tuyến với điện cực

-Vòi phun có tác dụng nén hồ quang và có hai kích thước quan trọng là

Đường kính lỗ phun dc; chiều dài vòi phun Lc; khoảng cách Ly từ đầu điện cực đếnmặt ngoài vòi phun được gọi là khoảng lùi điện cực; khoảng cách H từ đầu mặt ngoài vòiphun đến vật hàn được gọi là khoảng cách làm việc của mỏ hàn hồ quang plasma

- Khi hàn ngoài dòng khí tạo plasma còn dùng thêm dòng khí bảo vệ vùng tiếp xúc hồ quang

và vật hàn, bảo vệ vũng hàn nóng chảy

Như vậy coi hàn hồ quang plasma là một quá trình hàn có hồ quang nén và kéo dài

2.1.2 Các phương pháp hàn hồ quang plasma

- Hàn hồ quang Plasma sử dụng trong hàn và cắt chia thành hai loại

+ Hồ quang gián tiếp (còn gọi là hồ quang không chuyển tiếp hoặc hồ quang trong) +Hồ quang trực tiếp (còn gọi là hồ quang chuyển tiếp hoặc hồ quang ngoài )

-Hồ quang nén gián tiếp: được hình thành giữa điện cực và lỗ phun của vòi phun (h.a) Hồquang gián tiếp nhiệt hồ quang truyền vào vật hàn thông qua truyền nhiệt đối lưu và bức xạ

áp dụng hàn các vật liệu không dẫn điện

- Hồ quang nén trực tiếp: có hai hồ quang

+Giữa catot và lỗ phun

+Giữa catot và vật hàn ( h.b)

-Với hồ quang trực tiếp vật hàn nhận thêm nhiệt thông qua năng lượng của các hạt tích điện

di chuyển trong cột hồ quang

Hình 2-2.Sơ đồ nguyên lý hồ quang plasma gián tiếp

-Hồ quang trực tiếp hiệu suất cao hơn gián tiếp (10 – 30 % ) Áp dụng hàn các mối hàn cóchất lượng với chiều sâu ngấu toàn bộ 7 – 10 mm , do áp lực hồ quang tác dụng lên vùnghàn lớn

-Khi hàn vật dầy, dải điều chỉnh thông số hàn bị thu hẹp đáng kể đặc biệt lưu lượng khíplasma (nếu tăng lưu lượng quá giá trị tới hạn, quá trình hàn chuyển thành quá trình cắt) Thông qua biện pháp thay đổi thông số hình học của buồng khí và vòi phun sẽ tăng dải điềuchỉnh các thông số hàn (Ih, lưu lượng khí tạo plasma ,Vh , chiều dày tối đa tấm kim loại cóthể hàn)

- Để tạo dáng tốt hàn tấm có vát mép sử dụng dây hàn phụ như hàn điện cực không nóngchảy trong khí bảo vệ

+Hồ quang plasma có ưu điểm:

- Tập trung năng lượng cao

- Độ ổn định hồ quang cao hơn khi dòng hàn nhỏ

- Dòng khí plasma có tốc độ cao hơn

- Thông số vùng hàn ít phụ thuộc vào sự thay đổi khoảng cách làm việc

- Không xảy ra hiện tượng nhiễm điện cực vonfram vào vũng hàn

- Yêu cầu kỹ thuật thợ hàn thấp hơn hàn tay

+Nhược điểm hàn hồ quang plasma :

- Thiết bị đắt tiền hơn

- Vòi phun có tuổi thọ thấp

- Thợ hàn phải có kiến thức về hàn plasma

- Tiêu thụ khí bảo vệ cao

+Các ứng dụng của plasma:

- Thay thế cho các quá trình hàn đắt tiền (laser , hàn tia điện tử …)

- Hàn plasma cho phép hàn tay, lẫn cơ giới

- Hàn các kết cấu đòi hỏi chất lượng cao (bình nhiên liệu tàu con thoi, vỏ tàu ngầm, bể chứahóa chất, thiết bị hóa thực phẩm, dày truyền hàn ống )

- Hàn các chi tiết y học, điện tử cần kín giảm được năng lượng đưa vào

2.2 Hồ quang plasma

- Hồ quang trực tiếp (sử dụng dòng điện một chiều cực thuận) có ứng dụng rộng rãi trongcông nghiệp do khả năng điều chỉnh các đặc trưng nhiệt, điện, cơ học và hình học của hồquang

2.2.1 Các đặc trưng nhiệt của hồ quang plasma.

+ Chia hồ quang nén thành một số đoạn theo chiều dài

- Đoạn1: Nằm ở kênh dẫn vòi phun,tại đây xẩy ra tác động nén và ổn định hóa hồ quang.

