Giáo trình Công nghệ hàn (Nghề Hàn)

Để nhận được mối hàn có chất lượng theo yêu cầu cần phải tạo ra xung quanh vũng hàn môi trường bảo vệ để bảo vệ kim loại lỏng khỏi tác dụng xấu của không khí, bằng cách hàn bằng que thuố

1

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI

TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

GIÁO TRÌNH MÔN H ỌC: CÔNG NGHỆ HÀN

NGH Ề: HÀN TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP - CAO ĐẲNG

Lào Cai, năm 2019

3

LỜI GIỚI THIỆU

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ trên thế giới, lĩnh vực cơ khí chế

tạo nói chung và ngành Hàn ở Việt Nam nói riêng đã có những bước phát triển đáng kể

về số lượng và chất lượng đóng góp sự nghiệp công nghiệp hóa - Hiện đại hóa đất nước

Việc biên soạn tài liệu chuyên môn nhằm đáp ứng yêu cầu về tài liệu học tập cho học

sinh, tài liệu tham khảo cho giáo viên, tạo tiếng nói chung trong quá trình đào tạo, phù

hợp với tiêu chuẩn quốc tế và đáp ứng yêu cầu sản xuất thực tế là một điều cần thiết

Nhằm đáp ứng nhu cầu về tài liệu học tập và giảng dạy nghề Hàn Căn cứ vào

chương trình khung của Tổng cục dạy nghề và điều kiện thực tế giảng dạy của nhà

trường Giáo trình ‘’Môn học: Công nghệ hàn” được biên soạn cho học sinh biết được

lý thuyết cơ bản nghề hàn, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo

Giáo trình được biên soạn trên cơ sở lựa chọn các kiến thức trong các tài liệu

chuyên ngành xong vẫn đảm bảo tính kế thừa những nội dung đang được giảng dạy ở

trường Nội dung giáo trình gồm những kiến thức cơ bản về nghề hàn

Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình biên soạn, song chắc chắn không thể

tránh được những thiếu sót Chúng tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến của đồng

nghiệp, để giáo trình được hoàn chỉnh hơn

Xin chân thành cảm ơn

Lào Cai, ngày…tháng… năm

4

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Tên môn h ọc: Công nghệ hàn

- Tính chất: Là môn học chuyên môn bắt buộc

II M ục tiêu môn học:

- Về kiến thức: Nắm vững được những kiến thức về chung về công nghệ hàn của các phương pháp: hàn hồ quang bằng tay, hàn hồ quang tự động và bán tự động trong môi trường khí bảo vệ (TIG/MIG/MAG), hàn và cắt kim loại bằng khí

- Về kỹ năng: Sau khi học xong học phần này, người học tính toán, lựa chọn các chế độ, công nghệ hàn để thực hiện các mối hàn ở các vị trí khác nhau

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo trong học tập, rèn luyện khả năng làm việc độc lập cho học sinh, sinh viên

N ỘI DUNG CHI TIẾT CỦA GIÁO TRÌNH MÔN HỌC

M ục tiêu:

- Nắm được thực chất, đặc điểm và phân loại các phương pháp hàn

- Trình bầy được quá trình vật lý và luyện kim khi hàn nóng chảy

- Phân loại và đánh giá tính hàn của kim loại và hợp kim

1.1.2 Đặc điểm

+ Liên kết hàn là một liên kết ‘’cứng’’ không tháo rời được

+ So với đinh tán tiết kiệm (10 - 20)% khối lượng kim loại, so với đúc tiết kiệm khoảng 50%

+ Hàn chế tạo được các chi tiết có hình dáng phức tạp, liên kết các kim loại có cùng tính chất hoặc khác tính chất với nhau

+ Mối hàn có độ bền và độ kín cao, đáp ứng yêu cầu làm việc quan trọng của các kết cấu quan trọng (vỏ tàu, bồn chứa, nồi hơi, v.v…)

+ Có thể cơ khí hóa và tự động hóa quá trình hàn

+ Giá thành chế tạo kết cấu rẻ

Tuy vậy, hàn còn có một số nhược điểm : sau khi hàn tồn tại ứng suất và biến dạng dư, xuất hiện vùng ảnh hưởng nhiệt làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu

1.2 Phân loại các phương pháp hàn

1.2.1 Căn cứ dạng năng lượng sử dụng, hàn được phân ra các phương pháp hàn sau:

- Các phương pháp hàn điện : dùng điện năng biến thành nhiệt năng (hàn điện hồ

quang, hàn điện tiếp xúc, v.v…)

- Các phương pháp hàn cơ học : sử dụng cơ năng làm biến dạng kim loại tại khu vực

hàn (hàn nguội, hàn ma sát, hàn siêu âm, v.v…)

- Các phương pháp hàn hóa học : sử dụng năng lượng do các phản ứng hóa học tạo ra

để nung nóng kim loại mối hàn (hàn khí, hàn hóa nhiệt, v.v…)

6

- Các phương pháp hàn kết hợp : sử dụng kết hợp các dạng năng lượng nêu trên (hàn

các vật liệu có tính hàn khó)

1.2.2 Căn cứ vào trạng thái kim loại mối hàn tại thời điểm hàn

- Hàn nóng chảy: Bao gồm các phương pháp hàn : hàn khí, hàn điện xỉ, hàn hồ

quang, v.v… Kim loại mối hàn ở trạng thái lỏng trong quá trình hàn

- Hàn áp lực: bao gồm các phương pháp hàn : hàn siêu âm, hàn nổ, hàn khuếch tán, hàn

điện trở tiếp xúc, v.v… trong quá trình hàn, kim loại mối hàn ở trạng thái chảy dẻo

2 Các quá trình vật lý và luyện kim khi hàn điện nóng chảy

2.1 Khái niệm về vũng hàn và mối hàn

2.1.1 Khái niệm vũng hàn

Vũng hàn là phần kim loại lỏng được tạo ra trong quá trình hàn dưới tác dụng của nguồn nhiệt hàn Vũng hàn gồm hai phần:

+ Phần đầu : xảy ra quá trình nóng chảy kim loại cơ bản và kim loại bổ sung

+ Phần đuôi : xảy ra quá trình kết tinh và hình thành mối hàn

Hình dạng và kích thước vũng hàn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất của nguồn nhiệt, phương pháp và chế độ hàn, tính chất lý nhiệt của kim loại vật hàn,.v.v

2.1.2 Mối hàn

Là phần kim loại lỏng được kết tinh trong quá trình hàn, nó ở trạng thái lỏng.Theo tiết diện ngang, mối hàn phân thành hai loại : mối hàn giáp mối và mối hàn góc

2.2 Quá trình luyện kim khi hàn nóng chảy

+ Thể tích kim loại lỏng rất nhỏ và thời gian kim loại tồn tại ở trạng thái lỏng ngắn, do

đó các phản ứng hóa học xảy ra trong vũng hàn không đi đến trạng thái cân bằng

+ Nhiệt độ vũng hàn cao nên tạo điều kiện cho nhiều phản ứng hóa học xảy ra như: sự tương tác giữa kim loại lỏng với xỉ, với khí; sự ôxy hóa hay hoàn nguyên kim loại, sự phân ly của các hợp chất khí (H2 2H ; CO2 CO + O2 ; v v….)

Để nhận được mối hàn có chất lượng theo yêu cầu cần phải tạo ra xung quanh vũng hàn môi trường bảo vệ để bảo vệ kim loại lỏng khỏi tác dụng xấu của không khí, bằng cách hàn bằng que thuốc bọc dầy, hàn trong môi trường khí bảo vệ, hàn dưới lớp thuốc, v.v…

2.2.2 Xỉ hàn

Xỉ hàn được tạo ra từ que hàn, thuốc hàn nóng chảy, nó mang tính phi kim

Thực tế cho thấy, chất lượng mối hàn nhận được tốt nhất khi xỉ có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng 11000C  12000C Xỉ càng loãng, độ nhớt càng nhỏ thì hoạt tính của

nó càng mạnh, tạo điều kiện cho các phản ứng hóa học và các quá trình vật lý xảy ra càng nhanh Tuy nhiên, để đảm bảo phủ kín và đều bề mặt mối hàn thì yêu cầu xỉ không được có tính chảy loãng quá cao, điều này đặc biệt quan trọng khi hàn ở vị trí hàn đứng

và hàn trần

2.1.3 M ôi trường khí bảo vệ

Xung quanh hồ quang và vũng hàn có nhiều loại khí gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng mối hàn như : O2, N2,… Vì vậy, để nhận được mối hàn có chất lượng đảm bảo theo yêu cầu cần phải có các biện pháp bảo vệ kim loại lỏng vũng hàn khỏi tác dụng xấu của môi trường không khí bằng cách :

+ Hàn trong môi trường chân không

+ Hàn bằng que thuốc bọc dầy, dây hàn có lõi thuốc hoặc hàn dưới lớp thuốc Thuốc hàn và thuốc bọc que hàn nóng chảy sẽ tạo ra lớp xỉ và khí bảo vệ vũng hàn, đồng thời cũng là chất trợ dung tốt cho quá trình luyện kim của mối hàn

+ Hàn trong môi trường khí bảo vệ : Ar, He, CO2 , và hỗn hợp của chúng để đẩy không khí ra khỏi vũng hàn, ngăn chặn tác hại của nó

2.2.4 Ôxy hóa kim loại vũng hàn

Mặc dù đã có nhiều biện pháp công nghệ nêu trên nhưng không thể ngăn ngừa triệt để tác dụng của O2 tới kim loại vũng hàn, kết quả là xảy ra sự hòa tan của ôxy vào sắt tạo ra các ôxit sắt:

Ngoài sắt ra, trong vũng hàn còn xảy ra sự ôxy hóa các nguyên tố khác, chủ yếu là C,

Si, Mn và xảy ra trong các giọt kim loại lỏng trên đường tới vũng hàn ; phản ứng xảy ra chủ yếu với ôxy nguyên tử :

