BÀI TẬP CÔNG NGHỆ KIM LOẠI HÀN KIM LOẠI Hàn TIG
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG BÀI TẬP CÔNG NGHỆ KIM LOẠI HÀN KIM LOẠI Hàn TIG Giáo viên: Đinh Minh Diệm Tên sinh viên: Lê Thị Diệu Thiện Lớp: 13QLMT HÀN KIM LOẠI Trong cơng nghệ chế tạo cơ khí, hàn là danh từ chỉ q trình dùng để liên kết chi tiết (kết cấu) đắp phủ lên bề mặt vật liệu(kim loại hoặc phi kim) để tạo nên lớp bề mặt có tính đáp ứng u cầu sử dụng Hàn q trình cơng nghệ để nối chi tiết với thành liên kết khơng tháo rời mang tính liên tục phạm vi nguyên tử phân tử, cách đưa chỗ nối tới trạng thái nóng chảy, thơng qua việc sử dụng hai yếu tố nhiệt áp lực, kết hợp hai yếu tố Khi hàn, sử dụng khơng sử dụng vật liệu phụ bổ sung - Ưu điểm + Tiết kiệm kim loại + Nối kim loại có tính chất khác + Tạo chi tiết, kết cấu máy phức tạp mà phương pháp khác khơng làm gặp nhiều khó khăn + Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín - Nhược điểm: Tồn ứng suất dư làm sản phẩm bị cong vênh nguội Hiện nay, có phương pháp hàn sau đây: Hàn TIG Định nghĩa hàn TIG: Nguyên lý hàn TIG Hàn TIG (Tungsten inert gas) hay hàn hồ quang điện cực khơng nóng chảy mơi trường khí trơ (Gas tungsten arc welding -GTAW) q trình hàn nóng chảy, nguồn nhiệt điện cung cấp hồ quang tạo thành điện cực không nóng chảy vũng hàn (Hình vẽ) Vùng hồ quang bảo vệ mơi trường khí trơ (Ar, He Ar + He) để ngăn cản tác động có hại oxi nitơ khơng khí Điện cực khơng nóng chảy thường dùng volfram, nên phương pháp hàn tiếng Anh gọi hàn TIG (Tungsten Inert Gas).Nguyên lý hàn TIG Hồ quang hàn TIG có nhiệt độ cao đạt tới 6100 độ C Kim loại mối hàn tạo thành từ kim loại hàn chi tiết mỏng với liên kết gấp mép, bổ sung từ que hàn phụ Toàn vũng hàn bao bọc khí trơ thổi từ chụp khí Đặc điểm phương pháp hàn TIG: Một số ưu điểm đáng ý: ◉ Tạo mối hàn có chất lượng cao hầu hết kim loại hợp kim ◉ Mối hàn làm sau hàn ◉ Hồ quang vũng hàn quan sát hàn ◉ Khơng có kim loại bắn tóe ◉ Có thể hàn vị trí khơng gian ◉ Nhiệt tập trung cho phép tăng tốc độ hàn, giảm biến dạng liên kết hàn Phạm vi ứng dụng phương pháp hàn TIG: ◉ Phương pháp hàn TIG áp dụng nhiều lĩnh vực sản xuất, đặc biệt thích hợp hàn thép hợp kim cao, kim loại màu hợp kim chúng… ◉ Phương pháp hàn thơng thường thao tác tay tự động hóa hai khâu di chuyển hồ quang cấp dây hàn phụ ◉ Thường sử dụng lĩnh vực hàng không vũ trụ,trong sản xuất xe không gian… ◉ Sử dụng hàn mỏng,ống thành mỏng ngành công nghiệp xe đạp ◉ Thường sử dụng trình phục chế sửa chữa chi tiết bị hỏng,đặc biệt chi tiết làm nhôm magie Lịch sử phát triển hàn TIG: Coffin có ý tưởng hàn mơi trường khí trơ vào năm 1890, năm đầu kỷ 20, hàn vật liệu kim loại màu nhơm magiê cịn khó khăn, kim loại phản ứng nhanh chóng với