- Đoạn 2: Nằm giữa đầu mặt ngoài của vòi phun và vật hàn, đoạn này nằm trong vùng

tác động của khí bảo vệ, sự tồn tại phụ thuộc vào tính chất môi trường bảo vệ

- Đoạn 3: cột hồ quang đi qua chiều dày vật hàn ( cung cấp nhiệt nung chảy kim loại )

-Năng lượng cột hồ quang: q = U.I; (q U, I)

+ q tiêu thụ vào: Nung catot (qk) ; vòi phun ( qc); tỏa ra môi trường xung quanh (qm); traođổi nhiệt với vật hàn (qa) và thoát ra ngoài theo dòng plasma xuyên qua vật hàn (qt)

q = qk + qc + qm + qa + qt

+ Tổn thất nhiệt vào catot qtk :

Qtk = qi + qj + qck

qi: Nhiệt giải phóng tại vết catot khi bị các ion bắn phá

qck: Nhiệt điện cực nhận được do trao đổi nhiệt với cột hồ quang

- Nhiệt giải phóng tại vết catot tính theo công thức:

qi= I ( I-α) ( u) ( uk + ui + k)

uk: Điện áp trên catot ( V)

α) ( u: Tỉ lệ điện tử dòng hồ quang [ - ]

ui: điện thế ion hóa của các ion (+) đi vào catot ( V )

: công thoát điện tử vật liệu catot (eV)

- Nhiệt Joule – lentz sinh ra tại điện cực được tính theo công thức:

qj = ρ

ρ : Điện trở riêng W

le : Tầm với điện cực [ mm ]

de: Đường kính điện cực [ mm ]

- qck = 0 vì điện cực có do tiết diện điện cực nhỏ

+Lượng nhiệt đi vào catot qk :

qk= qe + qhh + qbx + qg + qnh + qlm

qk: Lượng nhiệt vào catot

qe: Công thoát điện tử từ catot

qhh: Nhiệt nung nóng chảy điện cực

qbx : Nhiệt bức xạ

qlm: Nhiệt thoát qua nước làm mát

qg: Nhiệt truyền và dòng khí plasma ( trao đổi bằng đối lưu và bức xạ )

qnh : Nhiệt do các điện tử thoát khỏi catot dưới dạng nhiệt năng

+ Nhiệt qc cột hồ quang tiêu tốn tại kênh vòi phun được xác định như sau:

qc= α) ( uc Fc ( Tg – Tc )α) ( uc : Hệ số dẫn nhiệt từ cột hồ quang vào vòi phun ( J )

Fc : Bề mặt trao đổi nhiệt giữa cột hồ quang và vòi phun )

Tg : Nhiệt độ trung bình cộ hồ quang theo tiết diện ngang vòi phun ( K )

Tc : Nhiệt độ trung bình tại bề mặt vòi phun ( K )

+ Lượng nhiệt cột hồ quang tán ra môi trường xung quanh qm tính theo công thức:

qm: Nhiệt hồ quang tản ra môi trường xung quang

q’m: Tổn thất nhiệt thông qua bức xạ ở đoạn hồ quang hở

q″m: Tổn thất nhiệt nung nóng khí xung quanh cột hồ quang

+ Lượng nhiệt vật hàn nhận được bao gồm nhiệt dùng để nung và nung chẩy kim loại cơbản, phần còn lại dùng vào việc bay hơi kim loại và bức xạ Trường hpj tổng quát, có thể coicân bằng nhiệt này là:

qae= qctd + qcbx= qa+ qabx+ qabh

q ae :Nhiệt anốt (vật hàn) nhận được từ dòng điện tử

qctd: :Nhiệt nhận được thông qua trao đổi nhiệt với cột hồ quang plasma

qcbx : Nhiệt nhận được thông qua bức xạ từ cột hồ quang

qa : Nhiệt dùng vào việc nung anốt

qabx :Nhiệt dùng vào bức xạ từ vết anốt

qabh : Nhiệt dùng vào bay hơi từ vật liệu anốt

+ Lượng nhiệt nhận được từ dòng điện tử gồm thế năng, động năng và nhiệt năng của dòngđiện tử

+Hiệu suất nung vật hàn bằng hồ quang (η) tăng khi tăng lưu lượng khí tạo plasma, đ) tăng khi tăng lưu lượng khí tạo plasma, đườngkính kên vòi phun và giảm các giá trị như Ih, Lc Góc vát điểm cực và khoảng cách làm việchầu như không ảnh hưởng đến η) tăng khi tăng lưu lượng khí tạo plasma, đ

2.2.2.Các đặc trưng điện của hồ quang plasma

+ Gồm các đại lượng:

- Ih, Uh, tổng công suất điện hồ quang N, Cường độ điện trường E trên từng đoạn hồ quang:

Ec trên vòi phun, Eo giữa miệng vòi phun và vật hàn, mức độ giảm điện áp trên catốt và anốt

Uka, đặc trưng (V –A) của hồ quang v.v

- Ih: Là thông số chính của hồ quang cũng như của quá trình hàn, nó ảnh hưởng đến các đặctrưng hình học và đặc trưng nhiệt của hồ quang, khả năng hàn ngấu và độ ổn định của hồquang

- Một trong các nhược điểm của hàn hồ quang Plasma là với các thông số vòi phun (dc ,lc )

cố định thì Ih ≤ Ith để tránh xẩy ra hiện tượng hồ quang kép (hồ quang bắc cầu), khi màngoài hồ quang làm việc giữa điện cực và vật hàn, còn có thêm một hồ quang giữa vòi phun

và vật hàn, làm tăng mức độ tải nhiết của vòi phun tác động đến tuổi thọ vòi phun

- Nguyên nhân xuất hiện hồ quang kép là Ih tăng làm cho đường kính cột hồ quang tăng Khităng Ih tới giá trị nhất định thi dhq tiến tới giá trị đường kính trong của vòi phun (dc), khi đó

độ dày lớp “khí lạnh” giữa thành của kênh dẫn khí trong vòi phun và cột hồ quang giảm điềunày làm tăng tính dẫn điện của nó và tạo điều kiện đánh thủng lớp cách điện đó

- Vì vậy, để ngăn khả năng hình thành hồ quang kép, cần tạo điều kiện ngăn đánh thủng điện

áp qua lớp khí lạnh đó (điều kiện thứ nhất), tức là mức giảm điện áp bên trong vòi phun

Uc = Ec.Lc < Udt

Lc: Chiều dài vòi phun (mm)

Ec: Cường độ điện trường của vòi phun [w /mm]

Udt: Điện áp đánh thủng lớp khí

Uc: Điện áp bên trong vòi phun

Udt: Phụ thuộc vào chiều dày lớp khí, độ dẫn nhiệt lớp khí, tốc độ chẩy và cột hồquang Khi bị đánh thủng, điều kiện để hồ quang kép trở nên ổn định là (điều kiện thứhai)

Ec.Lc ≤ Ua+ Uk trong đó

Ua: Mức giảm điện áp trên anốt của hồ quang thứ 1

Uk: Mức giảm điện áp trên catốt của hồ quang thứ 2

- Điều kiện thứ nhất là điều kiện xuất phát và cơ bản vì điều kiện này bị phá vỡ thì điều kiệnthứ hai sẽ hình thành, khi thỏa mãn điều kiện thứ nhất thì hồ quang tồn tại ổn định

- Xác suất hình thành hồ quang kép sẽ giảm khi tăng khoảng cách làm việc của hồ quang(H), tắt hồ quang mồi, giảm chiều dài vòi phun (Lc), tăng lưu lượng khí tạo plasma, giảm độlùi điện cực(Ly), tăng đường kính lỗ vòi phun (dc) và cải thiện điều kiện làm mát vòiphun.v.v

- Hồ quang kép bị loại trừ khi:

- Chiều dài vòi phun không nhỏ hơn đường kính catốt (Lc dcatot) và chiều dài vòi phunkhông lớn hơn đường kính lỗ vòi phun (dc  Lc)

+ Đặc tính V-A của hồ quang

- Hàn hồ quang plasma dòng một chiều cực thuận điện áp phân bố không đều dọc trục Trị

số phân bố điện áp ở các phân đoạn khác nhau của hồ quang cho phép chọn đúng kích thướchình học vòi phun và chế độ hàn tối ưu

- Hình vẽ đường đặc tính tĩnh hồ quang plasma có (dc= 4mm) với các khí bảo vệ và đặctrưng hồ quang khác nhau

1,2 Hồ quang nén plasma; 3: Hồ quang của điện cực Vonfram khi hàn trong khí trơ;

: khí bảo vệ CO 2 ; o: khí bảo vệ argon; ●: không có khí bỏ vệ

Hình 2-3 Đường đặc tính tĩnh của hồ quang Plasma

- Hình vẽ cho thấy so với hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong khí bảo vệ thì

 Hàn hồ quang plasma Uh tăng nhanh hơn khi Ih tăng

 Điện áp hồ quang plasma phụ thuộc vào loại khí bảo vệ Khí CO2 làmnguội hồ quang mạnh hơn do có tính dẫn nhiệt và nhiệt dung cao hơn sovới Ar

2.2.3.Đặc trưng lực của hồ quang plasma

+Chiều sâu chảy khi hàn phụ thuộc đáng kể vào áp lực hồ quang nén plasma, hồ quang đẩykim loại vùng hàn và làm tăng cường độ nung chẩy kim loại