C + O = {CO} Mn + O = (MnO) Si + O = (SiO2)

Trong vũng hàn, xảy ra phản ứng với FeO

C + FeO = Fe + {CO}

Si + FeO = Fe + (SiO2) Mn + FeO = Fe + (MnO)

8

Do có sự ôxy hóa các nguyên tố nên hàm lượng các nguyên tố khác giảm: C giảm (50- 60)%, Mn giảm (40 - 50)%

* Các bi ện pháp khử ôxy: Để khử ôxy có thể thực hiện bằng hai cách sau:

- Khử ôxy bằng xỉ hàn: khi xỉ hàn mang tính axit, sự khử ôxy sẽ xảy ra theo các phản ứng sau :

FeO + SiO2 = FeO.SiO2 2FeO + SiO2 = 2FeO.SiO2

Các silicat được tạo thành sẽ không hòa tan vào kim loại lỏng mà đi vào xỉ, do vậy hàm lượng FeO trong kim loại mối hàn sẽ giảm đáng kể

- Dùng nguyên tố có ái lực với ôxy mạnh hơn sắt để hoàn nguyên sắt từ ôxit hòa tan của

nó Các chất khử ôxy thường là các nguyên tố : C, Si, Mn, Ti, v.v…

+ Các bon : các bon đi vào vũng hàn từ kim loại cơ bản, dây hàn, thuốc hàn và thuốc bọc que hàn Ở nhiệt độ hàn, các bon là chất khử ôxy mạnh hơn silic, mangan

+ Silic : là chất khử ôxy mạnh, được đưa vào vũng hàn tương tự như mangan:

Si + 2 FeO = 2 Fe + (SiO2)

Ôxit silic không hòa tan vào kim loại lỏng mà đi vào xỉ nổi lên bề mặt vũng hàn Ngoài tác dụng khử ôxy, silic còn có tác dụng làm tăng cơ tính của mối hàn khi hàm lượng của nó vào khoảng (0,2 - 0,3 )%

+ Titan : là chất khử ôxy rất mạnh, được đưa vào vũng hàn từ thuốc bọc, thuốc hàn dưới dạng ferôtitan

Ti + 2FeO = TiO2 + 2Fe

Thực tế ôxit titan không hàn tan vào sắt, khi kết hợp với nitơ tạo thành nirit titan (cũng không hòa tan vào sắt), có tác dụng làm nhỏ hạt kim loại, do đó làm tăng cơ tính của kim loại mối hàn

Ngoài các nguyên tố trên, nhôm cũng là chất khử ôxy mạnh nhưng ít được sử dụng vì ôxit nhôm có nhiệt độ nóng chảy khoảng 20500C không tan vào thép mà chuyển vào xỉ với tốc độ rất chậm, tạo điều kiện cho sự ôxy hóa các bon, dễ dẫn đến hiện tượng

rỗ khí trong mối hàn

2.2.5 Hợp kim hóa kim loại mối hàn

Để đạt được độ bền mối hàn tương đương kim loại cơ bản, trong quá trình hàn phải hợp kim hóa kim loại mối hàn nhằm bù đắp các nguyên tố hợp kim bị mất do tham

2.2.6 Tạp chất xỉ trong mối hàn

Thành phần tạp chất xỉ bao gồm các hợp chất hóa học của ôxy và nitơ với các nguyên tố kim loại khác nhau, các ferô hợp kim,… có ảnh hưởng xấu đến chất lượng mối hàn, làm cho kim loại mối hàn không đồng nhất Các ôxit : SiO2 , Al2O3 có trong thuốc bọc que hàn và thuốc hàn bị kẹt lại tác dụng với các ôxit sẵn có trong mối hàn (MnO , FeO,….) tạo thành các tạp chất phức hợp dễ nóng chảy có kích thước khác nhau Đặc biệt khi hàn thép, trong kim loại mối hàn chứa một lượng không nhỏ lưu huỳnh từ vật liệu hàn tạo thành FeS làm tăng khả năng nứt nóng của kim loại mối hàn

Tạp chất xỉ là các nitrit (đặc biệt là Fe2N) làm tăng độ cứng nhưng lại làm giảm mạnh tính dẻo của kim loại mối hàn Tạp chất xỉ không những làm giảm cơ tính của kim loại mối hàn mà còn có tác dụng thúc đẩy quá trình ăn mòn Vì vậy, khi hàn phải ngăn ngừa sự xuất hiện các tạp chất xỉ bằng cách :

+ Làm sạch bẩn gỉ, dầu mỡ ở khu vực cần hàn

+ Hàn nhiều lớp phải vệ sinh sạch xỉ hàn lớp trước

+ Giảm tốc độ nguội của kim loại đắp (hàn dưới lớp thuốc, chế độ hàn hợp lý, )

+ Đưa vào vỏ bọc que hàn thành phần có khả năng giảm nhiệt độ nóng chảy của các ôxit và tạo ra các hợp chất dễ bong khỏi mối hàn sau khi nguội

2.2.7 Rỗ khí trong mối hàn

Rỗ khí là sự xuất hiện trong kim loại mối hàn và trên bề mặt mối hàn các lỗ trống

và bọt khí, đó là sự thoát khí không triệt để khỏi kim loại mối hàn Rỗ khí có thể tồn tại

ở dạng cầu đơn lẻ hoặc dạng chuỗi kéo dài, do một số nguyên nhân sau :

+ Sự thoát khí ồ ạt khi kim loại mối hàn kết tinh

+ Vật liệu hàn (dây hàn, que hàn, thuốc hàn,….) bị ẩm

+ Bề mặt chi tiết không được làm sạch trước khi hàn

+ Mức độ khử ôxy chưa triệt để

+ Hàm lượng FeO trong kim loại mối hàn cao

Rỗ khí trong mối hàn gây nên hiện tượng tập trung ứng suất và có ảnh hưởng lớn đến sự phá hủy liên kết hàn, làm tăng độ cứng, độ giòn và giảm tính dẻo của kim loại đắp

2.2.8 Sự kết tinh kim loại mối hàn

Sự kết tinh của kim loại mối hàn rất khác với sự kết tinh của kim loại vật đúc ở các điểm sau:

+ Quá trình kết tinh xảy ra khi có nguồn nhiệt di động Tốc độ kết tinh trung bình của mối hàn bằng tốc độ dịch chuyển vũng hàn

10

+ Thể tích vũng hàn nhỏ được bao bọc bởi đường đẳng nhiệt và kim loại cơ bản ở trạng thái rắn xung quanh nên nguội rất nhanh Với vật đúc, sự kết tinh của kim loại xảy ra một cách liên tục cùng với sự giảm nhiệt độ, còn với kim loại vũng hàn xảy ra một cách chu kỳ

+ Tổ chức kim loại mối hàn sau khi kết tinh gần giống tổ chức của kim loại đúc (gồm có

3 lớp), nhưng chất lượng mối hàn cao do được thực hiện bằng que hàn thuốc bọc dầy, dưới lớp thuốc hoặc trong môi trường khí bảo vệ

+ Khi kết tinh, vùng nằm sát với kim loại cơ bản (lớp ngoài) do nguội nhanh, tổ chức kim loại nhỏ mịn, lớp tiếp theo vì hướng tỏa nhiệt thẳng góc với bề mặt ngoài và nguội chậm nên tổ chức kim loại có dạng hình trụ, còn ở lớp trung tâm do hướng tỏa nhiệt không rõ ràng, lại nguội chậm hơn nên tổ chức hạt thô to, đồng thời lẫn một số tạp chất phi kim (hình vẽ)

2.2.9 Tổ chức kim loại mối hàn – vùng ảnh hưởng nhiệt

a Tổ chức kim loại mối hàn

Khi hàn điện nóng chảy, mối hàn tạo nên có thể chỉ do kim loại cơ bản nóng chảy nếu hàn bằng điện cực không nóng chảy và không dùng que hàn phụ hoặc do cả kim loại điện cực và kim loại vật hàn tạo nên nếu dùng que hàn nóng chảy hay điện cực không nóng chảy có dùng que hàn phụ Vì vậy thành phần và tổ chức kim loại mối hàn đều khác với thành phần và tổ chức của kim loại cơ bản và kim loại điện cực

Quá trình kết tinh của kim loại lỏng vũng hàn diễn ra qua hai giai đoạn :

+ Kết tinh lần một : kim loại chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái đặc

+ Kết tinh lần hai : kim loại ở trạng thái đặc nhưng vẫn có chuyển biến tổ chức

Nghiên cứu tổ chức thứ hai là tổ chức thực của mối hàn, nó có ý nghĩa rất lớn trong việc xác định mối quan hệ phụ thuộc giữa cơ tính với thành phần hóa học của mối hàn và kim loại cơ bản, sự tác dụng nhiệt trong quá trình hàn

- Với thép các bon thấp và thép hợp kim thấp là vật liệu có tính hàn tốt, có thể hàn bằng mọi phương pháp mà vẫn nhận được mối hàn có chất lượng tốt, song chất lượng có khác nhau tùy thuộc vào điều kiện hàn

- Hàn bằng que thuốc bọc mỏng, tổ chức kim loại mối hàn xấu vì cácbon của nó cháy nhiều và các hạt kim loại có dạng hình trụ, tổ chức của nó là (α +p) phân bố không đều trong mối hàn

- Hàn bằng que thuốc bọc dầy, tổ chức trong trường hợp này tương đối tốt Các hạt có dạng hình trụ, song lại nhỏ và peclit phân bố đều, cơ tính tốt

- Hàn dưới lớp thuốc, tổ chức kim loại trường hợp này rất tốt, các hạt peclit có dạng hình trụ nằm sâu trong tiết diện mối hàn, tổ chức tương đối đồng đều, cơ tính tốt

b Tổ chức vùng ảnh hưởng nhiệt

Vùng ảnh hưởng nhiệt là vùng kim loại cơ bản nằm sát kim loại mối hàn, thay đổi tổ chức và tính chất do tác dụng của nguồn nhiệt hàn Có thể chia vùng ảnh hưởng nhiệt thành sáu vùng sau :

- Vùng nóng chảy không hoàn toàn (viền chảy): có kích thước rất nhỏ, là vùng chuyển

11

tiếp giữa kim loại vũng hàn và kim loại cơ bản, được giới hạn bởi đường đẳng nhiệt lỏng và đặc Vùng này có tổ chức là ôstenit và pha lỏng, kích thước hạt kim loại sau khi hàn khá mịn và có cơ tính rất cao

- Vùng qu á nhiệt: kim loại cơ bản bị nung nóng từ 11000C đến xấp xỉ nhiệt độ nóng chảy Vùng này xảy ra quá trình kết tinh lại (biến đổi thù hình) Tổ chức hạt ôstenit thô

to, cơ tính kém (độ dai va đập và độ dẻo thấp, dễ bị gẫy) Có thể nói đây là vùng yếu nhất của liên kết hàn

- Vùng thường hóa: Kim loại bị nung nóng từ 9000C đến 11000C Tổ chức gồm những hạt ferit nhỏ và peclit, vì thế vùng này có cơ tính tổng hợp cao (đôi khi cao hơn kim loại

cơ bản)

- Vù ng kết tinh lại không hoàn toàn: kim loại bị nung nóng từ 7200C - 9000C Kim loại

có sự kết tinh lại từng phần, tổ chức là ôstenit và ferit Hai dạng hạt này không đồng đều, ferit hạt to còn ôstenit hạt nhỏ vì thế cơ tính vùng này kém hơn

- Vùng kết tinh lại hoàn toàn (vùng hóa già) : kim loại bị nung nóng từ 5000C - 7000C Kim loại qua biến dạng dẻo được kết tinh lại hoàn toàn, tổ chức kim loại đồng đều, cơ tính tốt

- Vùng giòn xanh: kim loại bị nung nóng từ 1000C - 5000C Tính chất kim loại vùng này nói chung không có gì thay đổi, nhưng ở nhiệt độ 4000C - 5000C ôxy và nitơ có khả năng khuếch tán vào, do vậy độ dẻo giảm đi một ít Kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt phụ thuộc vào phương pháp hàn, chế độ hàn, thành phần hóa học cũng như tính chất lý nhiệt của kim loại Công suất của hồ quang hoặc ngọn lửa hàn khí càng lớn thì kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt càng tăng Ngược lại, tăng vận tốc hàn (giữ nguyên công suất nhiệt) thì kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt sẽ giảm Vật liệu có tính dẫn nhiệt thấp,

nhiệt dung càng cao thì kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt càng giảm (nhiệt dung là

lượng nhiệt cần thiết để làm tăng nhiệt độ của kim loại lên 1 0 C)

3 Tính hàn của kim loại và hợp kim

3.1 Khái niệm

Tính hàn dùng để chỉ mức độ dễ hàn hay khó hàn đối với một vật liệu cơ bản nào

đó, nó là tổ hợp các tính chất của kim loại hay hợp kim cho phép nhận được liên kết hàn

có chất lượng thỏa mãn theo yêu cầu

- Vật liệu có tính hàn thỏa mãn : gồm các loại vật liệu chỉ thích hợp với một số phương pháp hàn nhất định, các thông số của chế độ hàn chỉ có thể dao động trong phạm vi hẹp, yêu cầu về vật liệu hàn chặt chẽ hơn Khi hàn có thể phải sử dụng một số biện pháp công nghệ như : nung nóng sơ bộ, xử lý nhiệt sau khi hàn,.v.v… để nâng cao chất lượng mối hàn Một số mác thép hợp kim thấp, thép các bon và hợp kim trung bình thuộc

12

nhóm này

- Vật liệu có tính hàn hạn chế : Yêu cầu về công nghệ và vật liệu hàn chặt chẽ hơn Phải

sử dụng các biện pháp xử lý nhiệt, hàn trong môi trường khí bảo vệ đặc biệt (khí trơ, chân không,…), chế độ hàn nằm trong phạm vi rất hẹp Liên kết hàn có khuynh hướng

bị nứt và dễ xuất hiện các loại khuyết tật làm giảm chất lượng kết cấu hàn Thép các bon cao và thép hợp kim cao thuộc nhóm này

- Vật liệu có tính hàn xấu : phải hàn bằng các công nghệ phức tạp, tốn kém Tổ chức kim loại mối hàn xấu, dễ bị nứt nóng và nứt nguội, do đó cơ tính và khả năng làm việc thấp hơn kim loại cơ bản Phần lớn các loại gang và hợp kim đặc biệt thuộc nhóm này

3.3 Đánh giá tính hàn của kim loại và hợp kim

Nếu CE < 0,45%: thép không cần nung nóng sơ bộ trước khi hàn

Nếu CE ≥ 0,45%: phải nung nóng sơ bộ trước khi hàn Hàm lượng CE càng lớn thì nhiệt

độ nung nóng sơ bộ càng cao Với thép có chiều dầy S = (6-8)mm thì chỉ cần nung nóng

sơ bộ trước khi CE > 0,55%

hồ quang, qua đó có cơ hội để phát triển nghề nghiệp, góc sức vào công cuộc xây dựng nền kinh tế nước ta

M ục tiêu:

- Phân biệt được liên kết hàn, mối hàn, vị trí hàn cơ bản trong không gian

- Trình bầy được nguyên lý của quá trình hàn hồ quang tay

- Giải thích được yêu cầu chung về nguồn điện hàn

- Phân biệt được các loại máy hàn, dụng cụ, que hàn điện hồ quang tay

- Mô tả được cấu tạo chung của máy hàn hồ quang tay

- Trình bày cách sử dụng vận hành máy hàn điện hồ quang tay

13

- Biết các hỏng hóc thông thường của máy hàn hồ quang tay và cách khắc phục

- Biết ưu, nhược điểm và khả năng ứng dụng của phương pháp hàn hồ quang tay

1.2 Đặc điểm

- Liên kết hàn là một liên kết “cứng” không tháo rời được

- So với đinh tán tiết kiệm (10 ÷ 20)% khối lượng kim loại, so với đúc tiết kiệm khoảng 50%

- Hàn chế tạo được các chi tiết có hình dáng phức tạp, liên kết các kim loại có cùng tính chất hoặc khác tính chất với nhau

- Mối hàn có độ bền và độ kín cao, đáp ứng yêu cầu làm việc quan trọng của các kết cấu quan trọng (vỏ tàu, bồn chứa, nồi hơi, v.v)

- Có thể cơ khí hóa và tự động hóa quá trình hàn

- Giá thành chế tạo kết cấu rẻ

Tuy vậy, hàn còn có một số nhược điểm : sau khi hàn tồn tại ứng suất và biến dạng dư, xuất hiện vùng ảnh hưởng nhiệt làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu

2 H ồ quang hàn và tính chất của nó

2.1 Hồ quang hàn và các phương pháp gây hồ quang

2.1.1 Khái ni ệm hồ quang hàn

Hiện tượng hồ quang điện được phát minh từ

năm 1802, nhưng mãi tới năm 1882 mới được

đưa vào ứng dụng để nung chảy kim loại Nguồn

nhiệt của hồ quang điện này được ứng dụng để hàn

kim loại và phương pháp nối ghép này được gọi

là hàn hồ quang

Hồ quang là sự phóng điện giữa 2 điện cực có

điện áp ở trong môi trường khí hoặc hơi

Hồ quang điện được ứng dụng để hàn gọi là hồ quang hàn Khoảng hồ quang nằm giữa 2 điện cực gọi là cột hồ quang và chiều dài của nó được gọi là chiều dài cột hồ quang (Lhq) Cấu tạo của hồ quang điện (hình 1-18)

2.1.2 Đặc điểm của hồ quang hàn

- Mật độ dòng điện lớn (J - A/mm2);

- Nhiệt độ cao khoảng trên 30000C và tập trung

- Hồ quang của dòng điện một chiều cháy ổn định

Hình 1-18 Cấu tạo hồ quang hàn

1 Vùng cận a nốt; 2 Vùng cận Ka tốt;

3 C ột hồ quang;

14

- Hồ quang của dòng xoay chiều không ổn định nên chất lượng mối hàn kém hơn

- Nhiệt độ ở Catôt khoảng 2100oC Nguồn nhiệt toả ra chiếm khoảng 36%

A nôt 2300o / 43%

Cột hồ quang 5000o-7000oC / 21%

- Sự cháy của hồ quang phụ thuộc: Điện áp nguồn, cường độ dòng điện; vật liệu làm điện cực,

2.1.3 Điều kiện để xuất hiện hồ quang hàn

Thực chất của hồ quang là dòng chuyển động có hướng của các phần tử mang điện (ion âm, ion dương, điện tử) trong môi trường khí; trong dó điện tử có vai trò rất quan

trọng

Trong điều kiện bình thường, không khí giữa hai điện cực ở trạng thái trung hoà nên không dẫn điện Khi giữa chúng xuất hiện các phần tử mang điện thì sẽ có dòng điện đi qua Vì vậy để tạo ra hồ quang ta cần tạo ra môi trường có các phần tử mang điện Quá trình đó gọi là quá trình ion hoá Môi trường có chứa các phần tử ion hoá gọi là môi trường ion hoá Quá trình các điện tử thoát ra từ bề mặt điện cực để đi vào môi trường khí gọi là quá trình phát xạ điện tử hay phát xạ electron Năng lượng để làm thoát điện tử ra khỏi bề

mặt các chất rắn gọi là công thoát electron

Khi có điện áp, dưới tác dụng của điện trường, các điện tử trong môi trường sẽ chuyển động từ ca tốt (-) đến anôt (+) và phát triển với vận tốc lớn Với sự chuyển động đó các điện tử sẽ va chạm và các phân tử, nguyên tử trung hoà truyền năng lượng cho chúng

và kết quả làm tách các điện tử khỏi nguyên tử phân tử và tạo nên các ion Như vậy thực chất của quá trình ion hoá không khí giữa 2 điện cực là do sự va chạm giữa các điện tử được tách ra từ điện cực với các phân tử trung hoà không khí

Kết quả quá trình ion hoá là sự xuất hiện các phần tử mang điện giữa 2 điện cực và

hồ quang xuất hiện (nói cách khác là có sự phóng điện giữa 2 điện cực qua môi trường không khí)

Như vậy muốn có hồ quang phải tạo ra một năng lượng cần thiết để làm thoát các điện tử Nguồn năng lượng này có thể thực hiện bằng các biện pháp:

- Tăng điện áp giữa 2 điện cực nhờ bộ khuyếch đại

- Tăng cường độ dòng điện để tăng nguồn nhiệt bằng cách cho ngắn mạch

2.1.4 Các giai đoạn của quá trình gây hồ quang khi hàn

* Giai đoạn ngắn mạch: Cho hai điện cực chạm vào nhau, do diện tích tiết diện ngang của

mạch điện bé và điện trở vùng tiếp xúc giữa các điện cực lớn vì vậy trong mạch xuất hiện

một dòng điện cường độ lớn, hai mép điện cực bị nung nóng mạnh

Hình 1-20 Quá trình gây hồ quang khi hàn

15

* Giai đoạn ion hoá: Khi nâng một điện cực lên khỏi điện cực thứ hai một khoảng từ 2÷5

mm Các điện tử bứt ra khỏi quỹ đạo của mình và chuyển động nhanh về phía anôt (cực dương), trên đường chuyển động chúng va chạm vào các phân tử khí trung hoà làm chúng

bị ion hóa Sự ion hoá các phân tử khí kèm theo sự phát nhiệt lớn và phát sáng mạnh

* Giai đoạn hồ quang cháy ổn định: Khi mức độ ion hoá đạt tới mức bão hòa, cột hồ quang

ngừng phát triển, nếu giữ cho khoảng cách giữa hai điện cực không đổi, cột hồ quang được duy trì ở mức ổn định Khi hàn, điện áp cần thiết để gây hồ quang khoảng từ 35÷55 V đối với dòng điện một chiều, từ 55÷80 V đối với dòng điện xoay chiều Điện áp để duy trì hồ quang cháy ổn định khoảng 16÷35 V khi dùng dòng điện một chiều và từ 25÷45

V khi dùng dòng điện xoay chiều

2.1.5 Các phương pháp gây và duy trì hồ quang

Hình 1- 21: các phương pháp gây hồ quang

a Phương pháp mổ thẳng b Phương pháp ma sát

* Phương pháp mổ thẳng: Cho que hàn tịnh tiến nhanh xuống bề mặt vật hàn theo một

góc 900 sau đó nhắc nhanh lên 1 đoạn sấp xỉ bằng đường kímh que hàn lúc đó hồ quang

sẽ phát sinh Phương pháp này khó khăn cho những người mới luyện tập vì dễ xảy ra hiện tượng dính que

* Phương pháp mồi hồ quang ma sát (quẹt diêm): Đặt que hàn nghiêng so với mặt vật hàn

một góc nào đó Cho mặt đầu que hàn trượt lên trên bề mặt vật hàn một đoạn ngắn sau đó đưa que hàn về vị trí thẳng đứng và nhấc nhanh lên 1 đoạn bằng đường kính que hàn lúc đó

hồ quang sẽ phát sinh

Phương pháp này dễ thao tác đối với những người mới thực tập nhưng làm cho bề mặt vật hàn bẩn

* Duy trì h ồ quang: Để cho hồ quang cháy ổn định chúng ta phải thực hiện chuyển động V1

(hình 1-23) và luôn giữ sao cho Lhq= 2 ÷ 3 (mm)

- Để tạo điều kiện cho kim loại lỏng chuyển vào bể hàn và tăng khả năng bảo vệ mối hàn tốt hơn khỏi sự xâm nhập của không khí ở môi trường xung quanh Chiều dài hồ quang: Lhq≤ dqh

+ Khi chiều dài hồ quang tăng điện thế của cột hồ quang tăng

+ Khi chiều dài hồ quang giảm thì điện thế cột hồ quang giảm

- Chiều dài hồ quang lớn sẽ gây hiện tượng

16

+ Hồ quang cháy không ổn định, dễ bị lệch

hồ quang, sức nóng của hồ quang bị phân tán,

kim loại nóng chảy bị bắn ra xung quanh nhiều

gây lãng phí kim loại và điện

+ Độ sâu nóng chảy nhỏ, dễ sinh ra khuyết

cạnh và những khuyết tật khác

+ Thể khí có hại như ni tơ, oxy trong không

khí dễ thấm vào mối hàn gây lỗ hơi

+ Tạo áp lực lớn gây thủng vật hàn

* Lưu ý khi gây hồ quang: Đối với những người mới thực tập thì khi gây hồ quang, que hàn

hay bị dính Cách khắc phục là phải bẻ ngang que hàn, nếu không được thì phải tháo que hàn ra khỏi kìm hàn (hình 1-22)

2.2 Hiện tượng thổi lệch hồ quang và các biện pháp khắc phục

Cột hồ quang có thể xem như dây dẫn bằng khí nối giữa hai điện cực: dây hàn và vật hàn Do vậy nó có tình nhạy cảm với từ trường Dưới tác dụng của từ trường cột hồ quang có thể dịch chuyển như một dây dẫn bình thường, đôi khi cột hồ quang bị thay đổi hình dáng và bị kéo dài ra

Bình thường trục tuyết của hồ quang và trục tuyết của que hàn cùng nằm trên đường thẳng Trong một số trường hợp, khi hàn trục tuyến của hồ quang và trục tuyết của que hàn không nằm trên đường thẳng (hồ quang bị lắc sang phải, sang trái, về phía trược, phía sau)

Hiện tượng đó gọi là hồ quang bị thổi lệch Khi hồ quang bị thổi lệch sẽ gây khó khan cho quá trình hàn và làm giảm chất lượng mối hàn Nếu bị thổi lệch nhiều có thể làm hồ quang bị tắt

* Nguyên nhân và biện pháp khắc phục

+ Hồ quang bị thổi lệch có thể do một số nguyên nhân sau:

- Do ảnh hưởng của luồng khí hoặc do thuốc bọc que hàn không đều Chỗ que hàn có thuốc bọc dày khi cháy sẽ tạo áp suất lớn hơn đầy hổ quang lệch về phía kia

- Hàn với que hàn khác nhau và phương pháp hàn khác nhau thì hiện tượng hồ quang cũng khác nhau Hàn bằng que hàn thuốc bọc dày hoặc hàn với hồ quang kín thì hồ quang bị thổi lệch ít hơn so với hàn bằng que hàn thuốc bọc mỏng và hàn với hổ quang

hở

- Do sự phân bố từ trường xung quanh cột hồ quang không đều khi hàn xung quanh cột

hồ quang và điện cực sinh ra từ trường Nếu từ trường phân bố đối xứng thì hồ quang không bị thôi lệch, còn nếu từ trường phân bố không đối xứng thì hồ quang bị thổi lệch

về phía từ trường yếu hơn Hiện tượng hồ quang bị thổi lệch do từ trường gọi là hiện tượng hồ quang bị từ thổi lệch (hiện tượng từ thổi) Hồ quang bị từ thổi lệch khi hàn bằng dòng xoay chiều ít hơn so với khi hàn bằng dòng 1 chiều Hàn bằng dòng 1 chiều thì hồ quang thường bị thổi lệch theo chiều ngược với chỗ tiếp điện của vật hàn

Nếu thay đổi vị trí tiếp điện thì hiện tượng từ thổi bị khử bỏ Hiện tượng từ thổi lệch

17

càng lớn nếu cường độ dòng điện hàn càng lớn Hàn bằng dòng xoay chiều hồ quang bị thổi lệch ít hơn vì chiều của dòng điện thay đổi liên tục nên chiều của từ trường cũng thay đổi liên tục

- Do hiện tượng sắt từ: Nếu có một khối sắt từ đặt gần cột hồ quang cũng làm cho sự phân bố từ trường xung quanh cột hồ quang không đều Kết quả làm cho hồ quang bị thổi lệch về phía vật mang tính sắt từ

+ Các biện pháp khắc phục:

- Dùng tấm chắn để giảm bớt luồng khí ảnh hưởng đến cột hồ quang

- Thay đổi thích hợp vị trí tiếp điện của vật hàn

- Hàn với hồ quang ngắn

- Điều chỉnh góc nghiêng que hàn cho thích hợp (nghiêng que hàn về phía hồ quang bị thổi lệch)

- Đặt them vật từ nối tiếp với vật hàn để kéo dài hồ quang ra phía sau của vật hàn

2.3 Phân lo ại hàn hồ quang tay và đặc điểm của chúng

2.3.1 Phân lo ại theo dòng điện

* Hàn bằng dòng điện xoay chiều AC:

+ Ưu điểm: thiết bị đơn giản, dễ chế tạo, dễ bảo quản sửa chữa, giá thành thấp, thuận

tiện ở nơi gần lưới điện và hồ quang ít bị thổi lệch

+ Nhược điểm: Khó gây hồ quang và hồ quang cháy không ổn định, do đó chất lượng

mối hàn không đạt được yêu cầu cao, không dùng được với tất cả các loại que hàn

* Hàn bằng dòng điện một chiều DC:

+ Ưu điểm: dễ gây hồ quang và hồ quang cháy ổn định, tiện lợi ở nơi xa lưới điện, chất

lượng mối hàn đạt được cao

+ Nhược điểm: tổn hao nhiều năng lượng (do dùng máy phát, chỉnh lưu), hồ quang hay

bị thổi lệch Do có những ưu nhược điểm trên mà hiện nay cả hai phương pháp này cùng tồn tại và bổ trợ cho nhau

2.3.2 Phân lo ại theo cách nối dây

- N ối trực tiếp: Nối trực tiếp là nối một cực của nguồn điện hàn với que hàn, còn cực kia

nối với vật hàn Khi hàn bằng dòng một chiều, nối trực tiếp được phân ra : nối thuận và nối nghịch

