Ebook Hướng dẫn thực hành kỹ thuật khai triển gò - hàn: Phần 2

[r]

Chương 7 HÀN HỒ QUANG WOLFRAM - KHÍ TRƠ

Hà n hồ quang wolfram - khí trơ là quá trìn h tro n g đó nguồn n h iệt là hồ

quang được tạo th à n h giữa điện cực

wolfram không tiêu hủy và chi tiế t gia

công, hồ quang và vũng chảy kim loại được

bảo vệ đối với sự ô n h iễm khí quyển (oxy và

nitơ) bằn g lớp k h í trơ bảo vệ, argon, heli,

hoặc hỗn hợp argon-heli Kim loại điền đầy,

nếu cần th iế t, được đưa vào hồ quang từ bên

ngoài ở dạng dây trầ n Quá trìn h h à n này

thường được v iế t t ắ t là TIG (Tungsten

Inert-G as Arc W elding), đôi khi còn được

v iết t ắ t là GTAW (Gas Tungsten Arc

W elding - h à n hồ quang wolfram - khí trơ)

Quá trìn h h à n n à y chủ yếu được áp

dụng để h à n các hợp kim nhôm, m anhê,

đồng, H àn hồ quang bằng tay là không

k h ả dụng, do các lớp bọc điện cực có xu

hướng h ú t ẩm (tạo rỗ xốp cho mối hàn), có

nguy cơ gây cháy các chi tiế t mỏng H àn hồ

quang và h à n hơi thường có nguy cơ các

ch ất trợ dung th â m n h ậ p vào mối hàn, làm

giảm k h ả n ăn g chống ă n mòn của mối hàn

H àn hơi (h àn oxy - acethylene) là quá trìn h

chậm và có th ể gây ra sự biến dạng không

th ể kiểm soát N h iệ t tậ p tru n g trong quá

trìn h h à n TIG cho phép tă n g tốc độ hàn,

giảm biến dạng, tă n g c h ất lượng mối hàn

TRANG THIỀT B| c ơ BẢN

T rang th iế t bị cơ b ả n của h à n TIG được nêu

trê n H ình 7-1 Các bộ p h ậ n chính gồm: (a)

nguồn điện h à n được th iế t k ế để cung câp

điện AC, DC, hoặc cả hai; (b) mỏ h àn với

điện cực wolfram được làm nguội bằng nước

hoặc bằng khí; (c) nguồn cung cấp khí trơ;

(d) các bộ điều k h iển

Bộ p h ậ n quan trộ n g n h ấ t của mọi th iế t

bị h à n TIG là bộ tạo tầ n sô" cao (HF), điện

áp cao tầ n số cao tác dụng lên dòng điện

hàn Do điều này, khí bảo vệ (Ar, He, hoặc

hỗn hợp Ar-He) sẽ được ion hóa Các diện

tử được giải phóng tro n g quá trìn h ion hóa tạo th à n h đường d ẫn giữa chi tiế t gia công

và điện cực wolfram (H ình 7-2) Hồ quang

có th ể b ắ t đầu x u ất h iệ n k h ô n g cần tiếp xúc trực tiếp điện cực w olfram với chi tiế t gia công C ần phải tr á n h sự mồi hồ quang bằng cách chạm điện cực w olfram vào chi tiế t gia công do sự ô n h iễm và m òn đầu điện cực, wolfram có th ể lẫ n vào m ối h à n , làm giảm các tín h c h ất của kim loại ở mối hàn

(A) Điện cực (-)

Protor\ j J o ' © rá

/ 0 0 / tự do

^ 7 Chi tiết V V

(B)

Điên cực (+) Ụ

Protop r

© O ' tự do

S \ Chi tiết ' \ ^

a) Dòng điện tử (-) từ điện cực đến chi tiết.

b) Dòng proton (+) từ chi tiết đến điện cực

c) Chi tiế t nhận 66% tổng lượng nhiệt, diện cực nhận 33% lượng nhiệt.

a) Dòng điện tử (-) từ chi tiết đến điện cực.

b) Dòng proton (+) từ diện cực đến chi tiết.

c) Chi tiế t nhận 33% tổng lượng nhiệt, diện cực nhận 66% lượng nhiệt.

Hình 7-2 Dòng điện tử và phân b ố nhiệt xuất hiện

do sự phân cực: (A) sự phân cực thuận; (B) sự phân cực ngược.

Trong trư ờ ng hợp h à n TIG bằng dòng

điện m ột chiều, khi xuất h iện hồ quang, có

th ể không cần sự chồng chập HF Tuy

nhiên, tro n g trường hợp h à n TIG bằng

dòng đ iện xoay chiều, cần phải có sự chồng

chập H F liê n tục để cải th iệ n tín h ổn định

hồ quang, tụ lọc, thường được gọi là bộ triệ t

DC, được m ắc nối tiế p với m ạch điện để

tăn g tín h ổn đ ịn h hồ quang Để hiểu rõ

chức n ă n g của tụ lọc trong h à n TIG bằng

dòng đ iện xoay chiều, cần hiểu rõ hiện

tượng ch ỉn h lưu hồ quang

S ự ch in h lưu hồ q u a n g: Dòng điện

thường đi th eo m ộ t chiều dễ dàng hơn so

với chiều k ia giữa điện cực wolfram và chi

tiế t gia công Sự c h ên h lệch về dòng điện là

r ấ t rõ rà n g đối với m ột số kim loại và hợp

kim, ch ẳn g h ạ n Al, Mg Thứ hai, điện trở

theo m ột chiều (tương tự h o ạ t động của

diode) lớn hơn khi có lớp m àng oxide trên

bề m ặt kim loại n ền , đặc b iệt là oxide

nhôm (nói cách khác, tro n g m ột chu kỳ AC,

điện trở ở nửa chu kỳ dương lớn hơn so với

nửa chu kỳ âm ) Điều n ày làm xuất hiện sự

chỉnh lưu dòng d iện AC

Điện áp tái tạo hổ quang

hổ quang/ hổ puang Điện áp hở mạch \

Thời gian / Nửa chu kỳ âm

Khoảng dừng hổ quang

Khoảng dừng dòng điệnx^

Dòng điện hồ quang

Hình 7-4 Tỉnh không ổn định hồ quang do thành

phần DC trong hàn TIG bằng dòng điện AC.