+Các yếu tố tạo nên áp lực hồ quang bao gồm:

-Va chạm đàn hồi của các chất tích điện vào bề mặt vùng hàn

- Phản lực của dòng hơi kim loại bay hơi từ bề mặt vùng hàn

- Động lực của dòng khí và hơi kim loại định hướng dưới tác động của lực điệntrường và lực từ trường

- Áp lực điện tử nên anốt

+Lực tác dụng p của hồ quang nên vùng hàn tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện hàntheo công thức:

P = K

- Hệ số K chiều dài hồ quang

+ Ý nghĩa của công thức là ở chỗ lực của hồ quang được xác định chủ yếu bằng các lực điện

từ xuất hiện trong hồ quang (như một dây dẫn) khi dòng điện tương tác với từ trường riêng+ Lực điện từ xuất hiện và tác động lên cột hồ quang và lên vũng hàn, gây lên tác động cơhọc và chuyển động của kim loại nóng chẩy trong vũng hàn

Pmax: Áp lực riêng trên trục hồ quang

η) tăng khi tăng lưu lượng khí tạo plasma, đ: Khoảng cách theo bán kính đến điểm đo áp lực

K: Hệ số mức độ tập trung

+ Áp lực riêng của hồ quang plasma lên trục tỷ lệ thuận với bình phương Ih, áp lực này tăngkhi tăng lưu lượng khí tạo plasma, giảm dc và Lc của vòi phun, diện tích các lỗ bổ sung vàkhoảng cách làm việc của hồ quang plasma Có thể tính áp lực chung của hồ quang plasmalên vật hàn theo công thức:

K: Hệ số mức độ tập chung không phụ thuộc Ih, lưu lượng khí tao plasma K tăngkhi (dc, Ly, H giảm)

+ Áp lực hồ quang nén plasma lớn gấp 6÷10 lần so với hồ quang tự do, hầu như không đổikhi hồ quang xuyên suốt chiều dày tấm cần hàn

2.2.4 Kích thước của hồ qunag plasma.

+ Để tăng hiệu quả sử dụng công suất nhiệt và công suất điện của hồ quang plasma và giữchế độ làm việc ổn định của mỏ hàn plasma được bảo đảm thông qua việc kết hợp, hợp lýcác kích thước của kênh vòi phun, thông số chế độ hàn với cường độ điện trường cột hồquang và đường kính cột hồ quang (đường kính cột dẫn điện)

+ Đường kính cột hồ quang trong kênh vòi phun của mỏ hàn xác định theo công thức

Trong đó, I (A) cường độ dòng điện hàn

Uz(V) điện áp trong kênh vòi phun

Ly (mm) khoảng lùi của điện cực

QPL (l/phút) lưu lượng khí tạo plasma

+ Với giá trị I = 100 ÷ 300A, QPL= 3 ÷ 8,6 l/phút, dc = 4 ÷ 5mm, diện tích các lỗ bể xung:

S = 4,52 ÷ 13,6mm2, góc vát đầu điện cực = 60 ÷ 900, Lc= 2 ÷ 5 mm, thì Uz được xác địnhtheo công thức sau:

+Đường kính cột hồ quang tăng khi tăng khoảng cách từ đầu điện cực, tức là khi hồ quang

có dạng côn Khi đó có thể tăng cường độ Ith với điều kiện dc = const, thông qua giảm chiềudài kênh vòi phun từ phia mặt ngoài của nó Có thể đạt kết quả tương tự khi khoảng lùi điệncực Ly giảm, và giữ Lc = const Khi giảm chiều dài vòi phun có thể cho phép giảm đườngkình lỗ vòi phun và tăng mức độ tập trung nhiệt truyền vào kim loại cơ bản

+ Công thức thực nghiệm tính toán đường kính hồ quang plasma ở ngoài vòi phun:

d = H + 0,7.dc (mm)

trong đó, : Hệ số tập chung hồ quang theo chiều dài (0,1 ÷ 0,11)

: Khoảng cách làm việc (mm) của mỏ hàn plasma

+ Công thức thực nghiêm tính đường kính cột hồ quang plasma theo cường độ dòng điệnhàn:

d = 0,2214

2.2.5 Các loại hồ quang plasma

Phân biệt 3 loại hồ quang plasma:

a)Micro plasma (0,1÷15A): So với hồ quang điện cực nóng chẩy trong khí bảo vệ ở dải Ih

thấp thì chiều dài hồ quang Micro plasma dài hơn, hồ quang ổn định ở dòng thấp tạo tiaplasma “ Hình chiếc bút chì”.Thích hợp hàn tấm chiều dày nhỏ ( đến 0,1 mm ),dây, lướimỏng

b) Plasma dòng trung bình (15÷100A): Tượng tự hồ quang điện cực nóng chảy bình thường.