khơng khí, tạo khuyết tật mối hàn ◉ Năm 1930,đã sử dụng bình khí trơ vào q trình hàn,một vài năm sau dòng điện chiều đưa vào để hàn nhôm công nghiệp hàng không ◉ Năm 1941,quá trình hàn GTAW hàn thiện,và phát triển mỏ hàn làm mát nước ◉ Năm 1953,một trình dựa vào trình hàn GTAW phát triển,được gọi hàn hồ quang plasma.Nó có đủ khả kiểm soát ,cải thiện chất lượng mối hàn tốt hơn.Ngày GTAW phổ biến sử dụng xung điện Hàn TIG tự động nạp kiểu nóng Hàn TIG tự động với nạp kiểu nóng (Hot wire GTAW) có tiềm để trở thành phương pháp hàn chủ đạo sử dụng ngành công nghiệp yêu cầu chất lượng suất mối hàn Mặc dù công nghệ hàn TIG có tốc độ đắp nhỏ nhiều so với hàn MIG, chất lượng mối hàn lại vượt trội nhiều Khi sử dụng nạp kiểu nóng vào hàn TIG tự động đặc biệt với vị trí hàn mặt phẳng ống lớn tốc độ đắp hàn TIG tự động gần tương đương với hàn MIG Hàn TIG tự động với nạp kiểu nóng với rãnh hẹp sử dụng rộng rãi hàn hợp kim Nikel, thép hợp kim với kim loại hoạt tính Titanium Thiết bị hàn TIG nạp kiểu nóng ngày sử dụng nhiều ngành sản xuất hệ thống chứa khí, dầu, thiết bị ngành lượng hạt nhân Giới thiệu Hàn Tig tự động với nạp kiểu nóng Mặc dù hàn TIG tự động với nạp kiểu nóng giới thiệu từ năm 1966 việc phát triển ứng dụng diễn chậm Tuy nhiên gần người bắt đầu quan tâm lại công nghệ với đặc điểm trội hàn với tốc độ MIG chất lượng TIG Măc dù cịn vài giới hạn, cơng nghệ sử dụng ngày nhiều lĩnh vực xây dựng Sự phát triển công nghệ hàn tự động, đặc biệt thiết bị cấp dây kiểu nóng thúc đẩy ứng dụng chúng ngành công nghiệp điện hạt nhân, phát điện, bể áp lực, dầu khí ngồi khơi, nơi yêu cầu suất hàn cao chất lượng hàn đặc biêt Định nghĩa hàn TIG tự động với cấp dây nóng Hàn TIG tự động với nạp kiểu nóng bước phát triển Hàn TIG Hàn TIG Russell Meredith làm việc công ty máy bay Northrop Aircraft sáng chế vào năm 1939-1941 Hàn TIG ban đầu gọi hồ quang Heli, sử dụng hồ quang tạo điện cực làm nóng chảy kim loại bảo vệ bởi khí Heli Bằng sáng chế bán cho cơng ty Union Carbide, công ty phát triển dòng sản phẩm bán tên Heliarc Sau Union Carbide cải tiến thiết bị sang sử dụng khí Argon – loại khí phổ biến rẻ Heli Cơng nghệ hàn TIG tự động với nạp nóng phát minh vào năm 1964 A.F Manz phát triển Linde Division Union Carbide Trong hàn TIG kim loại bù dạng dây đưa vào vũng hàn hàn chi tiết dày Trong hàn TIG truyền thống kim loại bù cung cấp dạng nguội, hồ quang hàn sinh phải cung cấp nhiệt để làm nóng chảy kim loại bù khiến cho hiệu trình hàn, giảm tốc độ đắp Trong trình hàn TIG tự động với nạp nóng, dây điện trở nung nóng liên tục cho dây kim loại bù đưa vào vũng chảy Q trình nạp thực thơng qua mỏ hàn với khí trơ bảo vệ để tránh oxy hóa Sự nung nóng bắt đầu sau kim loại hàn tiếp xúc với vũng chảy Dòng điện điều chỉnh cho kim loại hàn đạt nhiệt độ nóng chảy tiếp xúc với vũng hàn Do đó, kim loại hàn nóng chảy độc lập với nhiệt độ hồ quang Điều giúp cho hồ quang hàn tập trung cấp nhiệt làm nóng chảy kim loại bù, nên tốc độ hàn nhanh gấp nhiều lần so với hàn TIG thông thường Tốc độ đắp phương pháp hàn TIG tự động với nạp nóng cao tương tự hàn MIG, chất lượng hàn đạt hàn TIG chí số trường hợp cịn nhỉnh Hàn TIG tự động với nạp kiểu nóng Hình sơ đồ nguyên lý hệ thống hàn TIG tự động với nạp nóng Hệ thống sử dụng lúc nguồn cấp khác Một nguồn cấp cho đầu hàn TIG, nguồn cấp cho nạp nóng Ưu điểm phương pháp hàn TIG với nạp nóng Các ưu điểm phương pháp hàn TIG tự động với nạp dây nóng dễ dàng nhận thấy trình hàn Phương pháp dễ dàng giới hóa, tự động hóa tăng tốc độ đắp Việc điều chỉnh độc lập hồ quang, tốc độ cấp dây cho phép linh hoạt điều chỉnh thông số Các kỹ yêu cầu người thợ vận hành gần giống với hàn TIG giảm thiểu chi phí đào tạo Phương pháp hàn tig tự động với nạp nóng áp dụng gần tất kim loại Tương tự hàn TIG đặc tính kim loại hàn hồn tồn điều chỉnh phụ thuộc vào đặc điểm kim loại bù Quá trình hàn TIG tự động nạp nóng thường đem lại kết mối hàn làm giảm loại bỏ khả hình thành rỗ xốp mối hàn Phương pháp hàn đáp ứng hàn 300 loại thép không gỉ khác nhau, hợp kim nickel, titan, thép gia công… Giới hạn phương pháp hàn TIG tự động với nạp nóng Phương pháp hàn thường khơng thao tác tay Phương pháp đòi hỏi phải đầu tư thêm thiết bị nạp dây nóng Bộ thiết bị hàn khơng có tính động sử dụng cố định xưởng sản xuất Các rãnh hàn phải gia công lại cho phù hợp Phương pháp đòi hỏi thêm chi phí thay bép hàn, bép cấp dây nóng Lượng khí cấp thường nhiều hàn TIG thơng thường Phương pháp địi hỏi chi phí đào tạo Cấu tạo mỏ hàn TIG Chức mỏ hàn TIG là dẫn dịng điện khí trơ vào vùng hàn Các mỏ hàn TIG tay mỏ hàn TIG tự động có cấu tạo tương tự nhau, mỏ hàn TIG tay có cán cầm với nút điều khiển, cịn mỏ hàn tự động khơng có cán, thiết kế để kẹp chặt vào giá hàn Cấu tạo mỏ súng hàn TIG Cấu tạo súng mỏ hàn TIG ☀ Cap: Chi hàn TIG chống khí bảo vệ cố định kim hàn ☀ Collet: Kẹp kim cấu tạo đồng, giúp giữ điện cực khớp theo cỡ văn chặt chuôi hàn cố định kẹp kim, giúp giữ chặt điện cực ☀ Gas orifice: Đường dẫn khí cho phép khí ngồi ☀ Gas nozzle: Chụp khí giúp định hướng dịng khí lên vũng hàn thường hai loại tùy theo cường độ hàn loại cấu tạo sứ cho việc hàn TIG cường độ nhỏ, loại cấu tạo đồng có làm mát nước ☀ Hoses: Các ống dẫn chất dẻo kết nối với tay cầm súng hàn cung cấp khí, nước, chứa cáp điện cung cấp cho mỏ súng hàn Vật liệu hàn TIG Hàn TIG hay hàn hồ quang mơi trường khí bảo vệ ( hàn GTAW) cần loại vật liệu sau: Khí trơ (argon Ar, heli He), điện cực khơng nóng chảy (hay kim hàn), dây hàn phụ (hay que b ). Công nghệ hàn sẽ giới thiệu sơ qua loại vật liệu viết Khí bảo vệ Khí bảo vệ phổ biến hàn TIG là khí Argon Khí argon phải đáp ứng yêu cầu độ tinh khiết đến 99.967% tỷ lệ nước thấp 0.005mg/l. Khí Heli cũng sử dụng làm khí bảo vệ hàn TIG thường sử dụng trrong hỗn hợp với Argon tỷ lệ khí Heli chiếm đến 75% hỗn hợp khí Ngồi cịn có hỗn hợp khí Argon với Hidro hỗn hợp 5% hidro, 15% hidro, 35% hidro cho hàn thép không gỉ Các hỗn hợp Argon với nito sử dụng dùng cho hàn đồng Điện cực volfram Điện cực Vofram hàn TIG Điện cực hàn TIGVolfram sử dụng làm điện cực có tính chịu nhiệt cao, nhiệt độ nóng chảy cao đến 3410 độ C, với nhiệt độ như điện cực vonfram khơng bị nóng chảy nhiệt độ hồ quang hàn Điện cực vonfram cịn có khả phát xạ điện tử tốt tạo ion hóa hồ quang trì hồ quang, mặt khác vonfram có tính chống oxi hóa cao, khơng bị gỉ, ăn mịn oxy hóa.Theo tiêu chuẩn hiệp hội hàn hoa kỳ AWS A 5.12-80 qui định: Điện cực volfram đường kính tiêu chuẩn từ 0.25 đến 6.4mm với chiều dài từ 76 đến 610mm Các loại điện cực kí hiệu mã màu bảng sau: Kí hiệu điện %vonfra % % % nguyên % tạp Màu sơn cực m Thori Zicon EWP 99.5 EWG 94.5 Không xác định EWTh-1 98.5 EWTh-2 tố khác chất đầu que 0.5 Xanh 0.8-1.2 0.5 Xám 97.5 1.7-2.2 0.5 Vàng EWTh-3 98.95 0.350.55 0.5 EWZr 99.2 EWCe-2 97.3 EWLa-1 98.3 0.150.40 0.5 Nâu 2% oxit ceri 0.5 Da Cam 1% oxit lantan 0.5 Đen Do cấu tạo từ volfram nguyên tố kim loại hiếm, nên điện cực hàn TIG đắt sử dụng cần ý để tránh, bị hỏng, hao phí vơ ích Que hàn TIG (Que hàn bù) Do hàn TIG sử dụng để hàn tất kim loại hàn nên nựa chọn que hàn phụ (bù) rộng Dưới bảng danh sách tiêu chuẩn tham chiếu hàn số kim loại phổ biến Que hàn TIG Mã tài liệu Kim loại áp dụng A5.7A5.9A5.10A5.14A5.15A5.16 A5.18 Hợp kim đồngThép không gỉHợp kim nhômHợp kim nickelGangHợp kim titanThép cacbon A5.19 Hợp kim magie A5.24 Hợp kim Zicron A5.28 Thép hợp kim thấp Que bù thường có đường kính 1.2; 1.6; 2.0; 2.5; 3.2; 4.0; 5.0 chiều dài thường 610mm 915mm Hàn MIG-MAG Định nghĩa hàn MIG/MAG Nguyên lý hàn MIG Hàn hồ quang điện cực nóng chảy mơi trường khí bảo vệ ( Gas metal arc welding – GMAW) phân thành loại MAG (Metal active gas welding) MIG (metal inert gas welding) q trình hàn nóng chảy nguồn nhiệt hàn cung cấp hồ quang tạo điện cực nóng chảy (dây hàn) vật hàn: hồ quang kim loại nóng chảy bảo vệ khỏi tác dụng oxi nitơ môi trường xung quanh loại khí hỗn hợp khí.Ngun Lý Hàn MIG Khí bảo vệ khí trơ (Ar, He hỗn hợp Ar + He) không tác dụng với kim loại lỏng hàn loại khí hoạt tính (CO2; CO2 + O2; CO2 + Ar, …) có tác dụng chiếm chỗ đẩy khơng khí khỏi vùng hàn để hạn chế tác dụng xấu Khi điện cực hàn hay dây hàn cấp tự động vào vùng hồ quang thơng qua cấu cấp dây, cịn dịch chuyển hồ quang dọc theo mối hàn thao tác tay gọi hồ quang bán tự động mơi trường khí bảo vệ Có phương pháp dịch chuyển kim loại vào xũng hàn:hình cầu,ngắn mạch,phun xung phun,mỗi dạng có đặc tính khác biệt riêng Phân loại đặc điểm: Hàn hồ quang điện cực nóng chảy mơi trường khí trơ (Ar, He) tiếng Anh gọi phương pháp hàn MIG (Metal Inert Gas) Vì loại khí trơ có giá thành cao nên không ứng dụng rộng rãi, dùng để hàn kim loại mầu thép hợp kim Hàn hồ quang điện cực nóng chảy mơi trường khí hoạt tính (CO2, CO2 + O2, …) tiếng Anh gọi phương pháp hàn MAG (Metal Active Gas) Phương pháp hàn MAG sử dụng khí bảo vệ CO2 ứng dụng rộng rãi có nhiều ưu điểm: ◉ CO2 loại khí dễ kiếm, dễ sản xuất giá thành thấp; ◉ Năng suất hàn CO2 cao, gấp 2,5 lần so với hàn hồ quang tay; ◉ Tính cơng nghệ hàn CO2 cao so với hàn hồ quang lớp thuốc tiến hành vị trí khơng gian khác nhau; ◉ Chất lượng hàn cao Sản phẩm hàn bị cong vênh tốc độ hàn cao, nguồn nhiệt tập trung, hiệu suất sử dụng nhiệt lớn, vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp; ◉ Điều kiện lao động tốt so với hàn hồ quang tay trình hàn khơng phát sinh khí độc Phạm vi ứng dụng: ◉ Nó khơng hàn loại thép kết cấu thơng thường, mà cịn hàn loại thép không gỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nóng, hợp kim đặc biệt, hợp kim nhơm, magiê, niken, đồng, hợp kim có lực hóa học mạnh với ơxi ◉ Phương pháp hàn sử dụng vị trí không gian ◉ Chiều dày vật hàn từ 0,4 ¸ 4,8 mm cần hàn lớp mà khơng phải vát mép, từ 1,6 ¸ 10mm hàn lớp có vát mép, cịn từ 3,2 ¸ 25mm hàn nhiều lớp ◉ Khơng thích hợp cho hàn ngồi trời ,bởi chuyển động khơng khí xung quanh làm ảnh hưởng tới khí bảo vệ mối hàn Nên sử dụng trong ngành xây dựng hạn chế ◉ Được dùng phổ biến hàn tự động bán tự động Lịch sử phát triển: ◉ Năm 1920 tiên phong cho GMAW phát minh P.O.Nobel ◉ Năm 1948 cuối phát triển Viện Battelle Memorial,nhưng có chi phí cao sử dụng lượng lớn khí trơ ◉ Năm 1953,sử dụng khí bon làm cho hàn GMAW ngày sử dụng rộng rãi ◉ Năm 1958-1959,hồ quang ngắn mạch GMAW tăng tính linh hoạt hàn vật liệu mỏng ◉ Năm 1960 ,đã thêm vào khí bảo vệ lượng nhỏ OXY Gần hồ quang xung áp dụng ngày phát triển Các kiểu chuyển dịch kim loại hàn MIG Chuyển dịch giọt kim loại trong hàn MIG được chia thành loại chính: Chuyển dịch tia, chuyển dịch cầu chuyển dịch ngắn mạch Ngồi cịn có chuyển dịch hỗn hợp hay mezzo-spray transfer Chuyển dịch tia Trong chuyển dịch tia dây hàn nóng chảy chuyển dịch nhỏ giọt nhanh liên tục vào bể hàn Trong kiểu hàn kim loại nóng chảy đầu dây hàn bị kéo theo chiều dọc chuyển qua hồ quang thành giọt nhỏ nhiều so với đường kính dây hàn Độ ngấu kiểu chuyển dịch sâu hàn que hàn song lại thấp chuyển dịch cầu có lượng hàn cao Chuyển dịch tia hàn MIG Chuyển dịch cầu Chuyển dịch cầu xảy dòng điện thấp dòng điện tới hạn Chuyển dịch cho thấy trạng thái giọt lớn đường kính dây hàn hình thành chuyển dịch từ đầu dây hàn vào vũng hàn, mức độ bắn tóe chuyển dịch cao so với chuyển dịch khác Đặc trưng hồ quang đường hàn mấp mô so với chuyển dịch khác Bởi hồ quang bị nhúng chìm vào vũng chảy, nên đường hàn có độ ngấu sâu, hiệu làm biên mối hàn Chuyển dịch cầu hàn MIG Chuyển dịch ngắn mạch Chuyển dịch ngắn mạch xảy chế độ hàn có mức lượng thấp Kim loại dịch chuyển hoàn toàn từ điện cực vào vũng hàn điện cực tiếp xúc với bề mặt vũng hàn tạo ngắn mạch tức thời sau mật độ dịng điện hàn tăng làm cho hồ quang hình thành Chu kỳ lặp lại với tần số từ 50 đến 250 Hz Với chế độ dịch chuyển lượng nhiệt thấp chiều sâu chảy nhỏ Chuyển dịch ngắn mạch hàn MIG Chuyển dịch hỗn hợp Chuyển dịch nằm khoảng chuyển dịch ngắn mạch chuyển dịch tia Kiểu chuyển dịch thường dùng hàn nhôm hợp kim Cấu tạo mỏ hàn MIG, MAG bán tự động Đối với hàn MIG bán tự động, mỏ hàn có hình dạng tương tự súng ngắn, có cổ cong cổ thẳng cấu tạo gồm ống tiếp điểm để chuyển dòng điện hàn đến dây điện cực, đường dẫn khí ống dẫn để hướng dịng khí bảo vệ quanh hồ quang vũng hàn, phận làm nguội khí nước tuần hồn, cơng tắc để đóng ngắt dịng điện hàn, nạp dây dịng khí bảo vệ Cấu tạo mỏ hàn MIG – MAG Cấu tạo mỏ hàn MIG ☀ Nozzle: Chụp khí giúp hướng dịng khí bảo vệ quanh hồ quang vũng hàn ☀ Contact tip: Bộ phận dùng để cố định, giữ, định hướng dây hàn ☀ Insulated neck: Cổ cong giúp súng hàn tiếp cận dễ dàng vị trí hàn ☀ Trigger: Cơng tắc giúp đóng ngắt dịng điện hàn, nạp dây, dịng khí bảo vệ ☀ Tourch body: Thân súng bao phủ lớp cách điện ☀ Gas supply tube: Ống cấp khí ☀ Torch liner guiding filler wire: Ống dẫn dây hàn ☀ Armoured tourch cable: Cáp chứa bảo vệ ống cấp dây hàn, cấp khí, nước làm mát Trong số thiết kế cấu nạp dây lắp đặt vào mỏ hàn kéo dây qua ống mềm từ cuộn dây xa kết hợp với nạp dây bình thường tạo thành hệ thống nạp dây kiểu đẩy kéo Loại súng hàn làm việc với dây hàn thép nhơm có đường kính nhỏ ( 0.8-1.6mm) ... định EWTh-1 98.5 EWTh -2 tố khác chất đầu que 0.5 Xanh 0.8-1 .2 0.5 Xám 97.5 1.7 -2. 2 0.5 Vàng EWTh-3 98.95 0.350.55 0.5 EWZr 99 .2 EWCe -2 97.3 EWLa-1 98.3 0.150.40 0.5 Nâu 2% oxit ceri 0.5 Da Cam... nickelGangHợp kim titanThép cacbon A5.19 Hợp kim magie A5 .24 Hợp kim Zicron A5 .28 Thép hợp kim thấp Que bù thường có đường kính 1 .2; 1.6; 2. 0; 2. 5; 3 .2; 4.0; 5.0 chiều dài thường 610mm 915mm Hàn MIG-MAG... trường khí hoạt tính (CO2, CO2 + O2, …) tiếng Anh gọi phương pháp hàn MAG (Metal Active Gas) Phương pháp hàn MAG sử dụng khí bảo vệ CO2 ứng dụng rộng rãi có nhiều ưu điểm: ◉ CO2 loại khí dễ kiếm,