Khí ion điện tích dương, được gọi là proton,

bị h ú t vào chi tiế t gia công có điện tích âm,

va đập lên bề m ặ t với lực đủ để p h ân hủy lớp oxide C ần chú ý, tác dụng p h ân hủy oxide với khí Ar m ạn h hơn so với khí He,

do đó Ar thường được dùng làm khí bảo vệ khi h àn nhôm

T h àn h p h ầ n DC tro n g dòng điện AC

gây ra d ạn g sóng AC không cân bằng (Hình

7-3), làm giảm tín h ổn định của hồ quang

(H ình 7-4) Do d ạn g sóng AC không cân

bằng, k hoảng th ờ i gian của nửa chu kỳ

dương sẽ giảm K hoảng thờ i gian này là rấ t

quan trọ n g đối với nhôm và hợp kim nhôm,

chúng tạo ra m àn g oxide tr ê n bề m ặt, do

nửa chu kỳ dương giúp p h â n hủy màng

oxide Sự p h â n hủy m àn g oxide này có thể

được giải th íc h n h ư sau:

Trong nửa chu kỳ dương, dòng khí ion

(điện tích dương) từ đ iện cực đến chi tiế t

gia công v à dòng điện tử tự do (do sự ion

hóa khí) từ chi t iế t gia công đến điện cực

Hình 7-3 Dạng sóng AC không cân bằng do thành

phẩn DC.

Do đó, khi giảm k h o ản g thời gian của nửa chu kỳ dương do d ạn g sóng không cân bằng, tác động làm sạch lớp oxide sẽ bị giảm hiệu quả, tín h ổn địn h hồ quang bị giảm Ngoài ra, th à n h p h ầ n DC, do chỉnh lưu hồ quang, có th ể gây ra sự bão hòa từ ở lõi biến áp chính, làm b iến dạng dòng điện

sơ cấp và có th ể gây ra quá nhiệt

Có th ể giảm th à n h p h ầ n DC bằng cách mắc nối tiếp các tụ điện với điện dung đủ lớn vào m ạch điện hàn Các tụ n ày tích điện trong nửa chu kỳ âm , đ iện tích trong tụ điện sẽ phóng ra ở nửa chu kỳ dương, điều này tạo ra d ạn g sóng cân b ằn g và đốí xứng

T h àn h p h ần DC tro n g dòng điện AC được lọc hoặc tr iệ t bỏ b ằ n g các tụ điện đó, m ạch

có các tụ được gọi là tụ lọc hoặc bộ tr iệ t DC

H iện tượng chỉnh lưu hồ quang là do các tín h chất được th ừ a hưởng từ kim loại nền,

và có th ể xảy ra do các yếu tố khác, được giải thích dưới đây:

Khi dòng điện và điện áp hồ quang qua điểm zero của chu kỳ, hồ quang bị tr iệ t tiêu

Đ iện áp cần th iế t để kích h o ạt hồ quang,

phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

1 N h iệt độ điện cực wolfram

2 N h iệt độ chi tiế t gia công

3 C h ất lượng bề m ặ t chi tiế t gia công

4 Khí bảo vệ/lưu lượng

Khi điện áp hồ quang đ ạt zero sau khi đi

qua nửa chu kỳ dương, sự tá i tạo hồ quang

tương đối dễ dàng Điều n ày do sự p h át xạ

điện tử từ điện cực w olfram nóng có sự ph ân

cực âm Ngoài ra, m ột lượng nhỏ thorium

(1-2%) được đưa vào điện cực wolfram để cải

th iệ n các tín h c h ấ t p h á t xạ điện tử

Tuy n h iên , khi điện áp hồ quang đ ạt giá

trị zero sau khi đi qua nửa chu kỳ âm, điện

cực có tín h p h ân cực âm không p h át xạ điện

tử Khi chi tiế t gia công có n h iệt độ th ấp ,

cũng không th ể p h á t xạ điện tử Điện áp tá i

tạo hồ quang cao hơn k h i điện áp hồ quang

đ ạ t giá tr ị zero sau khi đi qua nửa chu kỳ

âm Các th ử n g h iệm cho th ấ y khi dòng điện

đổi chiều, th ay đổi từ điện cực âm sang điện

cực dương, cần p h ả i có điện áp 100-450V để

tá i tạo hồ quang N hư vậy, tro n g trường hợp

n ày sự tá i tạo hồ quang tương đối khó, hồ

quang bị t ắ t m ột p h ầ n hoặc toàn bộ trong

nửa chu kỳ dương, làm xuất hiện sự chỉnh

lưu hồ quang, hồ quang h à n trở n ên không

ổn định, bị nhiễu, bị gián đoạn, do đó ản h

hưởng xấu đ ến c h ấ t lượng mối hàn

Nói chung, các m áy h à n AC được th iế t

k ế để h à n hồ quang kim loại bằng tay có

điện áp danh đ ịn h khoảng 70-80 V, không

đủ để tá i tạo hồ quang tro n g nửa chu kỳ

dương Việc tă n g điện áp n ày lên trê n 80 V

là không được phép vì các lý do an toàn

Nếu sử dụng th iế t bị phụ thích hợp, các

xung điện áp cao có th ể được cung cấp cho

m ạch điện h à n khi dòng điện và điện áp đi

qua điểm zero, hồ quang sẽ trở n ên ổn định

hơn, quá trìn h h à n đ ạ t c h ấ t lượng cao hơn

Trong thực tế các xung tầ n số cao (tần số vô

tuyến) đ iện áp cao được đưa vào m ạch điện

h à n bằn g cách sử dụng các m ạch dao động

Việc sử dụng H F có h ai ưu điểm:

□ Khi các xung điện áp cao đ ạt tầ n số vô

tuyến, công su ấ t tru n g bình của các

xung r ấ t nhỏ, do đó r ấ t an toàn đối với người sử dụng và k h ô n g ả n h hưởng đến

n h iệ t cung cấp cho môi hàn

□ Các xung điện áp cao tầ n số cao, tạo ra

các va chạm gia tóc liên tiế p giữa các nguyên tử khí bảo vệ, làm tă n g quá trìn h ion hóa Các đ iện tử tự do từ quá trìn h ion hóa tạo th à n h đường d ẫn giữa điện cực và chi tiế t gia công giúp duy trì

hồ quang dễ dàng

Để dễ tạo hồ quang tro n g h à n TIG bằng dòng điện DC, cần p h ải có m ạch điện tạo

HF, còn tro n g h à n TIG b ằ n g dòng điện AC, cần phải có hệ th ố n g cân bằn g sóng (tụ lọc hoặc bộ tr iệ t DC) và hệ th ố n g ổn định hồ quang (m ạch HF) Các h ệ th ố n g n ày được tích hợp tro n g các bộ điều k h iển h à n TIG

Ngoài ra, các điều k h iể n chẳng h ạn dòng khí trước khi h àn , dòng điện dốc lên, van điều k h iển lưu lượng khí, dòng điện dốc xuống, dòng khí sau khi hàn , đều được sử dụng trong các th iế t bị điều k h iển h iện đại

C ần p h ải có dòng khí trước khi h à n để tă n g

ch ất lượng h à n TIG, dòng khí n ày sẽ dẩy

h ế t không khí ra khỏi ống d ẫn và mỏ h à n trước khi tạo hồ quang, bảo đảm sự bảo vệ điện cực và chi tiế t gia công trước và trong khi h àn Các điều k h iể n dòng đ iện dốc lên

và dốc xuống r ấ t hữu ích tro n g các ứng dụng h àn cơ khí hóa Sự dốc lên của dòng điện sẽ n g ăn cản đỉnh dòng đ iện ban dầu,

sự dốc xuống sẽ giảm sự h ìn h th à n h v ế t lõm ở cuối đường h àn Dòng khí sau khi

h à n là r ấ t quan trọng, bảo vệ ở cuối đường hàn , tr á n h sự ô nhiễm do kh ô n g khí, bảo vệ đầu nóng của điện cực k h ô n g bị oxy hóa Các điều k h iển an to àn có th ể bao gồm:

1 T h iế t bị an toàn điều k h iể n áp suất Ilư u

lượng nước, bảo vệ các mỏ h à n được làm

nguội bằn g nước, h o ạ t động với lưu lượng và áp su ất nước tôi Ưu

2 Đ iều kh iển g iả m lượng k h í lãng p h í

Sau khi khởi động th iế t bị, nếu thao tác

h à n chưa b ắ t đầu tro n g 6-8 giây (có th ể

do nối m á t chưa chuẩn, chưa chuẩn bị

kỹ cho quá trìn h h àn ) dòng khí cung cấp sẽ được n g ắ t m ộ t cách tự động để

tr á n h lãn g phí khí b ảo vệ

Nguôn điện

Nguồn điện cung cấp thường là máy biến

áp, m áy chỉnh lưu, bộ động cơ - m áy phát,

tùy theo ứng dụng cụ th ể Đặc tín h nguồn

điện cho phép sử dụng th iế t bị hàn hồ

quang tay tru y ền th ố n g để h à n TIG Đế bảo

đảm hồ quang ổn định, đ iện áp danh định

của nguồn điện p h ả i tro n g khoảng 70-80 V

M ỏ hản TIG

Chức n ăn g của mỏ h à n TIG là dẫn dòng

điện và khí trơ vào vùng hàn Điện cực

wolfram dẫn đ iện được giữ chắc chắn trong

mỏ h à n bằng đai giữ với các vít lắp bên

trong th â n mỏ h à n Các đai n ày có kích cỡ

phù hợp đường k ín h d iện cực Khí được

cung cấp vào vùng h à n qua dầu phun có

chén sứ Các chén k h í có re n được lắp vào

đầu mỏ hàn, điều k h iể n chiều và p h ân phối

khí bảo vệ Bộ điều k h iể n khí đôi khi lắp

vào đầu phun để tr á n h sự cuộn xoáy của

dòng khí, sự cuộn xoáy n à y có th ể làm ô

nhiễm mối h àn Bộ điều k h iể n khí có vòng

chắn là các lưới th é p k h ô n g rỉ đồng tâm lắp

vào đầu phun H ìn h 7-5 m in h họa tiế t diện

mỏ h à n làm nguội b ằ n g nước, H ình 7-6

m inh họa mỏ h à n có đầu phun và bộ điều

kh iển khí

Khi sự cuộn xoáy dòng khí là tối thiểu,

có th ể h à n với đầu p h u n cách chi tiế t gia

công khoảng 25mm, cho p h ép thợ h àn quan

s á t vũng hàn, có th ể h à n các góc phía trong

Các mỏ h à n TIG b ằn g tay và mỏ hàn

TIG tự động có cấu tạo tương tự nhau, mỏ

h à n TIG bằng ta y có cán cầm với các nút

điều khiển, còn mỏ h à n tự động không có

cán, được th iế t k ế để k ẹp c h ặ t vào giá hàn

Hình 7-5 Tiết diện mỏ hàn làm nguội bằng nước.

có bảo vệ

Hình 7-6 Mỏ hàn TIG sử dụng các lưới mịn để giảm

sự cuộn xoáy của dòng khỉ bảo vệ.

THIỀT BỊ THÔNG DỤ N G

T h iết bị h àn TIG th ô n g dụng thường được cung cấp theo ba dạng:

1 Các bộ điều k h iển TIG

2 Hệ thống h à n TIG AC và DC đầy đủ

3 Bộ h àn TIG AC/DC k ế t hợp

Các bộ điều khiển TIG: Bộ điều k h iển

này được dùng cho các xưởng cần tậ n dụng

th iế t bị h àn hồ quang AC và DC để h àn TIG Bộ điều k h iể n có th ể là kiểu AC/DC hoặc kiểu DC Kiểu AC/DC được dùng khi cần h àn Al, Mg, v à các hợp kim của chúng,

và phải được sử dụng cùng với nguồn AC, tức là biến áp h àn Bộ điều k h iển DC được

sử dụng khi h àn các hợp kim s ắ t và các hợp kim không có sắ t, trừ AI và Mg, được dùng với nguồn DC, ch ẳn g h ạ n m áy p h á t hoặc bộ chỉnh lưu

Trong thực tế, kh ác b iệ t giữa kiểu AC/

DC và DC là kiểu AC/DC có th êm bộ tr iệ t

DC Có th ể sử dụng th iế t bị AC/DC để h àn các hợp kim s ắ t b ằn g cách m ắc vào nguồn

DC, nhưng phải n g ắ t nối k ế t bộ tr iệ t DC

Bộ điều k h iển n ày bao gồm:

a Bộ điều kh iển với công tắc từ , bộ HF, bộ

tá i tu ần hòa nước (nếu làm nguội bằng nước), bộ tr iệ t DC (đối với kiểu AC/DC)

Bộ tá i tu ần h o àn nước có bộ giải n h iệ t được làm nguội b ằn g q u ạt đồng trục Đường ống nước có công tắc áp suất nước để bảo vệ mỏ h à n , trá n h bị quá nhiệt

b Mỏ hàn và các phụ tùng.

c Bộ p h ụ tù n g : C áp h àn , ống d ẫn khí, lưu

lượng k ế và điều tiế t khí bảo vệ, nón và

găng tay h à n , các điện cực wolfram,

Trong các bộ điều k h iển này, hệ thống

d ẫn khí trước v à sau khi h à n được điều

k h iển b ằng v an solenoid điện từ để bảo

đảm lớp khí bảo vệ h o àn hảo và bảo vệ đầu

điện cực cùng với mối h àn Các thao tác cần

th iế t được thực h iệ n th ô n g qua điều khiển

công tắc mỏ hàn Công tắc mỏ h à n có phần

trước và p h ầ n sau Mỏ h à n , bộ điều khiển,

và các phụ tù n g tạo th à n h hệ th ố n g ON/

OFF bốn đường, v ậ n h à n h như sau:

B ắt đẩu hàn

• N h ấn p h ầ n sau:

dòng khí h o ạ t động

(b ắt đầu d ẫ n khí)

• N h ấn p h ầ n trước:

công tắc h à n h o ạ t động,

bộ HF h o ạ t dộng,

khí h o ạt động

• N hả p h ầ n trước:

H F không h o ạ t động

(trường hợp dùng DC)

• Thao tác h à n b ắ t đầu được thực hiện

Dừng hàn

• N h ấn p h ầ n sau: sự h à n dừng lại, dòng

khí v ẫn h o ạ t dộng

• N hả p h ầ n sau: dòng khí dừng lại

có bộ điều k h iển nêu tr ê n và nguồn điện thích hợp Hệ th ố n g h à n TIG, bao gồm bộ điều k h iển kiểu AC/DC, m áy biến áp hàn,

có th ể được dùng dể h à n Al, Mg, và các hợp kim của chúng Hệ th ô n g h à n TIG DC có bộ điều k h iển kiểu DC, bộ ch ỉn h lưu hàn , được dùng cho hợp kim s ắ t và hợp kim không sắt, trừ AI và Mg

Bộ hàn TIG AC/DC kết hỢp: Hệ thống

này là bộ biến áp ch ỉn h lưu AC/DC k ế t hợp các diều k h iển h à n TIG, cho ph ép chuyển đổi dễ dàng từ AC san g DC, có th ể dùng cho

các ứng dụng h à n hợp kim sắ t và không sắt.

Bộ n ày h iện nay được cung cấp với ba kiểu, các dòng điện h à n được n êu dưới đây, thường kèm theo mỏ h à n và các phụ tùng

Model D òng d iện h à n (A)

B ảng 7-1 tr ìn h bày cường độ dòng điện

của các bộ điều k h iể n tiêu chuẩn, sử dụng

nguồn diện m ột ph a, 50 Hz, 230 V Bộ điều

k h iển AC/DC được nêu tr ê n H ìn h 7-7

Hệ thống hàn TIG đầy đủ: hệ th ô n g này

Bảng 7-1 Cường độ dòng điện của các bộ điểu

khiển TIG tiêu chuẩn.

Dòng điện định mức

Kiểu Model AC, chu kỳ tải DC, chu kỳ tải

60% 100% 60% 100%

A C /D C 2 5/30 25 0 180 300 230

Các đặc tín h bao gồm:

a T h iế t bị cung cấp k h í trước và sau khi

h à n th ô n g qua v an solenoid đ iện từ

b Bộ H F và bộ tr iệ t DC

c Hệ thống tá i tu ầ n h o àn nước phôi hợp với bộ giải n h iệ t làm nguội b ằn g quạt

Bảng 7-2 Các đặc tính kỹ thuật của hệ thống hàn AC/DC kết hợp.

A D -1 5 0 A D -3 5 0 A D -500

Đ iện áp hở mạch (V) 8 0 /7 3 80 /7 3 80 /7 3

Đ iện áp vận hành (V) 10-16 10-24 10-30

D òng điện hàn m ax (A) 150-200 3 5 0 /2 8 0 500/400

D òng điện liên tục m ax

@chu kỳ tải 6 0% (A)

@chu kỳ tải 100% (A)

115/90

90 /7 5

2 6 5 /2 1 0

2 0 0 /1 6 0

380/300 285/220

Làm nguội (kiểu) Khí cưỡng bức Khí cưỡng bức Khí cưỡng bức

N guồn điện và o

Đ iện áp (V) 38 0 /4 1 5 380/415 380/415

Loại công tắc nên dùng

Mỏ hàn (kiểu) B T G -1 5 -3 BTVV-30-5 BTVV-50-5

Làm nguội mỏ hàn (kiểu) Khí Nước Nước

Bảng 7-3 Các đặc tính kỹ thuật của mỏ hàn TIG.

Model

Kiểu làm nguội

Dòng điện định mức

Đường kính điện cực, mm

Chiểu dài điện cực, mm

Chiều dài Ống dẫn tiêu chuẩn, m

AC, chu kỳ tải DC, chu kỳ tải

60% 100% 60% 100%

A Khí 115 90 150 110 1.6, 2.4 &

B Nước 270 195 300 225 1.6, 2.4,

3.2, & 4 150 5

1.6, 2.4, 3.2, 4, 4.8, &6.3

150 5

d Công tắc áp su ấ t nước bô"

tr í trong đường d ẫn nước

B ảng 7-2 trìn h bày các đặc

tính kỹ th u ậ t của ba kiểu nêu

trên

Các mỏ hàn TIG: chúng là

loại được làm nguội b ằn g nước

hoặc bằng khí Đầu mỏ h à n

được nối với bộ dây dẫn Đầu

kia là bộ nối ghép để nôi mỏ

h àn với bộ điều k h iển Các mỏ

h àn được cung cấp với các phụ

tùng, luôn luôn có diều k h iển

công tắc, k ế t hợp với điều

k h iển và các phụ tù n g tạ o

th à n h hệ th ố n g ON/OFF bôn

đường nêu trê n B ản g 7-3

trìn h bày các đặc tín h kỹ

th u ậ t của mỏ h à n tiê u chuẩn

KHÍ TRƠ

Ar là khí m ột nguyên tử

(phân tử chỉ chứa m ột nguyên

tử) được tríc h từ k h í quyển

bằng phương p h áp hóa lỏng

không khí và tin h ch ế đến độ

tin h k h iế t 99.9% Khí n ày

dược cung cấp tro n g các b ìn h

áp su ấ t cao hoặc ở d ạn g lỏng

với n h iệ t độ dưới -184°c tro n g

các th ù n g chứa lớn

He cũng là khí m ộ t nguyên tử, có trọng

lượng riên g k hoảng 1/10 so với Ar, được

tríc h từ khí tự n h iên , có nh iều ở một số

nước He có n h iệ t độ h ó a lỏng r ấ t thấp

(-272°C), do đó thường được chứa trong các

b ìn h áp su ấ t cao He có tín h d ẫ n n h iệ t cao

hơn do đó đòi hỏi điện áp hồ quang lớn hơn

so với Ar

Độ tin h k h iế t c ủ a A r Các tạ p ch ất trong

Ar có th ể gây ra các v ấ n đề k h i h à n TIG, Ar

tiêu chuẩn phải có độ tin h k h iế t như sau:

0 2 10 ppm (p h ần triệu)

Hơi nước 0.005 mg/1

Tỷ trọ n g của Ar là 1.33 lầ n so với không khí và 10 lần so với He Sau khi ra khỏi mỏ

h àn , Ar tạo th à n h lớp bảo vệ phía trê n vùng h àn Do n h ẹ hơn, H e có xu hướng

d ân g lên tạo th à n h cuộn xoáy xung quanh

hồ quang Đê bảo vệ hiệu quả, lưu lượng He

p h ải gấp 2-3 lầ n so với Ar

Đặc tín h quan trọ n g k h ác của He là đòi hỏi điện áp hồ quang cao hơn với cùng chiều dài hồ quang và dòng điện so với Ar (H ình 7-8) Do n ă n g lượng hồ quang được tín h theo công thức V X A (với V là điện áp

hồ quang và A là dòng điện), hồ quang He nóng hơn so với Ar He bảo vệ các chi tiế t

h à n dày tố t hơn so với Ar, thường dùng cho các v ậ t liệu có độ d ẫ n n h iệ t cao (chẳng h ạn Cu) hoặc n h iệ t độ nóng chảy cao, và h àn cơ khí hóa tốc độ cao

D òng đ iệ n hổ quang, A

Hình 7-8 Quan hệ điện áp - dòng điện với khỉ bảo vệ

Ar và He.

Điểm khác b iệ t nữa là Ar cung cấp tín h

ổn định hồ quang n h ư nhau đối với dòng

điện AC và DC, tá c dụng làm sạch tố t với

dòng điện AC He tạo hồ quang r ấ t ổn định

với dòng điện DC, nhưng tín h ổn định hồ

quang và tác dụng làm sạch với dòng điện

AC tương đối th ấp Do đó k h i cần h à n Al,

Mg bằng dòng d iện AC, b ạ n n ê n dùng Ar

Các hỗn hợp A r và He với hàm lượng

He đến 75% được sử dụng khi cần sự cân

bằng giữa các đặc tín h của hai loại khí này

H ỗn hợp A r-H 2 Việc bể sung hydro vào

argon làm tă n g đ iện áp hồ quang và các ưu

điểm tương tự heli H ỗn hợp với 5% H2 đôi

khi làm tăn g độ sạch của mối h à n TIG bằng

tay H ỗn hợp với 15% H2 được sử dụng để

h à n cơ khí hóa tốc độ cao cho các mốì h àn

đâu mí với th é p k h ô n g rỉ dày đến 1.6 mm,

ngoài ra còn được dùng để h à n các th ù n g

bia bằng th é p k h ô n g ri và các ống, các hợp

kim Ni H ỗn hợp 35% H2 có th ể dùng cho

th ép không ri với mọi chiều dày, nếu khe

hở đáy của dường h à n tro n g p h ạm vi

0.25-0.50 mm K hông n ê n dùng nhiều H2,

do có th ể gây ra rỗ xốp ở mối h àn Việc sử

dụng hỗn hợp n ày chỉ h ạ n ch ế cho các hợp

kim Ni, Ni-Cu, th é p k h ô n g ri

N itơ N itơ đôi khi được đưa vào argon để

h à n Cu và các hợp kim Cu, N2 tin h k h iết

đôi khi được dùng làm khí bảo vệ để h àn

th ép không ri

CÁC ĐIỆN CỤC WOLFRAM

W olfram được dùng làm đ iện cực do có tín h

chịu n h iệ t cao, n h iệ t độ nóng chảy cao

(3410°C), p h á t xạ đ iện tử tương đối tố t, làm ion hóa hồ quang và duy trì tín h ổn địn h hồ quang W olfram có tín h chống oxy h ó a rấ t cao Khi được sử dụng cẩn th ậ n , đ iện cực wolfram hầu n h ư luôn luôn ổn định, do đó được gọi là đ iện cực không p h â n hủy Tuy

n h iên , sự oxy h ó a có th ể xảy ra ở các n h iệ t

độ r ấ t cao xuất h iệ n ở gốc hồ quang, trừ khi

được bảo vệ b ằ n g khí trơ B ảng 7-4 giới

th iệu th à n h p h ầ n h ó a học của n ă m loại điện cực theo tiê u chuẩn AWS A 5.12-80

Bảng 7-4 Thành phần hóa học của các

điện cực wolfram.

Tiêu chuẩn AWS

w (min)

%

Th

%

Zr

%

Tổng tạp chất (max)

%

E W Th-3 98.95 0 3 5 -0 5 5 — 0.5

E W Zr 99.2 - 0 1 5 -0 4 0 0.5

Các điện cực w olfram thường được cung cấp với đường k ín h 0.25 - 6.35 m m , dài 76 -

610 mm, có bề m ặ t đã được làm sạch hoặc

m ài Bề m ặt đã được làm sạch có n g h ĩa là sau khi kéo dây hoặc th a n h , các tạ p c h ất bề

m ặ t được loại bỏ b ằn g các dung dịch th ích hợp Bề m ặt được m ài n g h ĩa là các tạ p c h ấ t

bề m ặ t được loại bỏ b ằ n g phương p h áp m ài

Đ iện cực w olfram tin h k h iế t tương đối

rẻ, có k h ả n ă n g d ẫn điện k h ô n g cao, chống

n hiễm b ẩn không tố t, thường chỉ dùng đối với các ứng dụng h à n th ô n g thường

Đ iện cực w olfram có th êm th o ri (Th), có tín h p h á t xạ đ iện tử cao hơn, d ẫ n điện tô t hơn, chống n h iễm b ẩ n cao hơn, mồi hồ quang tố t hơn và hồ quang ổn đ ịn h hơn

Đ iện cực w olfram có th êm zircon (Zr) có các tín h ch ất tru n g g ian giữa đ iện cực w và điện cực W-Th

B ảng 7-5 tr ìn h b ày cường độ dòng đ iện

th ích hợp cho các loại kích cỡ đ iện cực, b ạ n cần nhớ k h ả n ă n g d ẫ n điện của đ iện cực bị

ả n h hưởng bởi giá đỡ điện cực, p h ầ n đ iện cực ra ngoài giá đỡ và vị trí h àn Từ B ảng 7-5 có th ể th ấy , dòng điện h à n r ấ t cao có

th ể được sử dụng k h i điện cực w là âm , nhưng dòng đ iện sẽ bị h ạ n ch ế k h i điện cực

Bảng 7-5 Khoảng dòng điện của điện cực wolfram3

Đường

kính đ iệ n

cực

Phân cực

th u ậ n

P hân cực ngược S óng kh ôn g cân bằng Sóng cân bằng EWP

EWTh-1

EW Th-2

EW Th-3

EWP EWTh-1

EW Th-2

EW Th-3

EWP

EWTh-1 EWTh-2 EWZr

EWTh-1

EW Th-2

EW Zr

EWTh-3

0.26 Lên đến 15 b Lên đến 15 Len den 15 b Lên đến 15 Lên đến 15 b

3.18 250-400 25-40 150-210 225-325 150-325 100-180 160-250 100-250

3.97 400-500 40-55 200-275 300-400 200-400 160-240 200-320 160-320

4.76 500-750 55-80 250-350 400-500 250-500 190-300 290-390 190-390

6.35 750-1000 80-125 325-450 500-630 325-630 250-400 340-525 250-525

a T ất cả các giá trị dựa trên k h í A r

b Các kết hợp này ít được sử dụng

là dương Điều n ày do 66% tổng lượng nh iệt

trong hồ quang được tạo ra ở cực dương

(anode) và chỉ có 33% ở cực âm (cathode)

(H ình 7-2) Điều n ày có n g h ĩa là điện cực có

th ể d ẫ n dòng điện, k h ô n g bị quá n h iệt, khi

có p h â n cực âm cao hơn so với p h â n cực

dương W olfram có độ d ẫ n điện r ấ t th ấp , do

đó sẽ tích tụ n h iệ t k h i dòng điện đi qua

Khi h à n với điện cực w, dầu hồ quang phải

là p h ầ n nóng duy n h ấ t của điện cực này,

p h ầ n còn lại p h ái được giữ nguội ở mức cao

n h ấ t cho phép M ột phương p háp tr á n h quá

n h iệ t điện cực là p h ầ n đ iện cực ở phía

ngoài đai giữ p h ải đủ n gắn Nếu p h ần này

quá dài, kể cả khi dòng điện tương đối

th ấp , sẽ làm cho điện cực bị quá n h iệ t và có

th ể bị nóng chảy ở đầu hồ quang Ngược lại,

nếu m ật độ dòng đ iện quá th ấp , hồ quang

sẽ không ổn định

B ạn có th ể sử dụng các điện cực đường

k ín h nhỏ với kho ản g cường độ dòng điện

tương đôi rộng bằn g cách định h ìn h hoặc

tạo h ìn h côn cho đầu điện cực B ảng 7-6

hướng d ẫn sự chuẩn bị đầu điện cực với bốn

kích cỡ điện cực th ô n g dụng và các cường độ

dòng điện phổ biến

Các đề nghị chung dưới đây cho phép sử

dụng tôi ưu các điện cực wolfram

a C ần chọn dòng đ iện th íc h hợp (kiểu và

cường độ) đối với kích cỡ điện cực được

sử dụng Dòng điện quá cao sẽ làm hư

h ại đầu điện cực, dòng điện quá th ấ p sẽ gây ra sự ă n m òn, n h iệ t độ th ấ p và hồ quang không ổn định

b Đầu điện cực p h ải được m ài hợp lý theo các hướng d ẫn của n h à cung cấp để

tr á n h quá n h iệ t cho đ iện cực

c Đ iện cực p h ải được sử dụng và bảo quản cẩn th ậ n tr á n h n h iễm bẩn

d Dòng khí bảo vệ p h ải được duy trì không chỉ tro n g k h i h à n m à còn sau khi

n g ắt hồ quang cho đ ến khi nguội điện cực Khi các điện cực đã nguội, đầu hồ quang sẽ có dạn g sá n g bóng, nếu làm nguội không chuẩn, đầu n ày có th ể bị oxy hóa và có m àng m àu, nếu không loại bỏ sẽ ả n h hưởng đ ến c h ất lượng môi hàn Mọi k ế t nối, cả nước và khí, phải được kiểm tr a cẩn th ận

Bảng 7-6 Hình dạng đầu điện cực w và

dòng điện.

Đường kính

đ iệ n cực

Đường kính

đ ỉn h , mm

G óc

n g h iê n g , độ

K h o ả n g ổn

đ ịn h DC,

đ iệ n cực (+) A

Khoảng dòn g điện xung A

e P h ầ n điện cực ở p h ía ngoài mỏ hàn

trong vùng k hí bảo vệ phải được giữ ở

mức n g ắn n h ấ t, tù y theo ứng dụng và

th iế t bị, để bảo đảm được bảo vệ tố t

bằng dòng khí trơ

f C ần tr á n h sự n h iễ m bẩn điện cực, sự

tiế p xúc giữa điện cực nóng với kim loại

n ền hoặc th a n h h à n , sự duy trì khí bảo

vệ không đủ, sẽ gây ra sự nhiễm bẩn

g T h iết bị, đặc b iệ t là đầu phun khí bảo

vệ, p h ải sạch v à k h ô n g dính các vệt

hàn Đầu phun bị b ẩ n sẽ ả n h hưởng đến

khí bảo vệ, ả n h hưởng đến hồ quang

h àn , do đó giảm c h ấ t lượng mối hàn

Sự thoát khí Ar: K hi h à n các tấ m mỏng,

m ặ t dưới của đường h à n có th ể nóng đến

mức bị oxy hóa làm ả n h hưởng đến đường

hàn Khí Ar từ mỏ h à n đủ để bảo vệ phần

trê n của kim loại n ền , nhưng không bảo vệ

được p h ần dưới hoặc m ặ t sau Để bảo đảm

ch ất lượng cao, cần p h ả i có lớp khí bảo vệ ở

dưới, diều n ày được thự c h iện bằng cách

dùng tấm lót có rã n h ngay s á t dưới mối

h àn , cho phép k hí bảo vệ đi qua để bảo vệ

m ặ t sau của đường h à n (H ình 7-9, 7-11)

Hình 7-9 Rảnh thoát khí Ar.

CÁC QUY TRỈNH HÀN

Thép không rỉ: Quy tr ìn h TIG r ấ t thích hợp

để h à n các loại th é p không ri, do th àn h

p h ần hóa học của kim loại điền đầy hầu

như không th a y đổi k h i được đưa vào mối

h àn Khi không có c h ấ t trợ dung h à n và khí

h o ạt tín h , các p h ả n ứng khí - kim loại và xỉ-

kim loại tro n g hồ quang sẽ không xảy ra, do

dó mối h à n sẽ k h ông chứa tạ p ch ất phi kim

loại

Các nguyên tố hợp kim hóa từ kim loại

điền đầy được chuyển to à n bộ qua hồ quang

đến kim loại h à n k ể cả Ti được dùng làm

ch ất ổn định hóa (Ti k h ô n g th ể đi vào mối

h à n th ô n g qua hồ quang trong các quá trìn h

h à n sử dụng c h ấ t trợ dung, do nguyên tố

n ày có ái lực r ấ t cao với oxy, thường đi vào

xỉ ở dạng oxide) C h ất lượng mối h à n thép không ri phụ thuộc ch ặt chẽ vào th à n h

p h ần hóa học, h à n TIG là quy tr ìn h lý tưởng tro n g n h iều trường hợp

H à n TIG được dùng cho chiều dày kim loại không quá 6.4 mm, có th ể được sử dụng cho mọi vị tr í h àn Dòng điện m ột chiều từ nguồn dòng đ iện không đổi được sử dụng với điện cực âm để h àn các mối h à n hẹp với

độ ngấm sâu

Để mồi hồ quang, cần trá n h sự nhấp điện cực, p h ải sử dụng mồi hồ quang tầ n số cao Đ iện cực thường dùng là loại EW Th - 2 (chứa 2% Th) do có độ d ẫ n điện tố t và tín h

ổn địn h hồ quang cao Trong khi h àn , dầu điện cực k hông dược phép tiế p xúc với vũng chảy, khí bảo vệ là Ar

B ảng 7-7 m in h họa các th iế t k ế mối h à n

và th ô n g số h à n để h à n th é p k h ông ri

au sten ite với chiều dày 1.6 - 12.7 mm

Hợp k im chịu n h iệ t: Các hợp kim n ày có

th ể dược chia th à n h bốn nhóm

a Hợp kim Ni dung dịch rắn , chẳng h ạn

H astelloys, Inconel 600, 601, 625

b Hợp kim Ni hóa bền tiế t pha, chẳng

h ạ n Inconel 700, 702, 706, 722, hợp kim Rene 41, U dim et 700

c Hợp kim Fe-N i-Cr và Fe-Cr-Ni, chẳng

h ạ n Incoloy 800, 801, 802, 901

d Hợp kim Co, chẳng h ạ n HS-21, 25, 31, 188

Quy tr ìn h TIG thường được dùng để h à n hợp kim chịu n h iệ t có chiều dày không quá 6.3 mm, thường sử dụng Ar, với các đoạn dày hơn hoặc tốc độ cao hơn ở các đoạn

m ỏng có th ể dùng hỗn hợp Ar-He, nguồn điện DC với d iện cực âm B ảng 7-8 là các

th ô n g số dể h à n dâu mí, h à n góc, hoặc mối

h à n T Để mối h à n T ngấm hoàn toàn, có

th ể tă n g th ê m dòng điện k hoảng 10-20 A

N h iệt độ tru n g gian trong khi h à n không

được vượt quá 90°c Sự dao động mỏ h àn có

th ể giúp tr á n h được sự rạ n nứ t do th ay đổi trong quá tr ìn h k ế t tin h , làm tă n g c h ấ t lượng bề m ặ t đường h àn Sự chuẩn bị đường

h à n là r ấ t quan trọng Các bề m ặ t mối ghép

Bảng 7-7 Quy trình hàn TỈG dùng cho thép không r ỉ

A- Đâu mí vuông

không có khe hở đáy

t (m ax)

K—

B- Đâu mí vuông khe hở đáy = 1

F- Đường hàn lõm cho mối ghép chổng mí

Đâu mí V-ơơn

m ặt rãnh = 1.6 mm không có khe hở đáy

G- Đường hàn lổl cho mối ghép chổng mí D- Đ ả u m íV -k é p

mặt đáy = 3 mm

H- Đâu mí vuông

trong đường hàn

góc

Đâu mí vuông với mối hàn góc, khe hở đáy = 1

K- Đâu mí V-đơn trong mối hàn góc

« 50*

Kiểu nối ghép và hàn

Đường kính điện cực, mm

Dòng điện hàn, điện cực âm TỐC độ hổ

quang

m m /phút

Đường kính thanh hàn, mm

Lưu lượng argon, lít/phút

Kim loại nển: t = 1.6 mm

Kim loại nển: t = 2.4 mm

Đâu mí, A hoặc B 1.6 100 - 120 90-110 90-110 305 1.6, 2.4 4.7

Chổng mí, F hoặc G 1.6 110 - 130 100-120 100-120 255 1.6 2.4 4.7

T hoặc góc, E hoặc J 1.6 110 - 130 100-120 100-120 255 1.6, 2.4 4.7

Kim loại nển: t = 3.2 mm

T hoác góc, E hoặc J 1.6 130 - 150 115-135 120-140 255 2.4 4.7

Kim loại nển: t = 4.8 mm

Đâu mí, A hoặc B 2.4 200 - 250 150-200 150-200 255 2.4, 3.2 7

Chổng mí, G 2.4, 3.2 225 - 275 175-225 175-225 203 2.4, 3.2 7

T hoặc góc, E hoặc J 2.4, 3.2 225 - 275 175-225 175-225 203 2.4, 3.2 7

Kim loại nển: t = 6.3 mm

Đâu mí, B hoặc c 3.2 275 - 350 200-250 200-250 127 2 4 - 4 8 7

T hoặc góc, E hoặc K 3.2 300 - 375 225-275 225-275 127 2.4 -4 8 7

Kim loại nền: t = 12.7 mm

Đâu mí, c hoăc D 3.2, 4.8 350-450 225-275 225-275 76 3.2 - 6.3 7

T hoặc góc, E hoặc K 3.2, 4.8 375-475 230-280 230-280 76 3 2 - 6 3 7