Có thể tăng lưu lượng khí tạo Plasma để tăng chiều sâu chẩy, nhưng không khí và khí bảo vệ

dễ lẫn vào hồ quang do dòng chẩy rối của khí bảo vệ Dùng cho ứng dụng đòi độ chính xác

và chất lượng mối hàn cao

c) Plasma lỗ khóa (> 100): Tạo thành do tăng (Ih, lưu lượng khí tạo plasma).Hồ quangplasma này có công suất lớn Khi hàn hồ quang đâm thủng vật liệu tạo ra một lỗ khóa vớikim loại nóng chẩy của vũng hàn bao quanh lỗ khóa để tạo ra kim loại mối hàn Đạt chiềusâu chẩy lớn, Vh cao, (hàn 1 lớp S = 6mm), hàn liên kết vát mép sử dụng kim loại phụ

2.3 Thiết bị hàn hồ quang plasma.

+ Thiết bị hàn hồ quang plasma khác với thiết bị hàn hồ quang bằng điện cực không nóngchẩy trong môi trường khí bảo vệ ở các bộ phận sau:

- Nguồn điện hàn

- Mỏ hàn

- Hệ thống lót đáy

- Thiết bị bảo vệ

+ Thiết bị hàn plasma bao gồm:

- Nguồn điện hàn biến tần, bộ điều khiển (có thể liền khối hoặc tách rời khỏi bộnguồn hàn)

- Bộ làm mát bằng H2O lưu thông (Có thể liền khối hoặc tách rời khỏi bộ nguồn hàn)

Mỏ hàn plasma, dụng cụ căn chỉnh của hàn và phụ kiện

+ Sơ đồ nguyên lý một bộ thiết bị hàn plasma tiêu biểu

Hình 2-4.Sơ đồ thiết bị hàn Plasma

2.3.1 Nguồn điện hàn hồ quang plasma

+ Nguồn hàn hồ quang plasma là nguồn một chiều, đặc tuyến dốc

+ Đấu cực thuận để giảm thiểu lượng nhiệt trên điện cực

+ Dòng 1 chiều cực nghịch (dùng hàn Al), dùng mỏ hàn cấu tạo đặc biệt, làm mát tốt

+ Đòng xoay chiều thường không sử dụng hàn hồ quang plasma vì hồ quang không ổn định,đầu điện cực có dạng chỏm cầu

+ Có thể sử dụng nguồn xoay chiều dạng sóng vuông, song mỏ hàn phải làm mát tốt, dònghàn đảo chiều nhanh

+ Hệ thống plasma bao gồm 1 hệ thống cao tần đặc biệt để gây hồ quang mối (hồ quanggiữa catot và vòi phun) Hồ quang chuyển tiếp tới vật hàn sẽ tự động hình thành khi bắt đầuhàn

- Hàn plasma lỗ khóa ở cường độ cao, dc, lưu lượng khí tạo plasma và đượcchọn để tạo hồ quang mức độ nén cao, lưu lượng khí tạo plasma mang tính quyết định việctạo ra hồ quang có khả năng xuyên mạnh và trong việc ngăn xói mòn vòi phun.

2.4.Vật liệu và công nghệ hàn.

2.4.1 Vật liệu hàn.

+ Điện cực: Để dễ gây hồ quang điện cực thường là loại

Vofram chứa 2 – 5 % Thông thường để hàn microplasma, đầu điện cực mài nhọn

- Khi tăng góc mài đầu điện cực tăng (600 – 900) khi hàn ở chế độ lỗ khóa

- d 1mm không cần mài đầu điện cực để tù

- Phải duy trì khoảng lùi điện cực không thay đổi trong hàn

- Hãng sản xuất cung cấp số liệu ( ng lùi đ/c, lưu lượng khí tạo plasma)

để điều chỉnh khi sử dụng

+ khí tạo plasma và khí bảo vệ

- Khí tạo plasma:

Ar (thường dùng) điện cực và vòi phun xói mòn ít nhất

He: cho hồ quang có nhiệt độ cao hơn song sẽ giảm khả năng chịu dòng của vòiphun và cản trở sự hình thành lỗ khóa khi hàn

- Khí bảo vệ.