- N ối thuận: Là nối cực dương của nguồn với vật hàn, cực âm với que hàn

- N ối nghịch: Là nối cực dương của nguồn với que hàn, cực âm với vật hàn Khi hàn vật

mỏng dùng phương pháp nối nghịch và hàn vật dầy nối thuận

- N ối gián tiếp: Là nối hai cực của nguồn điện với que hàn còn vật hàn không nối cực

Hồ quang cháy giữa hai que hàn, do vậy có thể điều chỉnh được lượng nhiệt của vũng hàn khi hàn bằng cách thay đổi chiều dài cột hồ quang Cách nối dây này dùng khi hàn các vật mỏng, hàn thép có nhiệt độ nóng chảy thấp bằng điện cực không nóng chảy

18

Hình 1- 27 Các phương pháp nối các điện cực với nguồn điện hàn

a) Đấu dây trực tiếp; b) Đấu dây gián tiếp; c) Đấu dây 3 pha

- N ối hỗn hợp: Dùng khi hàn hồ quang tay bằng dòng ba pha Hai cực của nguồn điện

nối với que hàn còn cực kia nối với vật hàn Ưu điểm là nhiệt tập trung cao, năng suất hàn cao Thường áp dụng khi hàn vật dầy, các kim loại và hợp kim nóng chảy cao

3 Vật liệu và chuẩn bị mép hàn

3.1 Vật liệu hàn hồ quang tay (Que hàn)

3.1.1 Cấu tạo

Gồm 02 phần: Lõi thép và thuốc bọc que hàn

Theo tiêu chuẩn việt nam TCVN 3734 – 89 Quy ước đường kính que hàn được gọi theo đường kính của lõi thép que hàn

3.1.2 Phân loại que hàn:

a Phân loại theo công dụng:

Que hàn được chia thành các nhóm sau:

- Que hàn để hàn để hàn thép các bon và thép hợp kim kết cấu

- Que hàn để hàn thép hợp kim chịu nhiệt

- Que hàn để hàn thép thép hợp kim cao và có tính chất đặc biệt

- Que hàn đắp

- Que hàn gang

- Que hàn kim loại màu …

b Phân loại theo chiều dày lớp thuốc bọc:

Chiều dày lớp thuốc bọc thay đổi tùy theo điện cực được biểu thị bởi hệ số lớp thuốc bọc, tỷ số giữa đường kính toàn phần và đường kính lõi thép que hàn D/d

- Nếu D/d = 1.2 đến 1.35 điện cực có lớp thuốc bọc mỏng

- Nếu D/d = 1.4 đến 1.7 điện cực có lớp thuốc bọc trung bình

19

- Nếu D/d = 1.8 đến 2.2 điện cực có lớp thuốc bọc dày

c Phân loại theo tính chất chủ yếu của vỏ thuốc bọc que hàn

- Que hàn loại vỏ thuốc hệ axít (ký hiệu chữ A): Thuốc bọc loại này chế tạo từ các loại oxít sắt, oxít mangan, oxít silic… Que hàn loại này có tốc độ chảy lớn, cho phép hàn bằng hai loại dòng điện AC và DC và hàn được các vị trí hàn trong không gian

- Nhược điểm: Dễ bị nứt nóng do đó ít dùng để hàn các loại thép có hàm lượng lưu huỳnh và cacbon cao

- Que hàn loại vỏ thuốc hệ bazơ (ký hiệu chữ B): Trong vỏ thuốc chủ yếu là các thành phần như canxi cacbonat, magiê cacbonat, huỳnh thạch, ferômangan, silic, titan … Khi hàn sẽ tạo ra các khí bảo vệ CO và CO2 do phản ứng phân ly của cacbonat Que hàn hệ bazơ thường chỉ sử dụng với dòng điện hàn một chiều nối nghịch Mối hàn ít bị nứt kết tinh nhưng dễ bị rỗ khí Có thể sử dụng loại này để hàn các thép có độ bền cao, các loại kết cấu hàn quan trọng

- Que hàn loại vỏ thuốc hệ hữu cơ (ký hiệu chữ O hay C): Loại que hàn này có chứa nhiều loại tinh bột, xenlulô, … để tạo ra môi trường khí bảo vệ cho quá trình hàn Đặc điểm của loại que hàn này có tốc độ đông đặc nhanh do đó có thể sử dụng để hàn leo, hàn ngang, hàn trần, loại dòng hàn AC, DC

- Que hàn loại vỏ thuốc hệ rutin ( ký hiệu chữ R; vỏ bọc dày RR ): Trong thuốc bọc có các thành phần: oxit titan, grafit, mica, trường thạch, canxi, magiê cacbonat, ferô hợp kim Loại que hàn này khi hàn hồ quang cháy ổn định ít bắn toé, mối hàn hình thành tốt, loại dòng hàn AC, DC nhưng dễ rỗ khí và nứt kết tinh trong mối hàn

d Phân loại theo độ bền kéo

Căn cứ vào độ bền kéo tối thiểu của kim loại que hàn để phân loại Theo tiêu chuẩn việt nam có loại N38, N46 , theo tiêu chuẩn ISO có các loại E60 , E70 , E80

3.1.3 Tác dụng của thuốc bọc que hàn:

a Nâng cao tính ổn định hồ quang:

- Khi hàn bằng dòng một chiều que hàn trần không thuốc bọc vẫn có thể duy trì hồ quang cháy được, nhưng không ổn định

- Nếu hàn bằng dòng xoay chiều không thể hàn được Que hàn có thuốc bọc không những nâng cao tính ổn định của hồ quang, mà tiến hành hàn bình thường đối với dòng xoay chiều

b Bảo vệ kim loại nóng chảy khỏi tác động có hại của không khí

- Khi hàn, thuốc bọc chảy sinh ra thể khí phủ lên hồ quang làm cho kim loại chảy cách

ly với không khí bảo vệ kim loại chảy

- Sau khi chảy thuốc bọc tạo thành lớp xỉ phủ lên mặt mối hàn, bảo vệ kim loại mối hàn tránh ôxy hoá và sự xâm nhập của các tạp chất khác Đồng thời xỉ hàn có thể làm cho kim loại mối hàn nguội dần, thúc đẩy để khí thoát ra, giảm bớt khả năng sinh ra lỗ hơi

c Đẩy oxy thoát khỏi kim loại mối hàn tốt hơn:

Thuốc bọc tuy có khả năng sinh ra thể khí bảo vệ cách ly không cho tiếp xúc với kim loại chảy, nhưng không cách ly tuyệt đối, vẫn còn một ít không khí xâm nhập vào

20

và ôxy còn có khả năng do những nguyên nhân khác mà được đưa vào vùng nóng chảy Cho nên ôxy tác dụng với kim loại sẽ tạo thành ôxít làm cho một số yếu tố nào đó của kim loại bị cháy hỏng, dẫn đến chất lượng của mối hàn giảm xuống Do đó trong thuốc bọc còn có thêm một ít chất hoàn nguyên để đẩy ôxy trong ôxít ra, mới đảm bảo chất lượng mối hàn

21

d Bổ sung nguyên tố hợp kim để nâng cao cơ tính mối hàn:

Do ảnh hưởng nhiệt độ cao của hồ quang một số nguyên tố hợp kim của kim loại vật hàn và lõi thép que hàn bị cháy hỏng, làm cho cơ tính của mối hàn giảm xuống Để tránh những nhược điểm trên, trong thuốc bọc có tăng thêm một số nguyên

tố hợp kim, khi bọc thuốc chảy, số nguyên tố này sẽ theo vào kim loại mối hàn, nâng cao cơ tính của kim loại mối hàn, thậm chí có khả năng vượt quá cơ tính vật hàn

e Làm cho quá trình hàn thuận lợi và nâng cao hiệu suất làm việc:

Thuốc bọc nóng chảy chậm hơn tốc độ nóng chảy của lõi thép que hàn, ở đầu lõi thép que hàn thuốc bọc hình thành ống bọc lồi ra, làm cho kim loại nóng chảy rất

dễ chảy vào vùng nóng chảy tiện cho khi hàn ngửa và hàn đứng có thuốc bọc nhiệt lượng càng tập trung, kim loại bắn ra được giảm bớt, lượng kim loại hàn trong đơn vị thời gian được nâng cao

22

Phân loại và công

Chất ổn định hồ quang Các-bon-nát ka li, xo đa, phen pát, thuỷ tinh

nước, thuỷ tinh nước ka-li, quặng sắt từ tính Titan, đá hoa ChaL-K, Các-bô-nát Ba-ri, kim

loại kiềm thô, các vật ôxy hoá

Chất khử ô - xi Sắt Măng gan, sắt si lích, sắt ti tan, sắt nhôm,

Gra-pít than gỗ

Chất tạo xỉ hàn

Tính kiềm Quặng Măng gan, ChaL-K, đá hoa, quặng

Ma- nhê-đít Tính axít Đất Si lích, phen-pát, đất thịt (đất thịt mịn

thuần, đất cao lanh, đá hoa cương)

Trung tính Quặng sắt, ti tan chọn kỹ

Chất tạo thể khí Bột A-mi-dông, bột De-xtrin, bột mỳ, mùn

cưa, Xen-lu-lô, đá hoa ChaL-K, Quặng

Ma-nhê-đít Chất hoà loãng Đá huỳnh thạch, đá thuỷ tinh, Clo-Ba ri, Bi-ô-

xít Ti tan Chất thấm hợp kim Sắt Man gan, sắt Si lích, sắt ti tan, sắt Crôm,

sắt mô líp đen, sắt Vonfram, sắt Va-na-đi

Chất kết dính Thuỷ tinh nước, đê Xtrin, đất thịt, đất cao lanh

3.1.4 Lõi thép que hàn

a Thành phần hoá học của lõi thép que hàn:

Để đảm bảo chất lượng mối hàn, đối với chất lượng lõi thép que hàn thường yêu cầu cao, có nhiều loại đối với que hàn dùng để hàn thép các bon thấp và thép hợp kim thấp xem bảng sau:

Nhãn hiệu Ký hiệu (C) (Mn) (Si) (Cr) (Ni) (S) (P)

Không quá

Hàn 0,8 CaO H 0,8A 0,1 0,3÷0,55 0,03 0,1 0,25 0,03 0,43 Hàn 0,8Mn H0,8Mn 0,1 0,8÷1,1 0,03 0,15 0,3 0,04 0,04

23

Hàn 0,8Mn,CaO H0,8Mn A 0,1 0,8÷0,1 0,03 0,1 0,25 0,03 0,03 Hàn 15 H15 0,11÷0,18 0,35÷0,55 0,03 0,2 0,3 0,04 0,04 Hàn 15 Mn H15 Mn 0,11÷0,18 0,8÷1,1 0,03 0,2 0,3 0,04 0,04 Hàn 10Mn2 H10Mn2 0,12 1,5÷1,9 0,03 0,2 0,3 0,04 0,04 Hàn 10 Mn, Si H10MnSi 0,14 0,8÷1,1 0,6÷0,9 0,2 0,3 0,03 0,04

24

b Sự ảnh hưởng của các nguyên tố trong lõi thép que hàn

- Cac bon: Là chất khử ôxy tương đối tốt, khi nhiệt độ cao sinh ra khí (CO, CO2) nó không hoà tan trong kim loại, nhưng có khả năng đẩy thể khí không có lợi đối với mối hàn trong không khí như ôxy, nitơ tạo ra luồng hơi để thổi những giọt kim loại chảy,

do đó mà khi hàn đứng và hàn ngửa tương đối dễ nhưng nó lại tăng thêm sức bắn toé của kim loại

Nếu lượng các bon nhiều hơn, khi thao tác hàn không được chính xác, kim loại nóng chảy bị nguội nhanh thể khí sinh ra khó thoát tạo thành những lỗ hơi Các bon nhiều quá làm cho điểm nóng chảy của lõi thép que hàn hạ xuống, tính lưu động và điện trở suất tăng đồng thời tính dẻo giảm, tính giòn tăng, tính nhạy cảm đường nứt tăng

Do đó hàm lượng cácbon trong lõi thép que hàn thường hạn chế dưới 0,18%

- Mangan : Là chất khử ôxy rất tốt nó có thể hoà hợp với lưu huỳnh để tạo thành sun phát mangan (MnS), có thể tác dụng khử lưu huỳnh và khả năng giảm nứt vì nóng Nó

là chất thấm hợp kim, nâng cao cơ tính mối hàn

Hàm lượng Mn trong lõi thép que hàn thường hạn chế từ 0,4 ÷ 0,6 %, có một số lõi thép que hàn trên 0,8 ÷ 1,1%

- Silic: Năng lực đẩy ôxy của Silic mạnh hơn Mangan Nhưng vì Biôxít Silic do Silic và ô xít tạo thành Si02 có điểm nóng chảy cao, làm cho xỉ hàn đặc thêm, mối hàn dễ lẫn xỉ Mặt khác do năng lực đẩy ôxy của nó, làm cho cácbon trong vùng nóng chảy ở nhiệt độ cao, không ôxy hoá được, nhưng khi vùng nóng chảy đông đặc, cácbon mới bị ôxy hoá thể sinh ra, sau khi bị ôxy hoá khó thoát tạo thành lỗ hơi Ngoài

ra (Si) nhiều làm cho kim loại bắn tóe, nên hàm lượng (Si) trong lõi thép que hàn thường hạn chế dưới 0,03%

- Crôm: Trong lõi thép que hàn cácbon thấp, Crôm là tạp chất, sau khi bị ôxy hoá sẽ thành ôxít Crôm (Cr203) khó chảy làm tăng hàm lượng xỉ hàn lẫn trong mối hàn, do đó hạn chế dưới 0,03%

- Ni Ken: Cũng là tạp chất, nhưng nó không ảnh hưởng gì đối với quá trình hàn

Hàm lượng Niken cho phép trong lõi thép que hàn không quá 0,30%

- Lưu Huỳnh - Phốt pho: Là hai tạp chất có hại tồn tại trong thép khi khai thác và

luyện kim trong thép, lưu huỳnh kết hợp với sắt tạo thành sunfát sắt (FeS) điểm nóng chảy thấp so với sắt, cho nên mối hàn ở nhiệt độ cao sẽ bị nóng nứt

Phốt pho hợp với sắt thành phốt pho sắt (Fe2P) hoặc (Fe4P) làm tăng tính lưu động của kim loại, ở nhiệt độ bình thường biến giòn Cho nên hàm lượng phốt pho và lưu huỳnh trong lõi thép que hàn chỉ được nhỏ hơn 0,04% Đối với hàn kết cấu quan trọng yêu cầu P , S < 0,03%

3.1.5 Quy cách que hàn

- Chiều dài que thường từ 250 ÷ 450 mm, nó phụ thuộc vào đường kính, thành phần kim loại và thuốc bọc Nếu giảm đường kính mà tăng chiều dài thì sẽ tăng hiện tượng nung nóng que hàn khi hàn, tạo điều kiện nóng chảy nhanh gây hiện tượng bắn tóe khi hàn, dẫn đến sự hình thành mối hàn không tốt Còn nếu chiều dài ngắn thì lãng phí kim

- Quy cách que hàn được quy định chung trong hệ thống quy định quốc tế:

Đường kính que hàn (mm) Chiều dài (mm)

26

3.1.6 Ký hiệu que hàn

a Ký hi ệu

* Ký hiệu que hàn theo TCVN 3734-89

Hình 1- 15 Sơ đồ cấu trúc ký hiệu que hàn hồ quang tay

theo tiêu chu ẩn Việt Nam TCVN 3734-89

Ví d ụ: N50 – 6B có nghĩa là: Que hàn dùng để hàn thép các bon và hợp kim thấp, vỏ

thuốc thuộc hệ bazơ thích hợp với hàn dòng một chiều nối nghịch Kim loiaj mối hàn

có giới hạn bền kéo tối thiểu là 50 kG/mm2 (490 MPa), độ dai va đập không bé hơn 1,3 MJ/m2 ; độ dãn dài tương đối δ ≥ 20%, góc uốn ≥ 1500

B ảng 1-1 Cơ tính của kim loại mối hàn theo TCVN 3223 - 89

Que hàn thép C; Que hàn n ối

Ch ỉ giới hạn bền kéo tối thiếu (kG/mm 2 ) và

các chỉ tiêu khác về cơ tính của kim loại mối

hàn

Chỉ loại dòng điện và cực tính của dòng

1 chiều “6”– Que hàn chỉ hàn bằng dòng 1 chiều nối nghịch (DC+)

Chỉ hệ vỏ bọc của que hàn A(A xít); B(ba zơ); R(Ru tin)

27

* Ký hi ệu que hàn theo tiêu chuẩn quốc tế ISO - 2560

Hình 1- 16 Sơ đồ cấu trúc ký hiệu que àn hồ quang tay theo tiêu chuẩn ISO-2560

Ví d ụ: Que hàn E 51 5 B 120 2 6 H được trình bày trên hình 1-16

Theo ISO-2560 ký hiệu E 51 5 B 120 26 H có nghĩa là que hàn hồ quang tay cho thép

C hay thép hợp kim thấp đảm bảo giới hạn bền kéo kim loại mối hàn trong khoảng

510 ÷ 610 Mpa, độ dãn dài tương đối tối thiểu = 20%; độ dai va đập KCV = 28J/cm2

đạt được ở nhiệt độ T = -400C Que hàn có vở thuốc bọc hệ bazơ, hiệu suất hàn đắp Kc

= 115 ÷ 125%, thích hợp đển các liên kết ở mọi vị trí trong không gian , trừ vị trí hàn đứng từ trên xuống Khi hàn , dùng nguồn một chiều nối nghịch hoặc nguồn xoay chiều có điện áp không tải tối thiểu 70 vôn

* Ký hiệu que hàn theo tiêu chuẩn của hiệp hội hàn Mỹ AWS

Nhiệt độ 0 C khi KCV = 28J/cm 2

Hiệu suất đắp của que hàn

3 Phẳng, ngang, leo (dưới lên)

4 Phẳng (giáp mối

và góc)

5 Như “3” và đứng trên xuống

Chỉ

số

Cực tính nguồn 1 chiều

Điện áp không tải

cm3/100g

28

* Phương pháp bảo quản que hàn:

Việc bảo quản que hàn tốt hay xấu có ảnh hưởng rất lớn để chất lượng mối hàn Bảo quản theo các điều kiện sau:

- Que hàn phải để trong kho khô ráo và thông gió tốt Nhiệt độ trong kho không nhỏ quá 1800 C

- Khi cất giữ các loại que hàn phải kê cao (không thấp quá 300mm), đồng thời phải để cách vách tường lớn hơn 300mm, đề phòng que hàn ẩm mà biến chất

- Kho chứa que hàn phải có thiết bị nung nóng để sấy khô que hàn

- Nếu thấy que hàn bị ẩm thì phải sấy: Que hàn có tính axít sấy ở nhiệt độ 1500C (từ 1÷2 giờ), que hàn có tính kiềm sấy ở nhiệt độ 2500C (từ 1÷2 giờ)

- Các loại que hàn bị ẩm sau khi sấy khô đem hàn thử, nếu không phát hiện thấy hiện tượng thuốc bọc rơi ra từng mảng, hoặc trên mối hàn có lỗ hơi thì chứng tỏ que hàn đó vẫn đảm bảo chất lượng để hàn

Hình 1- 16 Sơ đồ cấu trúc ký hiệu que hàn hồ quang tay theo tiêu chuẩn của hiệp hội hàn Mỹ AWS

a M ối hàn gáp mối không vát mép

Mối hàn giáp mối là mối hàn nối hai đầu tấm kim loại lại với nhau khi chúng cùng nằm trong một mặt phẳng, có đặc điểm như sau:

- Đây là mối ghép đơn giản, tiết kiệm kim loại, dễ chế tạo dùng phổ biến trong thiết kế chi tiết mới

- Hàn sấp giáp mối là phương pháp hàn được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất

vì có nhiều ưu điểm:

+ Dễ thao tác, dễ quan sát tình hình nóng chảy của kim loại mối hàn

+ Khi kim loại que hàn nóng chảy, những giọt kim loại dựa vào trọng lượng bản thân rơi vào vùng nóng chảy vũng hàn dễ dàng mà không bị chảy ra ngoài

+ Cường độ lao động của người thợ hàn bỏ ra ít

+ Cho phép chọn que hàn lớn, cường độ dòng điện lớn (I = 60d) nên năng suất cao, chất lượng tốt

Nếu điều kiện cho phép nên chuyển tất cả các vị trí về hàn sấp

30

b M ối hàn giáp mối có vát mép: Khi chiều dày vật hàn S > 6 mm, nhiệt lượng của hồ

quang rất khó làm cho mối hàn được ngấu hoàn toàn, do đó ta phải tiến hành vát mép Các loại mép vát thường được dùng là dạng chữ V và chữ X

Để thực hiện hàn mối hàn loại này có thể thực hiện mối hàn nhiều lớp hay nhiều đường nhiều lớp Nếu điều kiện cho phép người ta ưu tiên vát mép theo kiểu chữ X để tránh biến dạng góc

Kích thước kết cấu mối hàn vát mép

B ảng 1: Kích thước mối hàn giáp mối có vát mép 1 phía

31

a M ối hàn góc không vát mép: Mối hàn chữ “T” Dùng khá phổ biến trong thiết kế,

chế tạo kết cấu mới vì có độ bền cao, khả năng chịu tải trọng tĩnh tốt dùng kết cấu chịu tải trọng uốn

32

* Mối hàn góc chữ “T” vát hai phía:

Bảng Các thông số mối hàn góc chữ “T” vát hai phía

S 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

4 Thi ết bị hàn hồ quang tay

4.1 Yêu cầu chung của máy hàn

Hồ quang dùng để hàn và điện thường dùng có sự khác nhau rất lớn

Ví dụ: Trong khi dùng đèn điện, điện trở của nó hầu như cố định, nhưng sự biến đổi của hồ quang dùng để hàn thì lại vô cùng phức tạp

Khi mồi hồ quang, trước tiên là cho que hàn tiếp xúc với mặt vật hàn, để tạo thành hiện tượng chập mạch tiếp đó, nhắc ngay que hàn lên để mồi hồ quang, trong quá trình mồi Như vậy điện trở chập mạch bằng 0, khi hồ quang đốt cháy thì điện trở

có một trị số nhất định

Trong quá trình đốt cháy hồ quang vì ta thao tác bằng tay cho nên chiều dài của hồ quang luôn bị thay đổi như vậy hồ quang dài thì điện trở lớn, ngược lại khi hồ quang ngắn thì điện trở nhỏ Do đó muốn cho hồ quang hơi dài đốt cháy một cách ổn định thì đòi hỏi phải có một điện thế hơi cao ngược lại nếu hồ quang hơi ngắn thì đòi hỏi điện thế cũng phải hơi thấp Ngoài ra còn do que hàn nóng chảy nhỏ giọt vào bể hàn Trong mỗi giây que hàn nóng chảy nhỏ giọt trên 20 giọt, khi những giọt to rơi xuống sẽ tạo thành hiện tượng chập mạch làm hồ quang bị tắt sau đó để mồi lại hồ quang đòi hỏi phải có một điện thế tương đối cao ngay lúc đó

Do những đặc điểm trên nếu dùng máy điện phát hay máy biến thế thông thường để cung cấp điện cho hồ quang thì sẽ không thể nào duy trì một cách ổn định quá trình đốt cháy hồ quang thậm chí không mồi được hồ quang đôi khi còn có thể cháy máy phát điện hoặc máy biến thế

4.1.1 Điện áp hàn

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

* Điện thế không tải của máy hơi cao hơn điện thế khi hàn, đồng thời không gây nguy

Hình: M ối hàn góc chữ “T” vát hai phía

Quan hệ giữa điện thế và dòng điện của máy hàn gọi là đường đặc tính ngoài của máy

Đường đặc tính ngoài để hàn hồ quang tay yêu cầu phải là đường cong dốc liên tục Tức là dòng điện trong mạch tăng lên thì điện thế của máy giảm xuống và ngược lại Đường đặc tính ngoài càng dốc thì càng thỏa mãn những yêu cầu ở trên và càng tốt, vì khi chiều dài hồ quang thay đổi dòng điện hàn thay đổi ít Phối hợp giữa đường đặc tính tĩnh của hồ quang (2) và đường đặc tính ngoài của máy hàn (1) ta thấy chúng cắt nhau tại hai điêm B và A Điểm B là điểm gây hồ quang, ở đây có điện thế lớn để tạo điều kiện gây hồ quang, nhưng vì cường độ nhỏ nên không thể duy trì sự cháy ổn định của hồ quang, mà điểm A mới là điểm hồ quang cháy ổn định

* Máy hàn phải điều chỉnh đường cường độ dòng điện để thích ứng với những yêu cầu hàn khác nhau v.v

34

4.2.3 Kết cấu máy………

4.2 Phân loại máy hàn hồ quang tay

4.2.1 Phân loại theo dòng điện (ĐAH)

Theo tính chất của dòng điện hàn hồ quang tay được chia ra làm hai loại :

+ Hàn bằng dòng điện xoay chiều và hàn bằng dòng điện một chiều

- Hàn b ằng dòng điện xoay chiều

Thiết bị hàn đơn giản dễ chế tạo, dễ sửa chữa dễ bảo quản giá thành thấp vì tốn ít năng lượng, thuận tiện cho những nơi gần lưới điện Nhưng nhược điểm là khó gây hồ quang và hồ quang cháy không ổn định (do cực hàn thay đổi liên tục) Vì vậy chất lượng mối hàn nhận được không cao.Tuy nhiên do có các ưu điểm trên các nhà máy, các công trường Hiện nay dùng phổ biến trên 80% phương pháp han bằng dong điên xoay chiều

Có hai cách nối dây:

*N ối thuận: Là nối que hàn với cực âm còn vật hàn với cực dương của nguồn

điện.Cách nối này hồ quang cháy ổn định hơn, mặt khác nhiệt độ bên vật hàn (anốt) lớn hơn bên que hàn (catốt), nên thường dùng hàn các chi tiết có chiều dày lớn.Khi hàn bằng điện cực không nóng chảy nối thuận còn có ưu điểm là điện cực bị nung nóng ít hơn, do đó nâng cao được tuổi thọ của điện cực, Khi hàn bằng điện cực than hay grafít

nối thuận còn có tác dụng là giảm bớt hiện tượng cácbon hoá mối hàn

* N ối nghịch: Là nối cực dương của nguồn điện với que hàn và nối cực âm của nguồn

điện với vật hàn Mặc dù hồ quang cháy không ổn định bằng nối thuận, nhưng do nhiệt

độ bên vật hàn (catốt)nhỏ hơn bên que hàn (anốt)nên rất thích hợp đối với hàn các chi tiết có chiều dầy nhỏ

3 2 4

+

-1

3 2 4

-+ 1

35

Hình 1.37: Mô t ả cách đấu dây của hồ quang mạch điện một chiều

a Cách đấu thuận

b Cách đấu nghịch

1 Máy phát điện; 2 Que hàn; 3 Kìm hàn; 4 Vật hàn

4.2.2 Phân loại theo khả năng làm việc (TN)

- Hàn hồ quang trực tiếp: là hồ quang cháy giữa vật hàn và que hàn

- Hàn hồ quang gián tiếp: là hồ quang cháy giữa hai điện cực

- Hàn hồ quang liên hợp là hồ quang kết hợp với hồ quang trực tiếp và hồ quang gián tiếp (hồ quang dùng dòng điện 3 pha

4.3 Một số loại máy hàn thường dùng

4.3.1 Máy hàn xoay chiều

Máy hàn xoay chiều được chia thành hai nhóm chính: Nhóm có từ thông tán bình thường và nhóm có từ thông tán cao Theo thứ tự mỗi nhóm đó lại gồm hai kiểu

4.3.1.1 Máy hàn xoay chiều có lõi di động:

Đây là loại máy hàn xoay chiều có từ thông tán cao Giữa khoảng hai cuộn dây

sơ cấp và thứ cấp đặt một lõi di động A để tạo ra sự phân nhánh từ thông o sinh ra trong lõi của máy

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý của máy hàn xoay chiều có lõi di động

a Cấu tạo:

Gồm khung từ B, trên khung từ được quấn 2 cuộn dây sơ cấp W1 và cuộn dây thứ cấp W2 Cuộn dây thứ cấp được chia thành 2 phần, đồng thời điều chỉnh được số vòng của cuộn dây trên máy có máy lắp tấm nối dây, dùng để điều chỉnh sơ dòng điện,

ở giữa hai cuộn dây đặt lõi di động để điều chỉnh kỹ dòng điện

b Nguyên lý làm việc:

Lõi sắt di động trong khung dây tạo ra phân nhánh của từ thông Фo

Nếu lõi sắt (4) nằm trong mặt phẳng của khung từ (3) thì trị số từ thông Фo sẽ chia làm hai phần, một phần là từ thông Ф đi qua lõi sắt (4), một phần Ф2 đi qua cuộn dây thứ

36

cấp W2 giảm đi, sức điện động cảm ứng sinh ra trong cuộn dây thứ cấp nhỏ và dòng điện sinh ra trong mạch hàn nhỏ Ngược lại điều chỉnh lõi sắt (4) chạy ra tạo nên khoảng trống không khí lớn thì từ thông sẽ lớn lúc này sức điện động cảm ứng lớn tạo cho dòng điện trong mạch hàn lớn

c Việc điều chỉnh dòng điện:

- Điều chỉnh sơ: Thông qua cách đấu dây của cuộn thứ cấp W2 nhằm thay đổi số vòng của cuộn dây W2

- Trên tấm đấu dây của cuộn dây thứ cấp có hai cách đấu:

+ Cách đấu 1 dây hàn nhỏ điện thế không tải cao

+ Cách đấu dây hình 2 dòng điện hàn lớn, điện thế không tải thấp

* Điều chỉnh kỹ: Nếu vặn tay quay cùng chiều kim đồng hồ dòng điện hàn giảm Ngược lại nếu vặn ngược chiều kim đồng hồ dòng điện tăng

4.3.1.2 M áy hàn xoay chiều có cuộn dây di động

Máy này dùng để giảm điện thế mạng điện từ 220 vôn hoặc 380 vôn xuống điện thế không tải từ 75 đến 60 vôn để đảm bảo an toàn khi làm việc Máy kiểu CTЄ là đại diện cho nhóm máy này

Bộ tự cảm riêng mắc nối tiếp với cuộn dây thứ cấp của máy để tạo ra sự lệch pha của dòng điện và điện thế, tạo ra đường đặc tính dốc liên tục và điều chỉnh cường

độ dòng điện hàn

* Nguyên lý làm việc của máy như sau:

Máy chạy không tải điện thế U1 trong cuộn dây sơ cấp W1, bằng điện thế của mạng điện, trong cuộn dây sơ cấp này có dòng điện sơ cấp I1, chạy qua và tạo ra từ thông Ф0 chạy trong lõi của máy, từ thông Ф0 gây ra trên cuộn dây thứ cấp W2 Lúc chưa làm việc:

Ih = 0 ; Ih – Dòng điện hàn (Ampe)

Ukt = U2 ; Ukt - Điện thế không tải (V); U2 - Điện điện thế trên hai đầu dây của cuộn thứ cấp (V)

37

Hình 15.1.1 Sơ đồ nguyên lý của máy hàn xoay chiều kiểu CTЄ

+ Máy chạy có tải (là lúc máy làm việc) Ih ≠ 0

U2 = Uh +Utc : Uh - điện thế hàn , Utc - Điện thế trong bộ tự cảm Điện thế bộ tự cảm:

Utc = Ih(Rtc + Xtc)

Rtc – Điện trở thuận của bộ tự cảm Xtc – Trở kháng của bộ tự cảm

Xtc= 2π f.L f - Tần số dòng điện xoay chiều (Hz) L - Hệ số tự cảm của bộ tự cảm

Điện trở Rtc nhỏ hơn Xtc, nếu không tính đến Rtc thì có thể kết luận rằng:

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

+ Hành trình ngắn mạch: (Lúc điện thế hàn giảm xuống bằng không)

Wtc - Số vòng cuấn trong cuộn tự cảm

Từ đây ta có thể điều chỉnh được dòng điện ngắn mạch cũng như dòng điện hàn bằng hai cách:

- Thay đổi số vòng quấn trong cuộn tự cảm Wtc

- Thay đổi từ trở trong bộ tự cảm Rt Muốn thay đổi Rtta chỉ việc thay đổi khe hở không khí trong bộ tự cảm Tăng khe hở (a) thì Rt tăng, L giảm nên Xtc và Utc giảm xuống, do đó cường độ dòng điện hàn tăng Giảm khe hở thì Xtc và Utc tăng nên cường độ dòng điện hàn giảm xuống

Điều chỉnh cường độ dòng điện bằng cách thay đổi số vòng quấn Wtc của bộ tự cảm thì chỉ có khả năng điều chỉnh từng cấp một do đó ít dùng

Điều chỉnh dòng điện hàn bằng phương pháp thay đổi khe hở không khí

Máy hàn một chiều có cuộn kích thích độc lập

Máy hàn một chiều có cuộn kích thích mắc song song và khử từ nối tiếp

Máy hàn một chiều có các cực từ lắp rời

Máy hàn một chiều với từ trường ngang

Hiện nay ở Liên Xô, Trung Quốc dùng loại máy hàn một chiều có các cực từ lắp rời phổ biến hơn cả với các kiểu: CM, C.300 và C.300M (Liên Xô); AT.320 (Trung Quốc)…

4.3.2.1 Máy hàn một chiều có động cơ (Máy hàn một chiều có các cực từ lắp rời)

Hình 15.1.4 Hình dạng bên ngoài của máy hàn một chiều có các cực từ lắp rời

1 Thân máy phát điện

a Cấu tạo: Máy phát điện một chiều kiểu các cực từ lắp rời dùng để hàn gồm 4 cực

từ, hai cực cùng tên được nối song song với nhau Trên cực từ có 3 tổ chổi than, hai

tổ chổi điện than chính A và B cung cấp điện cho hồ quang, ở giữa lắp tổ chổi điện than phụ C, chổi điện than A và C cung cấp điện cho cuộn kích từ của máy phát điện,

ta có thể điều chỉnh dòng điện của cuộn dây kích từ bằng bộ biến trở lắp trên máy hàn, có thể dùng tay nắm để di chuyển vị trí của chổi điện than

Lúc không tải, trong rôto của máy phát điện không có dòng điện hàn thông qua, không sinh ra phản ứng rôto do đó điện thế không tải của máy phát điện hơi cao, rất dễ mồi hồ quang Lúc hàn trong rôto của máy phát điện có dòng điện hàn thông qua sinh

ra phản ứng rôto làm giảm từ thông của máy phát điện cuối cùng điện thế của máy phát điện sẽ giảm xuống tới mức tương đương

Với điện thế dùng để đốt cháy hồ quang một cách ổn định tùy thuộc vào sự thay đổi chiều dài hồ quang, phản ứng rôto cũng thay đổi làm ảnh hưởng tới điện thế công tác của máy phát điện Do đó lúc chiều dài của hồ quang tăng thì điện thế công tác của máy phát điện cũng sẽ tăng theo như vậy đáp ứng được nhu cầu khi hàn

Lúc chập mạch phản ứng rôto rất lớn khiến cho điện thế của máy phát điện giảm xuống tới mức xấp xỉ số 0, như vậy hạn chế được dòng điện chập mạch

- Điều chỉnh dòng điện hàn:

Có hai phương pháp diều chỉnh dòng điện, điều chỉnh sơ và điều chỉnh kỹ

+ Điều chỉnh sơ: Thì dòng điện hàn thay đổi rất lớn, nó thông qua việc di chuyển vị trí

chổi điện than để thực hiện việc điều chỉnh, lúc di chuyển chổi điện than theo chiều quay của rôto thì phản ứng rôto sẽ tăng cường, điện thế của máy hàn điện giảm xuống, dòng điện hàn cũng sẽ giảm xuống ngược lại nếu di chuyển chổi than ngược với chiều xoay của rôto thì dòng điện sẽ tăng lên

+ Điều chỉnh kỹ: Thì dòng điện thay đổi ít nhiệm vụ chính của nó là làm cho dòng

điện hàn sau khi điều chỉnh sơ được điều chỉnh lại một cách đều đặn, ta dùng bộ biến

40

trở để thay đổi dòng điện của cuộn dây kích từ để tăng hoặc giảm từ thông của máy phát điện nhằm thay đổi điện thế của máy hàn điện như vậy là đạt được mục đích điều chỉnh kỹ dòng điện hàn

Cạnh máy hàn một chiều có các cọc nối dây Căn cứ theo nhu cầu ta có thể thay đổi cách đấu dây để thay đổi cực tính hàn

4.3.2.2 Máy hàn một chiều kiểu chỉnh lưu

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ bán dẫn trong kỹ thuật hàn ngày càng ứng dụng nhiều chỉnh lưu

Máy hàn bằng dòng điện chỉnh lưu gồm hai bộ phận chính: máy biến thế (có cơ cấu điều chỉnh) và bộ phận chỉnh lưu dòng điện Máy biến thế hoàn toàn giống máy biến thế hàn xoay chiều Bộ phận chỉnh lưu bố trí trên mạch thứ cấp của máy biến thế

và thường dùng là chỉnh lưu Sêlen và Silic Tác dụng của chỉnh lưu là biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều để hàn

a Máy hàn chỉnh lưu 1 pha

- Sơ đồ mạch điện: (Hình 15.1.6)

* Cấu tạo: Của máy gồm hai bộ phận chính: phần biến thế (có cơ cấu điều chỉnh) và

phần chỉnh lưu dòng điện Phần biến thế hoàn toàn giống như biến thế của máy hàn điện xoay chiều Phần chỉnh lưu bố trí trên mạch thứ cấp của máy biến thế và thường dùng là các đi- ốt chỉnh lưu loại sêlen hoặc silíc

Hình 15.1.6 Sơ đồ mạch điện máy hàn chỉnh lưu một pha

* Nguyên lý làm việc:

- Giả sử ở nửa dầu của chu kỳ, đầu A mang điện dương, dòng điện đi qua biến trở đến nút (a), qua đèn 1 đến nút (b), qua mạch hàn (gồm cáp hàn, que hàn, vật hàn) đến nút (d) Do điện thế ở (a) cao hơn ở (d) nên dòng điện không đi qua đèn 4 mà qua đèn 3 đến nút (c) Do điện thế ở (b) cao hơn ở (c) nên dòng điện không đi qua đèn 2 mà trở

về đầu B

- Ở nửa sau của chu kỳ đầu B mang điện dương, dòng điện đến nút (c) qua đèn 2 đến nút (b), qua mạch hàn đến nút (d) Do điện thế ở nút (c) cao hơn ở (d) nên dòng điện không qua đèn 3 mà qua đèn 4 đến nút (a) Do điện thế ở (b) cao hơn ở (a) nên dòng điện không qua đèn 1 mà qua biến trở về đầu A Như vậy kết thúc một chu kỳ dòng điện luôn đi theo một chiều nhất định

b Máy hàn chỉnh lưu 3 pha

- Sơ đồ mạch điện: (Hình 15.1.7)