Hỗn hợp khí Ar với (2 – 8 %) hydro tác dụng hoàn nguyên và tạo mối hàn sạch

Hỗn hợp He(75%) + Ar(25%) khi hàn các vật liệu Cu

- Lưu lượng khí tạo plas ma phải đặt chính xác vì nó quyết định chiều sâu ngấu

*Hình vẽ cho biết mối quan hệ giữa lưu lượng khí tạo plasma, dải cường độ dòngđiện hàn với dải điện cực vòi phun

Hình 2-5 Lưu lượng khí tạo plasma tiêu biểu

+ Vật liệu kim loại cho hàn hồ quang plasma

Kim loại phụ quy định như hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chẩy trongmôi trường khí bảo vệ

2.4.2 Công nghệ hàn hồ quang plasma.

+ Kim loại cơ bản:

Hàn hồ quang plasma cho hàn hầu hết các kim loại được hàn bằng điện cực khôngnóng chảy trong môi trường khí bảo vệ. Đó là các loại thép, hợp kim đồng, ni ken, coban và

+ Công nghệ hàn microplasma:

- Sử dụng hàn các chi tiết có S = 0,025 – 0,8 mm từ thép cacbon, thép không gỉ, titan, lantan,molípđen,vonfram

- Sử dụng rộng rãi trong nghành kỹ thuật điện tử, chế tạo khí cụ để hàn các màng và tấmmỏng.

- So với hàn hồ quang điện bằng điện cực không nóng chẩy trong môi trường khí bảo vệ, sửthay đổi chiều dài hồ quang không ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn (cho phép mức thayđổi chiều dài hồ quang gấp 10 lần so với hàn bằng điện cực không nóng chảy trong khí bảovệ)

- Gradien điện thế trong cột hồ quang (0,79 – 7,9 v/mm, tuỳ thuộc và loại khí) cho phépđạt được sự thay đổi đáng kể điện áp mà chiều dài hồ quang biến thiên ít.(đến 10V khi thayđổi chiều dài hồ quang ± 1,27mm) Điều này rất quan trọng trong việc tự động giữ chiều dài

hồ quang trong hàn cơ giới

Chế độ hàn miiroplasma (lưu lượng 17l/h Ar; d c = 0,76mm) trong tài liệu Công nghệ hàn điện nóng chảy (tr 302 – 303) – TS Ngô lê Thông

+ Công nghệ hàn hồ quang plasma ở chế độ nóng chảy với cường độ dòng điện hàn lên đến 100A

- So với hàn bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ thì hàn hồ quang plasma

 Nhiệt độ hồ quang và mức độ tập trung nhiệt cao hơn nhiều

 Vũng hàn hình thành nhanh hơn và sử dụng dòng nhỏ hơn đến 50 – 60 %

- Khi hồ quang không xuyên suốt chiều dày tấm và phần chân mối hàn được tạo dáng bằngtrọng lực kim loại vũng hàn nóng chảy

- Khi < 100A hàn hồ quang plasma có nhiều điểm chung với hàn điện cực không nóngchảy trong môi trường khí bảo vệ về mặt sử dụng khí bảo vệ, tạo dáng mối hàn và kỹ thuậthàn Quá trình hàn như vậy thường thực hiện hàn các tấm mỏng (có S tới 3mm)

- Hàn hồ quang plasma cần chuẩn bị mét hàn chính xác trước khi hàn cũng như chế độ hàn

và hoạt động của thiết bị

- Hàn kết cấu tấm mỏng cần sử dụng đồ gá kẹp, phải chọn đúng lực kẹp để chống biến dạngchi tiết và sự biến đổi khe hở giữa các mép hàn

+ Hình vẽ mô tả hình dạng kích thước mối hàn

Hình 2-6 Các kích thước cơ bản của vũng hàn và mối hàn

+ Hồ quang nén là một nguồn nhiệt có cường độ cao và có tác dụng nung chảy nén kim loại vũng hàn, đẩy một phần kim loại nóng chẩy về phía đuôi vũng hàn Do đó, kim loại nóng chẩy trong vũng hàn khác nhau về chiều cao (H.a) là sơ đồ tiết diện dọc và ngang của vũng hàn khia hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chẩy trong môi trường khí bảo vệ, (H.b) là

sơ đồ vũng hàn khi hàn hồ quang Plasma

+ Hàn plasma có thể sử dụng hoặc không sử dụng, kim loai phụ

- Không sử dụng kim loại phụ: chiều cao mối hàn rất thấp hoặc không có chiều cao

- Khi sử dụng kim loại phụ: mối hàn có chiều cao đắp d, chiều sâu chẩy chân mối hàn e xácđịnh (hình vẽ) trên

- Hình dáng và chiều sâu chẩy phần chân mối hàn có ảnh hưởng đến chất lượng tạo dángmối hàn và khả năng làm việc của liên kết Khi hàn sấp kim loại nóng chảy của vũng hànđược giữ nhờ sức căng bề mặt Ps theo công thức:

Ps = σ1-g(1/r1 +1/r2)

σ 1-g: sức căng bề mặt của kim loại nóng chảy

r1, r2: bán kính đường cong tiết diện ngang và dọc kim loai nóng chảy

Hình 2-7 Sơ đồ tạo dáng nung chảy mối hàn

- Sức căng bề mặt phải cân bằng với áp lực P do hồ quang nén gây nên và với áp suất thủytĩnh PM= hγ của kim loại nóng chẩy (h là chiều sâu vũng hàn và  là khối lượn riêng kim loại

cơ bản)

- Điều kiện cân bằng biểu diễn: P+PM= σ1-g(1/r1 +1/r2)

Từ phương trình trên ta thấy để giữ được vũng hàn thì phải giảm r1, r2

Khi mức độ tập trung của hồ quang plasma giảm thi hai bán kính r1, r2 tăng

Khi trị số của 1 trong 2 bán kính vượt quá 1 giá trị tới hạn nhất định tổng áp suất

P +PM > PS và xẩy ra phá vỡ lớp bề mặt kim loại nóng chảy Kim loại vũng hàn chảy xuốngdưới và gây nên khuyết tật cháy thủng, dạng khuyết tật này hay xảy ra với hàm tấm mỏng,khi chiều rộng mối hàn lớn hơn chiều dày tấm vài lần, khắc phục hiện tượng này bằng cách

sử dụng chế độ hàn có xung

-Khắc phục hoàn toàn cháy thủng và đảm bảo nung chẩy chiều dày tấm với hình dạng cầnthiết người ta sử dụng biện pháp lót đáy (hình vẽ)

Hình 2-8 các kỹ thuật lót đáy mối hàn hồ quang plasma

- Tấm lót cố định để lại trên liên kết sau khi hàn hoặc có thể tháo lắp

Trong thực tế lót đáy bằng tấm kim loại tháo được sử dụng phổ biến hơn cả

+Chế độ hàn hồ quang plasma bằng tay tra bảng (7-3) trang 306 ( công nghệ hàn nóng chảy tập I)- TS Ngô Lê Thông

+ Công nghệ hàn hồ quang plasma ở chế độ lỗ khóa với cường độ dòng điện hàn

100 -400A

- Hàn chế độ lỗ khóa hồ quang xuyên suốt toàn bộ chiều dầy tấm kim loại cơ bản

- Kim loại do hồ quang nung chảy sẽ chảy trên thành của mép hàn được giữ lại do tác độngcủa sức căng bề mặt

-Việc giữ kim loại vùng hàn ở chế độ lỗ khóa khó hơn so với hàn ở chế độ nung chảy do áplực hồ quang và trọng lực kim loại nóng chảy lớn hơn (chế độ hàn lỗ khoá thường sử dụng

Hình 2-9 Sơ đồ hàn hồ quang plasma ở chế độ lỗ khóa

+ So với hàn chế độ nung chảy

- Hàn lỗ khóa nung chảy toàn bộ và đều chiều dầy tấm mà không cần sử dụng biện pháp nótđáy

- Cho phép khống chế liên tục chiều sâu chẩy do hình thành lỗ khóa, cho phép dung sai kheđáy lớn hơn

- Hàn thép không rỉ bằng một chiều cực thuận khi tạo plasma và khí bảo vệ thường là Ar,

He, hỗn hợp Ar+5-10% H2

- Tuỳ theo mức độ kết hợp các loại khí này, các thông số như tốc độ hàn, chiều rộng mốihàn, hình dạng vũng hàn có thể thay đổi đáng kể

 Sử dụng Ar đồng thời làm khí tạo plasma và khí bảo vệ hồ quang nén có tiết diện nhỏ cho phép hàn được các mối hàn hẹp

 Khí tạo plasma Ar kết hợp với khí bảo vệ (Ar+5%H2) làm tăng Uhq;tăng chiều rộngmối hàn và Vh tăng

 Khi tạo plasma (Ar+ 5% H2) và khí bảo vệ (Ar+10%H2) làm tăng Uhq; chiều rộngmối hàn,Vh hơn nữa

 Khí tạo plasma (Ar+ 5% H2) và khí bảo vệ mối hàn (Ar) làm tăng đáng kể tiết diệncột hồ quang, tăng chiều rộng mối hàn ở Vh nhỏ

 Sử dụng He làm khí tạo plasma, Ar làm khí bảo vệ cả tiết diện hồ quang và chiều sâuchẩy đều tăng

- Nhược điểm các hỗn hợp khí Ar+H2, Ar+ He và cả He là khó gây hồ quang và giá thànhcao của He

+Bảng (7÷4) trang 308,309 sách công nghệ hàn nóng chảy tập I – TS Ngô Lê Thông cho chế độ hàn lỗ khóa 1 số vật liệu tiêu biểu.

2.5 Một số kết luận

+ Hàn hồ quang plasma là quá trình sử dụng hồ quang nén, cho phép tạo hồ quang có chiều

dài lớn hơn nhiều so với hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chẩy trong môi trường khíbảo vệ

+ Các thông số quan trọng của mỏ hàn hồ quang plasma là đường kính lỗ vòi phun, chiềudài vòi phun, khoảng lùi điện cực và khoảng cách làm việc của mỏ hàn

+ Hồ quang plasma có thể là dạng gián tiếp hoặc chuyển tiếp Các chế độ hàn hồ quangplasma thông thường là hàn microplasma, hàn plasma dòng trung bình và hàn plasma lỗkhoá

+ Hàn hồ quang plasma được dùng cho các kim loại có thể hàn được bằng hồ quang điệncực không nóng chẩy trong môi trường khí bảo vệ, nhưng cho mối hàn chất lượng cao hơn

và ổn định hơn Quá trình hàn này rất thíach hợp cho việc tự động hoá

+ Những ứng dụng chủ yếu của hàn hồ quang plasma là trong ngành chế tạo khí cụ, côngnghiệp điện tử.v.v

Chương 3 CÔNG NGHỆ HÀN VẨY

3.1 Khái niệm và đặc điểm

+ Khái niệm: hàn vẩy là phương pháp nối các chi tiết kim loại hoặc hợp kim ở trạng thái rắn

nhờ một kim loại trung gian gọi là vẩy hàn có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn kim loại chi tiếthàn

- Hàn vẩy sự hình thành mối hàn ở đây chủ yếu dựa vào quá trình hòa tan và khuếch tán củavẩy hàn vào kim loại vật hàn ở mối hàn

- Quá trình hàn chỉ có vẩy hàn nóng chảy do vậy vẩy hàn có khả năng hòa tan vào mép hàncủa chi tiết hàn và tiếp theo là quá trình khuếch tán khi mối hàn đông đặc

+ Đặc điểm:

- Hàn vẩy có tính kinh tế cao

- Vật hàn không bị biến dạng do không gây ra sự thay đổi thành phần hóa học vật hàn, vùngảnh hưởng nhiệtkhông tồn tại

- Có thể hàn được các kết cấu phức tạp mà các phương pháp hàn khác khó thực hiện

- Có khả năng hàn các kim loại khác nhau

- Năng suất hàn cao và không đòi hỏi công nhân bậc cao

Ví dụ: vẩy hàn Sn-Pb ( thiếc chì ) 61%Sn và 31% Pb, vẩy hàn Sn-Zn dùng để hàn Al

- Vẩy hàn cứng: thường có > trong khoảng (720÷ C), vẩy hàn này có độcứng và độ bền cơ học cao, thường dùng để hàn các chi tiết chịu lực lớn như hàn mảnh hợpkim cứng làm thân dao bằng thép kết cấu

Ví dụ: Vẩy hàn CuZn40 (vẩy đồng kẽm) có 40 zn; 60 Cu, nc: C, vẩy Ag44: 44%

Đồng-Niken

Cu:68,7Ni:27,5Al:0,8

1170

- Hàn chi tiết chịu tải trọng nặng và dụng cụ cần gắn hợp kim cứng phải đốt nóng chi tiết đếnC

Đồng than Nikem

Cu:62,0ZN:27,0Ni:5,0

- Borắc, clorua kẽm, muối kali cho vẩy hàn cứng

3.3 Công nghệ hàn vẩy.

3.3.1 Nguyên tắc chung của công nghệ hàn vẩy.

+ Làm sạch các bẩn, gỉ và màng oxit trên bề mặt mép hàn tạo điều kiện cho vẩy hàn hìnhthành mối hàn đảm bảo độ bền mối hàn tốt nhất

+Lắp ráp chi tiết hàn phải đảm bảo khe hở chính xác đã xác định khi thiết kế kết cấu hàn vẩy+Phải khử màng oxit trực tiếp trong quá trình hàn sử dụng thuốc hàn

+ Phải nung nóng mối hàn đồng đều, nhiệt độ nung nóng phải thúc đẩy quá trình hòa tan vàkhuếch tán vẩy vào mép hàn

3.3.2 Chuẩn bị cho hàn vẩy

Bao gồm các nguyên công:

+ Khử đầu mỡ trên mặt mối hàn cẩn thận bằng các dung dịch kiềm sau đó rửa bằng nước lã

và sấy khô

+Khử màng oxit kim loại bằng cơ học, hóa học…

+Xử lý bề mặt chi tiết trước khi hàn như phủ lên bề mặt mép hàn 1 lớp Cu, Niken, bạc…đểcải thiện điều kiện thẩm thấu của vẩy hàn vào vật liệu hàn

3.3.3 Các kiểu mối hàn.

+ Công nghệ hàn vẩy hay sử dụng mối hàn chồng, vì có thể thay đổi đầu chồng giữa các chitiết để kết cấu đủ bền

+ Hàn giáp mối: