công nghệ hàn điện nóng chảy tập 1 cơ sở lý thuyết

Cuỗi những năm 1950, hàn bằng tia điện tử xuất hiện, tạo điều kiện hàn các kết cấu kim loại có đòi hỏi rất cao, đặc biệt trong ngành hàng Sau đây là một số khái niệm cơ bản về hàn: + H

NGO LE THONG

TS NGO LE THONG

CONG NGHE HÀN ĐIỆN NÓNG CHẢY

LOI NOI DAU

Hàn điện nóng cháy dùng nhiệt do dòng điện hàn tạo ra nung nóng phần kim loại cơ bản ở chỗ cẩn nổi, cùng kữn loại phụ (que hàn, dây hàn ) đến trạng thái nóng chảy để chúng hòa tan vào nhau trong vũng hàn Môi han sé hình thành sau khi kim loại vũng hàn kết tỉnh

Công nghệ hàn ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiễu ngành công nghiệp như chế tạo máy, xây lắp công trình công nghiệp và

dân dụng, giao thông vận tải, hóa chất, v.v Cùng với đội ngũ cản bộ

quan ly va công nhân hàn, các kỹ sư hàn được đào tạo từ nước ngoài và

tại trường Đại học Bách khoa Hà nội (kế từ năm 1977) đã và đang đóng

góp nhiều công sức tại các công ty, xí nghiệp, viện nghiên cứu và các cơ

sở đào tạo trong cả nước, đáp ứng phân nào nhu cầu không ngừng gia tăng của nên công nghiệp nước nhà về mặt đội ngũ chuyên gia hàn

Giáo trình "Công nghệ hàn Điện nóng chảy" của tác giả Nguyễn Như Tự (Đại học Bách khoa Hà Nội, 1984) đã được xuất bản cách đây gắn 20 năm Kẻ từ đó đến nay, các kiến thức về hàn đã thay déi đáng kế

Một số quả trình hàn mới đã ra đời, công nghệ điện tứ, tin hoc và tự động hóa ngày càng thâm nhập sâu vào lĩnh vực hàn và cắt, đòi hỏi phải

cập nhật, bỗ sung nội dung giáo trình nói trên cho phà hợp với những yêu cầu mới của thực tiễn sản xuất

Trên tỉnh thần đó, Bộ môn Hàn và Công nghệ Kim loại (Khoa Cơ

khí — Đại học Bách khoa Hà Nội giao cho tác giả biên soạn lại giáo

trình môn học "Công nghệ hàn điện nóng chảy" cho sinh viên năm thứ tư

và thử năm thuộc chuyên ngành công nghệ và thiết bị hàn Bộ tài liệu nay gém hai quyền là "Công nghệ hàn điện nóng chảy" (tập 1 - Cơ sở lý

thuyết) và “Công nghệ hàn điện nóng chảy" (lập 2 - Ung dung), mỗi

quyền được dùng làm tài liệu tham khảo trong một học kỳ

Các kỹ sư, kỹ thuật viên và thợ hàn bậc cao tại các cơ sở thiết kế,

chế tạo có sử dụng công nghệ hàn và cắt cũng có thể tham khảo tài liệu này dé phục vụ cho công tác của mình.

Tac gia xin chan thanh cam on Nha xuất bản Khoa học và Kỹ

thuật đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho việc biên soạn và xuất bản

cuốn sách này Tác giả cũng đặc biệt cảm ơn PGs.Ts Hoàng Tùng và

Ks Chu Văn Khang (Bộ môn Hàn và Công nghệ Kim loại — Đại học

Bách khoa Hà Nội) và Ts Nguyễn Thế Ninh (Công ty ETRS Pty Lid, Australia), đã có những nhận xét góp ý quý báu trong quả trình hiệu

đính bản thảo

Do những hạn chế về mặt kiến thức, kinh nghiệm cũng như thời gian, tài liệu này chắc không tránh khỏi những: thiểu sói Chúng tôi xin trân trọng cảm ơn những ý kiến đóng góp của bạn đọc và của

đồng nghiệp Các ý kiến xin gửi về địa chỉ sau:

Bộ môn Hàn và Công nghệ Kim loại — Khoa Cơ khí

Cl — 306 Dai hoc Bách khoa Hà nội

1 Đại Cô Việt - Hà nội

Tel: 04-8692204

Email:thong-dwe@mail.hut.edu.wn

Tac gia

CHUGNG I NHAP MON HAN ĐIỆN NÓNG CHẢY |

Trang

1.2 Phân loại các quá trình hàn điện nóng chảy 8 1.3 Các loại liên kết hàn và mối hàn trong hàn điện nóng chảy 14

1.4 Vật liệu hản dùng trong hản điện nóng chảy 26

1.5 Thiết bị hàn dùng trong hàn điện nóng chảy 36

San khi đọc xong chương này, ban sẽ nam được:

e_ Một số định nghĩa cơ bản dùng trong công nghệ hàn

¢ Nguyên lý và đặc điểm cơ bản của các quá trình hàn điện nóng cháy thông dụng

e Các loại liên kết hàn và các loại mỗi hàn điện nóng chảy Nguyên tắc ký hiệu quy uóc môi hàn trên bản vẽ

© - Vật liệu hàn và việc lựa chọn chúng trong san xuất hàn Ký hiệu quốc té cho vat liéu han

© Thiết bj han va viée lựa chọn chung trong san xuất han.

CHƯƠNG 1: NHẬP MÔN HÀN ĐIỆN NÓNG CHAY

1.1 Một số khái niệm cơ bản

Hỗ quang điện được Sir Humphrey Davy sáng chế ra năm I801

Tuy hhiên mãi đến năm 1881, Auguste de Meritens mới thực hiện

thành công ý tưởng dùng hồ quang của điện cực cacbon để hàn nối các

tấm: chì với nhau Năm 1887, nhà khoa học người Nga, Nikolai

Bernados được cấp bằng sáng chế của Anh quốc cho phương pháp sử

dụng hỗ quang của điến cực cacbon dé han cdc chỉ tiết bằng công nghệ hàn tay Sau đó cho đến khoảng đầu thập ký 1890, phương pháp

hàn hô quang băng điện cực cacbon đã được ứng dụng thương mại tại châu Âu và Mỹ nhưng với phạm vi hạn chế do sử dụng điện áp và

cường độ dòng hàn quá cao (100+300 V va 600+1000 A)

Năm 1889, độc lập với nhau, N G Slavianov (người Nga) và Charles Coffin (người Mỹ) đều được cấp bằng sáng chế cho phương

pháp hàn hồ quang tay có sử dụng điện cực kim loại, thay vì điện cực

cacbon

Oscar Kjellberg (người Thụy Điển) được coi là người đầu tiên đưa ra ý tưởng hàn hỗ quang tay bằng que hàn có vỏ ‘boc ma ching ta quen dùng ngày nay Năm 1907, ông được cấp bằng sáng chế cho phương pháp đó

Năm 1932, ý tưởng đặt một lớp dày thuốc hàn khô lên bề mặt liên kết tại phía trước hồ quang của điện cực cacbon đã biến thành

hiện thực Dưới sự lãnh đạo của Viện sĩ E.O Paton, năm 1939, hàn

dưới lớp thuốc được đưa vào sử dụng lần đầu tiên tại Liên xô Cho

đến giữa năm 1942, do ứng dụng thành công công nghệ này, ngành

công nghiệp quốc phòng của Liên xô đã sản xuất được nhiều xe tăng hơn nước Đức, góp phần không nhỏ vào chiến thắng chung của nhân

loại trước hiểm họa phát xít

Năm 1919, Roberts và Van Nuys đã thử nghiệm khả năng dùng

khí để bảo vệ hồ quang hàn Nhưng mãi đến năm 1940, phương pháp

han str dung khi tro để bảo vệ hồ quang của điện cực vonfram trong hàn tắm móng manhê và thép không gỉ mới được ứng dụng thành công (dùng máy hàn một chiều) Năm 1946, nhờ có bộ ion hóa tần số

cao kết hợp với các tụ điện có điện dung cao, người ta đã sử dụng cả dòng điện xoay chiều cho phương pháp hàn này

Năm 1950, hàn nhôm trong môi trường khí trơ bằng điện cực nóng chảy đã được áp dụng Sau đó thay vì khí trơ, người ta còn sử dụng khí COs và hỗn hợp khí argon và oxi (năm 1955) cho các kim loại khác Năm 1960, hàn bằng điện cực lõi thuốc ra đời Tiếp tục trong thập kỷ 1960, người ta cũng áp dụng cả hàn xung bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí trơ

Năm 1949, cũng dưới sự lãnh đạo của Viện sĩ E.O Paton (Liên

xô), hàn điện xỉ ra đời, cho phép hàn được các tắm kim loại rất dày

Cuỗi những năm 1950, hàn bằng tia điện tử xuất hiện, tạo điều kiện hàn các kết cấu kim loại có đòi hỏi rất cao, đặc biệt trong ngành hàng

Sau đây là một số khái niệm cơ bản về hàn:

+ Hàn là quá-trình nỗi tạo ra sự liên kết vật liệu của các chỉ tiết

bằng cách nung chỗ nối tới nhiệt độ hàn, có sử dụng hoặc không sử

dụng áp lực, hoặc chỉ thông qua sử dụng áp lực, và có sử dụng hoặc

không sử dụng kim loại phụ Hàn được sử dụng để tạo ra các mối hàn

« Mỗi hàn là sự liên kết mang tính cục bộ của.các kim loại (hoặc phi

kim loại) được tạo ra bằng cách nung chúng tới nhiệt độ hàn, có sử dụng hoặc không sử dụng áp lực, hoặc chỉ thông qua sử dụng áp lực,

và có sử dụng hoặc không sử dụng kim loại phụ

« Sự liên kết là sự hợp nhất của các vật liệu tại chỗ hàn

« Vật hàn là tổ hợp các bộ phận cấu thành được nối với nhau bằng hàn:

« Liên kết là chỗ nỗi của các phần tử kim loại, bao gồm mối hàn và

© Kim loại mỗi hàn là toàn bộ phần kim loại cơ bản và kim loại phụ

đã được nung chảy (hoặc được đã chuyên sang trang thái dẻo) trong quá trình hàn và được giữ lại trong môi hàn

s Thợ hàn là người thực hiện việc hàn bằng tay hoặc hàn bán tự động

« Thợ vận hành thiết bị hàn là người thực hiện việc hàn bằng thiết bị

hàn loại điêu khiên thích nghi, tự động, cơ giới hoặc robot

© Quad trình hàn (đôi khi còn gợi là phương pháp hàn) là một nhóm các nguyên lý hoạt động cơ bản (luyện kim, điện, vật lý, hóa học hoặc

cơ học) được sử dụng khi hàn nhắm tạo ra sự liên kết các chỉ tiết hàn

° Han nóng chảy là quá trình-hàn mà trong đó mối hàn được tạo ra băng cách nung chảy vật liệu

« Hàn hồ quang là những quá trình hàn nóng chảy, tao ra sự liên kết

của các chi tiết cân hàn thông qua cach nung chúng băng nguồn nhiệt của hỗ quang

1.2 Phân loại các quá trình hàn điện nóng chảy

Có 6 cách phân loại sau:

1.2.1 Phân loại theo đặc trưng nguồn nhiệt hàn

Theo đặc trưng nguồn nhiệt hàn, có thể chia hàn điện nóng

, chảy thành: han hồ quang, hàn điện xỉ, hàn tia điện tử và hàn tia laser, hình 1-I

HAN TỰ ĐỘNG HAN BAN TY BONG nan BANG mien cue WAN BANG DIEN Ý

c+

HAN TRONG MỖI TRƯỜNG HAN TRONG MO!

KHÍ HOẠT TÍNH TRƯỜNG KHÍ TRỢ

Hình 1-1 Các quá trình hàn điện nóng chảy

1.2.2 Phân loại theo mức độ điều khiển quá trình hàn

Tùy theo cách thức điều khiển quá trình hản (gây hồ quang,

thao tác điện cực, chuyển dịch điện cực theo đường hàn, và cách kết thúc quá trình hàn, v.v.), có thé chia han nóng chảy thành:

Hàn tay là phương pháp hàn mà trong suốt thời gian hàn, người thợ hàn dùng tay để thao tác mỏ hàn hoặc kìm hàn

Hàn bán tự động là phương pháp hàn mà trong suốt thời gian

hàn thợ hàn thao tác súng hàn bằng tay và thiết bị hàn tự động cấp dây

hàn vào sung han

Hàn cơ giới là phương pháp hàn chỉ đòi hỏi dùng tay tác động

vào bộ phận điều khiển của thiết bị để điều chỉnh mỏ hàn hoặc kìm

hàn nhằm đáp ứng các thay đổi nhận biết được qua quan sát hàn bằng mắt

Hàn có điều khiên thích nghỉ là phương pháp hàn có sử dụng

một hệ thống điều khiển cho phép xác định các thay đổi về điều kiện

hàn một cách tự động và ra lệnh cho thiết bị tiến hành các hoạt động

1.2.3 Phân loại theo loại dòng điện hàn

Các loại đòng điện hàn được sử dụng là dòng một chiều cực thuận (điện cực nỗi với cực âm của nguồn điện hàn), dòng một chiều

cực nghịch và dòng xoay chiều

Tuy theo phương pháp hàn mà người ta sử dụng một trong các phương pháp đấu nổi đó Ví dụ, dé hàn dưới lớp thuốc hoặc hàn trong môi trường khí bảo vệ, người ta dùng dòng điện hàn một chiều cực nghịch

1.2.4 Phân loại thea loại hỗ quang

Có các loại hề quang hàn sau: hồ quang trực tiếp (giữa điện

cực và kim loại cơ bản); hồ quang gián tiếp (giữa hai điện cực, kim

loại cơ bản không tạo thành một phần của mạch điện hàn) Hồ quang

trực tiếp được sử dụng phô biến do có hiệu suất cao hơn

1.2.5 Phân loại theo tính chất điện cực

Theo tính chất điện cực, có hàn bằng điện cực nóng chảy và

không nóng chảy (điện cực graphit, vonfam ) Với hàn bằng điện

cực nóng chảy, hô quang hình thành giữa kim loại cơ bản và điện cực nóng chảy (dây hàn hoặc lõi que hàn) Đây là dạng điện cực phổ biển nhất

1.2.6 Phân loại theo môi trường bảo vệ vùng hàn

Theo môi-trường bao vệ vùng hản có: hàn không có bảo vệ (rat

ít dùng), hàn trong môi trường bảo vệ của xỉ (hàn bằng que hàn vỏ bọc dày, hàn dưới lớp thuốc, hàn điện xi), hàn trong môi trường bảo

vệ của khí và xí (hàn hồ quang tay), hàn trong môi trường của khí bảo

vệ và hàn trong môi trường bảo vệ hỗn hợp (môi trường khí va xi

hàn) Ở đây giới thiệu một số qua trinh han này

a Hàn hô quang tay

Khi hàn, vỏ bọc que hàn tạo ra môi trường bảo vệ khỏi tác dụng của khí từ bên ngoài, ổn định hóa hồ quang, hợp kim hóa và tỉnh luyện kim loại mối hàn Hàn hồ quang tay được thực hiện bằng que hàn có vỏ bọc Nhiệt của hồ quang hàn làm chảy một phần kim

loại cơ bản và que hàn Sau khi kết tỉnh, kim loại nóng chảy tạo thành

Kim loại mối hàn

Kim loại cơ bản

b.Han hé quang dưới lớp thuốc

Dây hàn và thuốc hàn có thành phần độ hạt nhất định được đưa vào vùng hồ quang, hình 1-3 Nhiệt của hỗ quang nung chảy cạnh kim

loại cơ bản, dây hàn và một phần thuốc hàn Cùng với sự di chuyển

của hồ quang, thuốc hàn nóng chảy nỗi lên bề mặt vũng hàn và kết

tính, tạo thành một lớp xỉ dễ bong trên bề mặt kim loại mối hàn, đồng

thời kim loại vũng hàn sẽ kết tỉnh dưới dạng mối hàn Xi có tác dụng bảo vệ kim loại nóng chảy khỏi tác dụng của không khí bên ngoài,

hợp kim hóa mối hàn và giảm tốc độ nguội kim loại mối hàn

Kim loại cơ bản _

Mình 1-3, Hàn hồ quang dưới lớp thuốc

c.Hàn hỗ quang trong môi trường khí bảo vệ

Khi hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ, hình 1-4, môi

trường bảo vệ có thể do các khi tro (Ar, He), khí hoạt tính (CO›, Hạ, No) hoặc hỗn hợp khi (Ar + He, Ar + Oo, CO2 + On, v.v.) tao nén Khi

bảo vệ có chức năng ngăn không cho không khí tiếp xúc với kim loại nóng chây và phần kim loại cơ bản bị nung nóng (trong trường hợp các kim loại có hoạt tính cao như titan)

11

8) Hàn bằng điện cực nóng chảy Ð) Hàn bằng điện cực không nóng chảy

Hình 1-4 Hànhô quang trong môi trường khí bảo vệ

Vật hàn

Bể xi nóng chảy Đầu kẹp điện cực —7

12

Bé xỉ nằm giữa các tắm trượt và mép hàn được hình thành từ thuốc hàn ở trạng thái nóng chảy Thông thường quá trình hình thành bể xi

như sau: ban đầu mỗi hồ quang giữa dây han và đáy mối hàn có chứa

phoi sắt vụn; khi đó thuốc hàn nóng chảy ra (ở trạng thái lỏng, nó mang tính dẫn điện) sẽ gây ngắn mạch và hồ quang kết thúc, quá trình

điện xi sẽ tiếp diễn thay cho quá trình hồ quang Dây hàn (điện cực) được cơ cấu đây dây đưa vào bê xi với tốc độ xác định Dòng điện hàn được đưa vào mạch hàn thông qua ống dẫn (đầu kẹp điện cực) Nhiệt

độ bê xỉ cao hơn nhiệt độ nóng cháy của kim loại cần hàn, khiến cho

xỉ hàn làm nung chảy dây hàn và mép vật hàn tại khe hở hàn Kim loại nóng chảy sẽ chảy xuống dưới bể xỉ và tạo thành vũng hàn (bể kim

loại nóng chảy) Do một phần nhiệt sinh ra được truyền vào kim loại

cơ bán và vào nước làm mát các tắm trượt, vũng hản sẽ kết tỉnh từ dưới lên, tạo thành mối han Qua trình hàn này có năng suất cao nhất

khi hàn các tắm có chiều dày lớn

e.Hàn hỗ quang bằng điện cực lỗi bột

Giá kẹp dẫn điện mq Điện cực lỗi bột

Xi néng chay | Cac thanh phan bao vé

hổ quang (bay hơi, tạo xì)

Hiề quang dịch chuyển

Kim loại mối hàn Tướng

Hình 1-6 Han hô quang bằng điện cực lõi bật Hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc (còn gọi là hàn bằng

điện cực lõi thuốc, hàn bằng điện cực lõi bột) có nguồn gốc từ quá

trình hàn bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ, trong ' đó, điện cực nóng cháy là một ống kim loại bên trong được điền đây bằng thuốc hàn và bột kim loại với chức năng tương tự như vỏ bọc

que han (hinh 1-6) Quá trình hản có thể được thực hiện theo một

13

trong hai phương pháp: có sử dụng khí bảo vệ và không sử dụng khí

bảo vệ (dây hàn tự bảo vệ)

1.3 Các loại các liên kết hàn và mỗi hàn trong hàn điện nóng chay

1.3.1 Phân loại các liên kết hàn và mỗi hần

Liên kết hàn là một đoạn của kết cẫu, trong đó các bộ phận cầu

thành được nối với nhau bằng cách hàn Trên thực tế, đây là một thành phần của kết cấu Liên kết hàn bao gồm: mối hàn, vùng ảnh hướng nhiệt (vùng kim loại cơ bản ngay sát mỗi hàn đã trải qua các thay đổi về cầu trúc và các thay đổi khác), và vùng kim loại cơ bản

liền kể

Mỗi hàn trong hàn nóng chảy là phần kim loại được nung chảy

khi hàn và kết tỉnh sau khi hàn

Lý do phân biệt như vậy là vì mối hàn (phần nối các thành phân của liên kết lại với nhau) xác định hình dạng hình học, tính toàn

vẹn, độ bền và các tính chất khác của kim loại ngay tại chỗ hàn Còn

các tính chất của liên kết hàn được xác định bởi tính chất của kim loại

bản thân mối hàn và của vùng ánh hưởng nhiệt Cũng cần tính tới một

phần kim loại nằm cạnh vùng ảnh hưởng nhiệt, nơi có sự tập trung

ứng suất tại chỗ chuyển tiếp từ kim loại mỗi hàn sang kim loại cơ bản,

và biến dạng dẻo trong vùng ảnh hưởng nhiệt, để có thể phản ánh được đặc trưng và phân bố lực trong liên két han

1 Phân loại liên kết hàn

Theo dạng liên kết các phần tử được hàn với nhau, có thể

chia các liên kết hàn thành các loại cơ bản sau: liên kết giáp mỗi,

liên kết chữ T (chữ thập), liên kết góc, liên kết chồng và liên kết mép,

d) liên kết góc, e) liên kết chồng

15

2 Phan loai méi han

Mối hàn thường được phân loại theo dang tiết diện ngang của

chúng: mối hàn giáp mỗi (hình I-9a, và mối hàn góc (hình 1-9b) Các trường hợp đặc biệt của mối hàn góc là mối hàn lỗ (hình 1-9c) và mỗi hàn khe (hình 1-9đ) trong các liên kết hàn chồng

a) Mỗi hàn giáp mối

Dấu hiệu cơ bản của mối hàn giáp mỗi là dạng vát mép các

chỉ tiết dem han Có các loại mối hàn giáp mối sau, hình 1-10: có gấp mép — a), không vát mép — b) (hàn từ một phía và từ hai phía), vát

16

mép một cạnh — c) (hàn từ một phía và từ hai phía), vát mép theo

đường thắng và vát mép theo đường cong, vát mép một phía cả hai

canh, vat mép hình chữ V - d), chữ X —e) , chữ U hoặc U kép —f)

b) Mỗi hàn góc

Theo tiết điện ngang và tính liên tục của mối hàn theo chiều đài,

có các loại mỗi hàn góc sau:

« Theo tiết diện ngang, hình 1-11, có mỗi hàn không vát mép a),

vát mép từ một phía b), vát mép từ hai phía e) Các mối hàn trên hình

1-Ib và 1-11e thực chất là các mối hàn liên hợp giáp mỗi - góc

-_-Š Ác Hình 1-11 Các dạng vát mép mỗi hàn góc trong liên kết chit T

» Theo chiều dai, mối hàn góc có thể là liên tục (hình 1-12a), gián

đoạn (hình 1-12b)

« Theo bước hàn, có phân bố các mỗi hàn kiểu gián đoạn so le

(hình I-12c) và gián đoạn song song (hinh L-12d)

« Các liên kết chữ T, liên kết chồng và liên kết góc có thể chứa các

đoạn mối hàn ngắn dưới đạng mối hàn điểm (hình 1-12 e)

‘Cac mối hàn lỗ có

dạng hình tròn theo hình

chiếu bằng, và là kết

quả của việc nung chảy

hoàn toàn tắm trên (tam

trên có thể được tạo lỗ

trước khi hàn) và một

phan tam dưới tại vị trí

mỗi hàn, hình 1-13a;b

là kết quả của việc hàn Hình 1-12 Các mối hàn góc

trong liên kết chữ T

Wo By, , SS, AS

Hinh 1-13 Hinh dang tiét điện ngang các mối hàn lỗ và hàn

thêm tâm trên lên tắm dưới bằng mỗi hàn góc theo chu vi lỗ xẻ rãnh

của tắm trên (hình 1-13 e)

Bắn yếu tố cơ bản của mỗi hàn theo dạng vát mép và lắp ráp

cạnh hàn là (hình 1-14):

5 Khe đáy, hình 1-14b (còn gọi là khe hở hàn)

« Mat đáy, hình 1-l4c (còn gọi là chiều cao không vát mép, chiều cao chân mối hàn)

`» Góc vải mép han Bva a

Các phương pháp hàn hồ quang không vát mép hiện nay chi

cho phép han tới chiều dày nhất định (4 mm đối với hàn hồ quang tay

và 18 mm với hàn đưới lớp thuốc) Vì vậy nhất thiết phải vat mép khi hàn các chiều dày lớn hơn Góc vat mép cần phải bảo đảm cho hồ quang tiếp cận được xuông chiêu sâu cân hàn và hàn được ngâu toàn

bộ chiều day tam

Góc rãnh hàn tiêu chuẩn phụ thuộc vào phương pháp hàn và

kiểu liên kết hàn và thay đổi từ 60° + 5° đến 20 ° + 5° Kiểu và độ lớn

góc rãnh hàn quyết định năng suất hàn (kiểu chữ.X cho phép giảm 1,6 + 1,7 lần lượng kim loại đắp)

Mặt đáy c (chiều cao không vát mép) thường có giá trị 2 + 1

mm Nó có mục đích bao dam-tao dang đúng và ngăn ngừa cháy thủng đáy mối hàn

Khe đáy ð thường có giá trị 1,5+2 mm vì với các góc rãnh hàn cho trước, nó bảo đảm nung ngấu phần chân mối hàn, tuy trong một số

trường hợp nó có thể bằng 0 hoặc lên đến 10 mm hoặc hơn

Với tất cả các loại mối hàn, việc nung ngấu toàn bộ mép cạnh

hàn và hình dạng bên ngoài của mỗi hàn từ phía mặt trước và phía đáy mối hàn là điều quan trọng Ví dụ, với các mối hàn góc từ một phía, nếu không dùng các biện pháp đặc biệt thì khó có thế hàn ngẫu phần mặt đáy mối hàn đồng thời báo đảm không bị cháy thủng và tạo dáng

- tốt chân mỗi hàn Việc tạo ra sự chuyên tiếp đều từ kim loại mối hàn sang kim loại cơ bản cũng có ý nghĩa quan trọng từ khía cạnh độ bền

liên kết hàn, đặc biệt trong điều kiện chịu tải trọng động Với các mối

hàn góc, khó hàn ngẫu toàn bộ chiều day do dé tiết diện nên lõm để

bao đám chuyến tiếp đều vào kim loại cơ bản và giảm tập trung ứng

suất,

1.3.2 Tiều chuẩn hóa các thành phân kết cấu trong liên kết hàn điện nóng chảy

Do tầm quan trọng của việc chuẩn bị đúng cạnh hàn từ khía

cạnh chất lượng, tính kinh tế, độ bền và khả năng làm việc của liên kết

hàn, người ta đưa ra những tiêu chuẩn (ngành, quốc gia, quốc tế) đối với việc chuẩn bị cạnh hàn Các tiêu chuẩn này quy định hình dang va

w

19

các yếu tố kết cấu cho vát mép và lắp ráp cạnh hàn, cũng như kích

thước các mối hàn hoàn chỉnh

Có các loại tiêu chuẩn cho các liên kết hàn sau:

« Mỗi hàn cho các liên kết hàn hồ quang tay Loại tiêu chuẩn này quy định các yêu tố kết cấu trong việc chuẩn bị cạnh hàn và kích thước

mỗi hàn hồ quang tay cho mọi tư thé han

« Mối hàn cho các liên kết hàn dưới lớp thuốc (tự động và bán tự động) Loại tiêu chuẩn này quy định các yếu tổ kết cầu trong việc chuẩn bị cạnh hàn và kích thước mối hàn dưới lớp thuốc

« Mối hàn và liên kết hàn điện xi Loại tiêu chuẩn này quy định hình

dạng và kích thước trong việc chuẩn bị cạnh hàn và kích thước mối

điện xi

« Mối hàn cho các liên kết hàn hồ quang từ nhôm và hợp kim nhôm Loại tiêu chuân này quy định các yếu tố kết cấu trong việc chuẩn bị cạnh hàn và kích thước mỗi hàn bằng tay và hàn cơ giới trong môi trường khí bảo vệ các kết cầu hàn từ nhôm và hợp kim nhôm

« Mỗi hàn cho các liên kết hàn đường ống bằng thép Loại tiêu chuẩn này quy định các yếu tế kết cấu trong việc chuẩn bị cạnh hàn và kích thước mối hàn đường ống bằng thép khi hàn bằng tay và hàn cơ giới trong môi trường khí bảo vệ hoặc hàn dưới lớp thuốc

s Mối hàn cho các liên kết hàn đường ống bằng đồng và hợp kim đồng

— niken Loại tiêu chuẩn này quy định các yếu tố kết cấu trong việc

chuẩn bị cạnh hàn và kích thước mỗi hàn đường ống bằng đồng và 20

hợp kim đồng khi hàn băng tay và hàn cơ giới trong môi trường khí bảo vệ

Do đặc điểm công nghệ của chúng, các quá trình hàn nóng

chảy khác nhau cho phép đạt được chiều sâu chảy (chiều sâu ngấu) tối

đa khác nhau Khi thay đỗi các thông số cơ bản của chế độ hàn và các

kiểu vát mép, có thể tăng hay giảm chiều sâu chảy và các kích thước

khác của mối hàn Đo đó các tiêu chuẩn như vậy đều tính tới khả năng

có sự thay đôi cường độ dòng điện, điện áp hàn, đường kính điện cực

hàn (mật độ dòng điện hàn) và tốc độ hàn Khi đó, nếu sử dụng cường

độ dòng điện hàn hoặc mật độ dòng điện hàn lớn thì có thể tăng chiều

cao phần không vát mép (mặt đáy), giảm góc vát mép và khe đáy (khe

hở hàn), ví dụ, khi hàn tự động dưới lớp thuốc hoặc trong môi trường khí bảo vệ (tức là cho phép giảm chỉ phí chuẩn bị trước khi hàn)

Khi hàn hề quang tay, các yêu tố như cường độ dòng điện

hàn, tốc độ hàn và điện áp hồ quang chỉ có thể thay đổi trong phạm vi

không lớn Để báo đảm hàn ngấu toàn bộ cạnh hàn khi hàn giáp mối

từ một phía hoặc hàn góc các tắm có chiều dày lớn hơn 4 mm, thì cần han theo cdc mép đã vát từ trước Hàn hồ quang tay không cho phép thợ hàn thay đổi đáng kẻ chiều sâu chảy của kim loại cơ bản, nhưng

có thể thay đối dang ké chiều rộng mối han (thực hiện dao động ngang que hàn)

Khi hàn hồ quang tay các liên kết giáp mỗi có chiều dày từ 9+100 mm, cần thực hiện vát mép và giữ khe đáy như tiêu chuẩn quy định, tùy theo chiều dày tắm và loại liên kết Điều tương tự áp dụng cho hàn bán tự động trong môi trường CO bằng dây hàn đường kính

0,8+1,2 mm

Khi hàn tự động dưới lớp thuốc, chiều sâu chảy của kim loại

cơ bản trong một phạm vi nhất định không phụ thuộc vào dạng vát

mép và khe đáy (thể hiện qua việc có thể sử đụng mật độ dòng điện hàn và nguồn nhiệt tập trung cao) Về mặt lý thuyết, chỉ bằng hai đường hàn tại hai phía có thể hàn giáp mối không cần vát mép tắm có chiều dày tới 60 mm Tuy nhiên khi đó, nếu sử dụng khe đáy bình

thường thì mối hàn sẽ có khuyết tật (do lượng kim loại đắp lớn tới

21

mức làm cho phía bên ngoài mỗi hàn trở nên quá lớn và trông không

bình thường, và mối hàn hẹp tới mức do nguội nhanh khiến phần giữa

môi hàn bị nứt do co ngót) Chính vì vậy mà tiêu chuẩn chỉ cho phép hàn giáp mối không vát mép đến chiều đây 20 mm Với chiều đày lớn hơn thì phải tăng khe đáy hoặc vát mép cạnh hàn Khi vát mép thẳng,

góc vat mép của liên kết là 60° + 5° (cho tấm dày đến 60 mm), khi vat

cong (ví dụ, kiểu chữ U, cho tấm dày đến 160 mm), góc này là 25°+26° dé bao dam giảm lượng kim loại đắp và biến đạng góc; chiều

cao chân mối hàn (mặt đáy) thường từ 2+6 mm và khe đáy từ 0+1

mm Có thể hàn các liên kết chữ T mà không cần vát mép tới chiều

dày tắm 40 mm Tùy theo yêu câu về độ bền của liên kết liên quan đến việc hàn ngấu hoàn toàn, có thể sử dụng các liên kết hàn có vát mép không đối xứng từ một phía với các tắm có chiều dày 8+30 mm, và có

vát mép đối xứng từ hai phía với chiều dày từ 30+60 mm

Dạng vát

mép đơn gián nhất

là đạng đối với hàn

điện xỉ, hình 1-15

Tiêu chuẩn chỉ quy

định chiều dày tối

thiểu của tắm là 16 mm và tối đa là 800 mm và khe hở hàn từ 16+26

Hinh 1-15 Dang vat mép cho han dién xt

Đôi với bàn trong môi trường khí bảo vệ, đặc điểm vát mép liên kết hàn phụ thuộc vào loại điện cực (nóng chảy hay không nóng chảy) và loại khí bảo vệ (khí trơ hay khí hoạt tính) Ví dụ, tiêu chuẩn đối với hàn băng dây hàn có đường kính 1,6 mm trở lên cho phép hàn tắm có chiều dày tới 120 mm (trong khí CO), có vát mép từ chiều dày

10 mm trở lên (góc rãnh hàn giảm xuống tới 40°, mặt đáy 1+2 mm,

khe đáy 0+3 mm) Hàn trong môi trường khí trơ bằng điện cực nóng chảy (chiều dày tối đa 100 mm) và không nóng chây (chiều dày tối đa

20 mm) cũng có các quy định như nhau về chuẩn bị trước khi hàn

Tóm lại, khi sử dụng các tiêu chuẩn cho chuẩn bị mép hản, cần chọn các kiểu vát mép sao cho công tác chuẩn bị là ít tốn kém nhất, 22

lượng kim loại đắp là ít nhất, bảo đảm nung ngấu toàn bộ chiều dày

tắm, chuyển tiếp đều từ kim loại mối hàn sang kim loại cơ bản và biến dạng góc là nhỏ nhất

Ngoài ra, đối với dạng vát mép và kích thước của các tắm đảy

và thép độ bền cao, người ta có sử dụng các dạng vát mép không tiêu chuẩn Ví dụ với thép và hợp kim titan tam day người ta sử dụng phương pháp hàn khe hở hẹp (không vát mép tắm, khe hở hàn 10+12

ram, chiều day tim 100+150 mm), hình 1-16 a

mép chuyển tiếp từ kim loại mối hàn sang kim loại cơ bản bằng điện

cực không nóng chảy (có thể dùng kim loại phụ hoặc không), tạo thành sự chuyên tiếp đều (cải thiện hình dạng mối hàn), hình 1-16 b

Khi hàn thép độ bền cao và một số hợp kim màu, kim loại đắp được

sử dụng không có khả năng bảo đảm cho kim loại mối hàn có đủ độ

bền như kim loại cơ bản Khi đó người ta hản đấp lên kim loại mối

hàn và tăng kích thước của nó để bảo đảm liên kết hàn có độ bền đồng

đều (hình 1-16c) Khi đó dạng liên kết hàn cũng thay đổi

Các yếu tố khác ảnh hưởng đến chất lượng mỗi hàn và tính kinh tế của quá trình hàn là: độ sạch của mép han va bề mặt kim loại

cơ bản liền kề, độ chính xác chuẩn bị mép hàn và gá lắp hàn Phôi han

được chuẩn bị từ thép tắm đã nắn thẳng và làm sạch Mép hàn được

cắt bằng phương pháp gia công cơ (trên máy cắt thủy lực, máy vát

mép, máy phay), cắt bằng mỏ cắt khí, mỏ cất plasma Sau khi cắt bằng

nhiệt, các mép hàn được làm sạch (bằng mài, chổi kim loại) Trong

một số trường hợp khi hàn thép độ bền cao, sau khi cắt mép hàn bằng nhiệt, vùng ảnh hưởng nhiệt phải được loại bỏ- bằng gia công cơ

23

Trước khi lắp ráp cạnh hàn và vùng bề mặt liền kể của kim loại cơ bản (trong khoảng 40 mm) phải được làm sạch khỏi dầu mỡ, gi v.v bằng chéi kim loại, phun cát hoặc tắm thực Các tắm được gá lắp bằng các mỗi hàn đính dài 20+30 mm hoặc bằng đồ gá đặc biệt

Biểu diễn quy ước và ký hiệu mỗi hàn cho các liên kết hàn:

Tiêu chuẩn quốc tế ISO 2553-1984 quy định cách biểu diễn quy ước mỗi hàn trên bán vẽ Sau đây là một số trích dẫn chủ yếu của tiêu chuẩn này

Mỗi hàn giáp mối gấp mép J L Méi han giap méi vat mép chir J bổ

Mối hàn giáp mối không vát mép i | Méi han chan (day) wa

Mối hàn giáp mối vát mép chữ V »X⁄ Mối hàn góc

Mối hàn giáp mối vát mép nửa chữ V L⁄ Mối hàn khe TI Mối hàn giáp mối vát mép chữ Y X Mối hàn lỗ, mối hàn điểm @œ Mối hàn giáp mối vát mép nửa chữ Y Y Mối hàn đờng (hàn áp lực) <> Mối hàn giáp mối vát mép chữ U ` Gia công phẳng (ký hiệu phụ) —— Lom (ký hiệu phụ} ¬— Lồi (ký hiệu phụ) ¬ Hình 1-17 Các ký hiệu chính và phụ của méi han theo ISO 2553-1984 Ngoài tiêu chuẩn ISO, tiêu chuẩn của Hội hàn Mỹ (AWS) cũng được sử dụng rộng rãi tại nhiều nước để ký hiệu mỗi hàn Hình

1-18 cho biết ý nghĩa các ký hiệu chính và ký hiệu phụ của mỗi hàn

(về cơ bản tương tự như theo tiêu chuẩn ISO 2553-1984

24

ANY - 12-12

TT Z 7N TK N TR 7v T€

Không Vat Vát Vát Vát vat 2mép 1mép

vát: chéo chữ V một chữU chữj cong cong

Han vong toàn bộ

quanh chiều day Tưng Ạ i Bể mặtlổi — Bế mặt lõm

Khe đây, chiếu sâu điển với

mối hản lỗ, mỗi hàn khe

Chiều sâu vắt mép, hoặc

kích thước đối với một số mỗi —

‘Quy Ginh, qua tinh nan — _-—”

hoặc tham chiếu khác

Đuôi (bồ khi không _

Các yếu tố trong vùng này vẫn giữ nguyên

chính và phụ của mối hàn theo AWS

Kỹ hiệu gia công bố mặt mối hàn

(N) ~” đếm, prog tham chigu với

~ đườN oe chỉ tiết phía mũi

và tên của liên kết

khi đâo chiều mũ tên và đuôi

Hình 1-19 Ký hiệu mỗi hàn — Vị trí chuẩn của các yếu tổ

25

Trên hình 1-19 là nguyên tắc bố trí ký hiệu mỗi hàn trên bản

vẽ kỹ thuật Mỗi mối hàn sẽ được thể hiện trên bản vẽ bằng một ký hiệu tổng hợp gồm ba phần: phần mũi tên cho biết vị trí của mối hàn;

phần đường tham chiếu cho biết các thông số quan trọng của mối hản

đó (loại mối hàn, dạng vát mép, các thông số hình học, v.v.) và phần

đuôi ký hiệu cho biết các thông tin bỗ sung

1.4 Vật liệu hàn dùng trong hàn điện nóng chảy

Vật liệu hàn được hiểu như là điện cực (que hàn, dây hàn) và thuốc hàn (hoặc vó bọc que hàn), hay là khí bảo vệ, đùng trong hàn

nóng chảy để tạo nên mối hàn có tinh chất nhất định Vật liệu hàn có

công dụng gây và duy trì hồ quang, bỗ sung kim loại cho mối hàn, báo

vệ vùng hàn khỏi tác động của môi trường xung quanh, hợp kim hóa

mối hàn, tỉnh luyện mối hàn, bảo đảm hình dạng ‹cần thiết của mỗi

hàn Vẫn dé tính toán và sản xuất vật liệu hàn đã được đề cập chỉ tiết trong giáo trình Vật liệu Hàn của trường Đại học Bách khoa Hà nội Phần này chỉ giới thiệu phân loại, ký hiệu và cách thức bảo quản và thao tác vật liệu hàn dùng trong công nghệ hàn điện nóng chảy

1.4.1 Phân loại vật liệu hàn

1:Điện cực không nóng chảy:

: Điện cực không nóng chảy được chế tạo từ các :vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao như vonfram, cacbon vô định hình, graphit,

zirconium, hafnium Chúng có nhiệm vụ gây và duy trì hề quang nhưng không bổ sung kim loại cho mối hàn Chúng phải có độ bền nhiệt và tuổi thọ cao

Điện cực graphit va cacbon vô định hình:

Các điện cực này có cấu tạo tỉnh thể hoặc vô định hình Điện

cực graphit cổ điện trở nhỏ hơn 4 lần và bị oxi hóa ở nhiệt độ cao hơn

640 °C; điện cực cacbon vô định hình ở 500 °C Khi hàn, điện cực bị tiêu hao do oxi hóa, do cacbon hóa mối hàn và do bay hơi vật liệu điện cực Có thể giảm bớt sự nung nóng điện cực (sự tiêu hao điện

cực) bằng cách tăng đường kính của chúng (6+20 mm) Loại dòng điện thích hợp với các điện cực loại này là dòng một chiều cực nghịch (cực dương nỗi vào điện cực) vì đồng một chiều cực thuận làm điện cực bị nung nóng một đoạn dai, lam cho nó chóng hao mon, con dong

xoay chiều làm cho hồ quang không ôn định Các điện cực loại này

26

thích hợp cho hàn các tâm mỏng có gấp mép mà không đùng day han

:Điện cực vonfram (W):

Điện cực loại này thường được chế tạo bằng phương pháp

luyện kim bột từ oxit vonfram hoàn nguyên Để cải thiện các đặc tính công nghệ cho hồ quang và chống nóng chảy đầu điện cực, người ta

bé sung 1,5+2% các chất như ZrO;, ThO›, LaO hoặc Y;Os vào vật liệu điện cực Điện cực vonffam sử dụng cho hàn trong môi trường

bảo vệ của khí trợ Nó được nối vào dòng một chiều cực thuận hoặc dòng xoay chiều Đường kính điện cực thường trong khoảng 1+6 mm

Để ngăn điện cực tiếp xúc với vật hàn khi hàn (khả năng tạo ra hợp kim của vonfram có nhiệt độ nóng chảy thấp ở đầu điện cực, dễ làm

cho nó chóng tiêu hao, khả năng lẫn vonfram vào mối hàn) do ngắn mạch, người ta sử dụng bộ gây hỗ quang tự động không tiếp xúc (điện

thế cao, tần số cao) hoặc sử dụng tắm graphit trong việc gây hồ quang

2.Điện cực nồng chảy:

Que hàn:

Que hàn là đạng điện cực kim loại có chiều dài từ 300+500

mm, đường kính lõi 2+5 mm và có phần lớn chiều dài được bọc thuốc

(trừ một đoạn khoảng 20:30 mm để kẹp vào kìm hàn) Nếu không

được bọc thuốc (dùng để hàn trong khí trơ bằng điện cực vonữam

hoặc dùng cho hàn khí oxi — axetylen) thì gọi là que hàn để trần (hay

dây hàn phụ) Thuốc bọc que hàn chứa các chất tạo khí, tạo xỉ, khử oxi, hợp kim hóa, ổn định hồ quang, v.v Năng suất và tính kinh tế của quá trình hàn khi sử dụng một loại que hàn nhất định có thể được đánh

giá thông qua hệ số chảy, hệ số đấp và hệ số tốn thất (mục 2.2.3,

Chương 2) của que hàn Với que hàn thép cacbon thấp, các hệ số đó thường là 7+13 g/Ah, 6+12,5 g/Ah và 5+25%

Các loại que hàn:

Độ ỗn định của hồ quang, chiều sâu chảy, hệ số đấp và khả

năng hàn ở các tư thế.khác nhau phụ thuộc đáng kể vào thành phẩn hóa học của thuốc bọc que hàn Có thể chia que hàn thành ba nhóm

chính theo tính chất của thuốc bọc: xelulô, rutil, và bazơ

Que han (thuộc loại vỏ bọc) xelulô chứa một tỷ lệ lớn xelulô trong vó bọc Đặc điểm khi hàn bằng loại que này là: tạo chiều sâu

27

chảy lớn ở mọi tư thê hàn (thích hợp cho hàn đứng từ trên xuống, hay được áp dụng trong hàn đường ống); có tốc độ cháy cao, cho phép hàn với tốc độ cao; cơ tính mối hàn tương đối tốt; lượng hydro khuyếch tán cao (có thể gây nút nguội trong vùng ảnh hưởng nhiệt): Mối hàn thường trông thô và có xỉ loãng nhưng có độ bám dính khá chắc sau khi hàn

Que hàn rutil chứa một tỷ lệ lớn rutil (oxit titan) trong vỏ bọc Oxit titan tạo thuận lợi cho việc gây và duy trì hồ:quang, cũng như giúp làm giảm lượng bắn tóe khi hàn Đây là các que hàn thuộc loại

thông dụng có các tính chất công nghệ tốt Chúng có thể được sử dụng

với cả dòng một chiều lẫn đòng xoay chiều và ở mọi tư thế hàn Các que hàn này đặc biệt thích hợp cho hàn các liên kết hàn góc ở tư thế hàn ngang Đặc điểm của chúng có thể tóm tắt như sau: cơ tính trung bình của mỗi hàn; hình dạng mối hàn đẹp đo xỉ hàn có độ nhớt cao; xi

dé bong sau khi han

Quc hàn bazơ (kiềm tính) chứa một tý lệ lớn oxit.canxi (bột đá vôi) và huỳnh thạch (florua canxi CaF;) trong vỏ bọc Điều này làm cho xỉ hàn của que hàn loãng hơn của que loại rutil Xỉ hàn của que

loại bazơ đông cứng nhanh, tạo thuận lợi cho hàn ở tư thé han đứng và

han trần Chúng thường được sử dụng trong chế tạo các kết cầu tắm có chiều dày trung bình và lớn Chất lượng mối hàn thường cao về mặt

cơ tính lẫn khá năng chống nứt (khi vật hàn có độ cứng vững cao) Đặc điểm của chúng có thể tóm tắt như sau: lượng hydro khuyếch tán trong kim loại mối hàn thấp; cần hàn với tốc độ cao; hình đạng mối

hản không đẹp (bề mặt lỗi và thô); khó gõ xi sau khi hàn

Dây hàn được chế tạo bằng phương pháp cán nóng hay kéo

Với hàn trong môi trường khí bảo vệ và hàn dưới lớp thuốc, dây hàn ở

dạng cuộn Với hàn trong khí trơ bằng điện cực không nóng chảy, nó

được cắt thành các đoạn có chiều dài nhất định (300+500 mm) Khi

hàn tự động hoặc bán tự động, do tốc độ dịch chuyển dây (tốc độ cấp

dây) phụ thuộc vào chế độ hàn nên chỉ có thế điều chỉnh phần kim loại

đắp tham gia vào mối hàn trong một phạm vi nhất định Khi hàn bằng điện cực không nóng chảy, lượng day hàn tham gia vào mỗi hàn trong

phạm vi rộng hơn và ít phụ thuộc vào chế độ hàn Ngoài dây hàn đặc

có tiết diện tròn (đường kính thường từ 0,8+4 mm), người ta còn sử

28

dụng dây hàn lõi thuốc (còn gọi là dây hàn lõi bột) Về mặt cấu tạo,

loại dây này là ống kim loại bên trong được điền đầy các chất có tính

năng như thuốc bọc que hàn ở dạng bột Tý lệ lõi và vỏ kim loại là

15+40% Các dây loại này dùng chủ yếu cho hàn thép cacbon thấp, thép hợp kim thấp và hàn đắp

Băng hàn:

Ngoài đây hàn, trong hàn đắp (ví dụ, thép không gỉ) người ta

còn sử dụng các điện cực nóng chảy dạng băng có chiều rộng nhất định Băng hàn cho phép tăng đáng kể năng suất của quá trình hàn đấp đưới lớp thuốc

3.Thuốc hàn:

Thuốc hàn là vật liệu dạng hạt, gồm nhiều thành phần, có kích

thước xác định trong khoảng -0,25+4 mm Thuốc hàn được sử dụng trong hàn dưới lớp thuốc và hàn điện xỉ Khi hàn đưới lớp thuốc, nó

nóng chảy một phần và tạo lớp xỉ trên bề mặt vũng hàn để bảo vệ

vũng hàn đồng thời có tác đụng hợp kim hóa mối hàn Khi hàn điện

xi, thuốc hản bị nóng chảy, tạo thành lớp xỉ cung cấp nhiệt cho quá trình hàn và bảo vệ kim loại nóng chảy khỏi tác động của môi trường xung quanh Thuốc hàn có thể mang tính axit hoặc tính bazơ

Theo phương pháp chế tạo thuốc hàn, người ta phân chúng

thành thuốc hàn nung chảy (có thành phân hóa học đồng đều, không

chứa các chất khử oxi và fero hợp kim) và thuốc hàn gốm (là hỗn hợp

cơ học các chất có thành phần tương tự như thuốc bọc que hàn, có thành phan héa hoc khéng đồng đều so với thuốc hàn nung chảy, có

độ bền hạt thuốc thấp) Thuốc hàn gốm có giá thành chế tạo thấp và có

thể dùng cả cho hàn đắp

4.Khí bảo vệ:

Chức năng chính của khí bảo vệ là ngăn không cho không khí bên ngoài tiếp xúc với hề quang và với kim loại ở nhiệt độ cao Ngoài

ra, khí bảo vệ còn có thể giúp dễ gây hồ quang, tạo ổn định cho hồ

quang, làm giảm mức độ bắn tóc khi hàn, giúp đạt được chiều sâu

chảy cần thiết trong quá trình hàn, v v

Có hai nhóm khí bảo vệ là khí trơ (Ar, He) và khí hoạt tính Khi trơ:

29

Khí Argon (Ar) có 3 loại với độ tính khiết khác nhau: 99,99%

(dùng để hàn các kim loại có hoạt tính cao như Ti, Nb, Zr); 99,98%

(ding dé han các kim loại mâu như AI, Mg và hợp kim của chúng) và 99,95% (dùng để hàn thép hợp kim cao) Các tạp chất trong argon là oxi, nitơ và hơi nước Argon thường được chứa trong các cHai có dung

tích 40 lít đưới áp suất 150 at

Ngoài argon, heli (He) cũng được dùng làm khí bảo vệ Heli nhẹ hơn argon l0 lần nên mức tiêu hao của heli cao hon argon 1,5+3

lần Heli có các độ tinh khiết 99,995%; 99,98%; va 99,8% Heli cling được chứa trong các chai có dung tích 40 lít đưới áp suất 150 at

Khi hoại tính:

Các khí hoạt tính chủ yêu dùng trong hàn là CO› (cho hàn

thép) và N; (cho hàn đồng) Có hai loại CO›: 99,5% và 99,0% Các

tap chất trong COs chủ yếu là hơi nước và oxi CO; dạng lòng được

chứa trong các chai có dung tích 40 lít dưới áp suất 50+60 at

Ngoài các khí vừa nêu, người ta còn sử dụng hỗn hợp các khí trơ hoặc CO; với oxi, hoặc ba loại khí đó với nhau với mục đích cải thiện các đặc tính công nghệ của hồ quang (ví dụ: tăng chiều sâu chảy

hoặc giảm sự bắn tóc) hoặc tiết kiệm khí trơ

1.4.2 Ký hiệu vật liệu hàn kim loại

Trên thể giới hiện có nhiều hệ thống ký hiệu vật liệu hàn khác nhau: ký hiệu quốc gia của các nước (DIN, GOST, v.v.), ký hiệu

thương mại của các hãng sản xuất vật liệu hàn (ví dụ, ESAB, Kobe,

Hobart, v.v.) Tuy nhiên hệ thống ký hiệu quốc tế được chấp nhận

rộng rãi hơn cả là hệ thông ký hiệu chung cho kim loại vật liệu hàn

của Viện Hàn Quốc tế (IIW) Hệ thống này kế thừa các hệ thống ký hiệu của Hội Hàn Mỹ (AWS) và Ủy ban Tiêu chuẩn hóa châu Âu

(CEN) va trên thực tế đại điện cho hơn 90% vật liệu hàn kim loại

đang được sử dụng trên toàn thé giới Nó sẽ trở thành cơ sở cho tiêu

chuẩn mới về vật liệu hàn của Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO)

trong một tương lai gần Đặc điểm của hệ thống ký hiệu chung này là tính đơn giản và tính linh hoạt trong sử dụng

30

Hệ thống ký hiệu này bắt đầu bằng tối đa hai chữ cái Với thép

cacbon và thép hợp kim thấp, tức là khoảng 90% kim loại vật liệu hàn đang sử dụng trên thế giới, thì chỉ dùng một chữ cái đầu Chữ cái thứ hai cho biết loại khí bảo vệ dùng cho dây hàn lõi thuốc đối với thép cacbon mangan, hoặc hệ thống hợp kim cho các loại vật liệu khác Xem bang 1-1 và bang 1-2

Bang I-1 Ky hiéu chit cdi dau tién của vật liệu hàn

P~ kim loại quý và |R - hợp kim chịu 5 ~ thép không gỉ T-titan

hợp kim của chúng | nhiệt Co, Mo, W Z - zirconium

Theo sau hai chữ cái là nhóm ký hiệu gồm bốn chữ số

Với que hàn thép cacbon, hai chữ số đầu cho biết độ bền kéo

tối thiểu của kim loại mối hàn tính bằng MPa chia cho 10, hai chữ số còn lại cho biết phạm vi sử dụng của que hàn (dòng một chiều, dòng

xoay chiều, mọi tư thé hàn, hàn ngang mối hàn góc, hoặc hàn sắp) và loại vỏ bọc

Với dây hàn để trần, sau chữ cái S là bốn chữ số: chữ số đầu tiên cho biết nông độ mangan; chữ số thứ hai cho, biết nồng độ

cacbon; chữ số thứ ba cho biết nềng độ silic và chữ số cuối cho biết

nguyên tố khử oxi khác

Với thép hợp kim thấp, theo sau bốn chữ số nói trên là một nhóm từ I đến 3 chữ số và chữ cái kết hợp, cho biết thành phần hóa học (đối với que hàn, dây hàn và đây hàn lõi bột)

“Tiếp theo sau là các ký hiệu tùy chọn (cho một số trường hợp) quy định độ dai va đập của kim loại mỗi hàn và giới bạn nồng độ hydro khuyếch tán trong kim loại mối hàn

Ky hiệu que hàn cho thép cacbon và thép hợp kim thấp:

Hình 1-20 cho thấy thí dụ ký hiệu các que hàn có vỏ bọc đối với thép cacbon và thép hợp kim-thâp:

31

Mx = NiCrMo

W =NiCrCu

Exx xx-abc- x -Hz

L hiệu tùy chọn, cho

lượng hydro khuyếch tán

ý hiệu tùy chọn, cho độ dai va đập nâng cao Hình 1-20 Kỷ hiệu que hàn có vỏ bọc cho thép cacbon và thép hợp kim thấp

Trong trường hợp thép cacbon, ký hiệu gồm chữ cái E theo sau

là 4 chữ sé, vi dụ, E 4310 (tương đương E 6010 theo tiêu chuẩn của AWS) Số 43 cho biết độ bên tối thiếu là 430 MPa (tương đương với

60 ksi theo hệ Mỹ) Số 10 cho biết phạm vi sử dụng của que hàn: dòng một chiều cực nghịch, vỏ bọc que hàn thuộc loại hữu cơ (giống như

theo hệ Mỹ) Có đến 40% kim loại vật liệu hàn sử dụng trên thé giới là

thuộc loại que hàn thép cacbon thấp

Đối với thép hợp kim thấp, ký hiệu còn tiếp tục bằng một dấu gạch ngang, theo sau là 2 đến 3 chữ và số cho biết hệ hợp kim (thành

phân hóa học) Ví dụ, B3 cho biết thành phần hóa học là 2,25%Ct và

1%Mo,

Ký hiệu dây hàn để trần dành cho hàn thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp (hàn trong môi trường khí bảo vệ hoặc hàn dưới lớp

thuốc) bắt đầu băng chữ 5 (dây hàn đặc) hoặc chữ C (đây hàn hỗn hợp

có lõi kim loại, chủ yếu cho thép hợp kim thấp) Theo sau là bốn chữ

số cho biết mức độ khử oxi: chữ số đầu là thành phần cacbon, chữ số

thứ hai là thành phần mangan (0 là thấp, 1 là trung bình, 2 là cao), chữ

số thứ ba cho biết thành phần silic (0 là thấp, 1 la trung binh và 2 là cao), chữ số thứ tư cho biết Các chất khử oxi khác Thành phần hóa học quy định cho dây hàn để trần cho thép hợp kim thấp cũng giống

như với que hàn dành cho thép hợp kim thấp, hình 1-21

32

Hình 1-21 Ký hiệu dây hàn để trần dỗi với thép cacbon và thép hợp kim thấp

Kỹ hiệu đối với dây hàn lõi bột:

Day han lõi bột ngày cảng được sử dụng nhiều và rất đa dạng

về chủng loại Ký hiệu bắt đầu bằng chữ T (hình 1-22) Chữ cái thứ

hai cho biết loại khí bảo vệ (D là COQ; G 1a hén hợp argon với tối thiểu 5% oxi, hoặc argon với L5+25% CO; , hoặc argon với 5+20%

CO; và tối đa 5% oxi; H là không có khí bảo vệ) Nhóm 2 chữ số tiếp

theo cho biết độ bên tối thiéu tinh bing MPa chia cho 10 Theo sau là

một chữ số hoặc chữ N cho biết yêu cầu về nhiệt độ kiểm tra đối với mức năng lượng trung bình 271 khi kiểm tra độ dai va đập trên mẫu

chuẩn (N là không có yêu cầu; 0 là 0 °C; 2 là — 20 °C; 3 là — 30 °C)

Chữ số tiếp theo (từ 0 đến 7) cho biết cdc tu thé han thích hợp và nên hàn một lượt hay hàn nhiều lượt

Chữ số cơ bản sau cùng cho biết hệ xi của loại dây hàn bột (R

là hệ rutil dùng cho mọi trường hợp khí bảo vệ hoặc không; B là hệ

bazơ dùng cho mọi trường hợp khí bảo vệ hoặc không; M là hệ lõi thuốc kim loại dùng cho khí bảo vệ hỗn hợp hoặc CO;; O là các loại lõi khác dùng cho mọi trường hợp khí bảo vệ hoặc không) Theo sau phan ký hiệu cơ bản nảy là một gạch ngang và nhóm ký hiệu gồm 4 chữ cái và số tùy chọn bổ sung, quy định cho mức năng lượng trung

bình 471 khi kiểm tra độ đai va đập trên mẫu chuẩn và nông độ hydro

khuyếch tán

33

43: 430 - 600 MPa (hàn một lớp)

430 - 600 MPa (hàn nhiều lớp)

48: 480 - 650 MPa (hàn một lớp)

480 - 650 MPa (hàn nhiều lớp}

Chủ thích: đổi với hàn một lớp, đây là

giá trị tối thiểu

G: Hỗn hợp khí (Ar và 15 - 25% CO, hoặc

Ar và tối thiểu 5% O, hoặc

Ar và 5 - 20% CO, và tối đa 59%O,)

trung bình tối thiểu 27/ Tùy chọn cho nhóm độ dai va đập

trung binh tối thiểu 47J ở cùng điều

kiện nhiệt độ như chữ số thứ 5

Mức hydro khuyếch tán (tùy chọn) 1oại thành phần cấu tạo lõi

R: tutile + CO, hoặc hỗn hợp khí hoặc không dùng khí bảo vệ B: ba zơ + CO, hoặc hỗn hợp khí hoặc không dùng khí bảo vệ M: kim loại + CO; hoặc hỗn hợp

0: Tư thế hàn sẩp, ngang (mối hàn góc) Hàn nhiều lớp

4: Tư thế hàn sấp, ngang (mối hàn giáp mối vát rãnh, mối han

gốc) hản trần, đứng từ dưới tên Hàn nhiều lớp

2: Tư thế hàn sấp, ngang (mổi hàn giáp mối vát rãnh, mối hàn

góc) hàn trần, đứng từ dưới lên, đứng từ trên xuống Hàn nhiều

lớp

3: Đặc biệt, theo chỉ đẩn của nhà chế tạo vật liệu Hàn nhiều lớp

4:Tư thể hàn sấp, ngang (mối hàn góc) Hàn một lớp

5:Tư thế hàn sấp, ngang (mối hàn giáp mối vat rãnh, mối hàn

góc) hàn trần, đứng từ dưới lên Hàn một lớp

6:Tư thế hàn sấp, ngang (mối hàn giáp mối vát rãnh, mối hàn

góc) hàn trần, đứng từ dưới lên, đứng từ trên xuống, Hàn một lớp

7:Đặc biệt, theo chỉ đẩn của nhà chế tạo vật liệu Hàn một lớp

H10: nồng độ tối đa 10 mi/100g kim loại đấp

H165: nồng độ tối đa 15 m/100g kim loại đắp

Hình 1-22 Ký hiệu dây hàn lõi b6t cho thép hé C-Mn

Ký hiệu đối với thép không gi:

Ký hiệu vật liệu hàn thép không gỉ bắt đầu bằng chữ E (que hàn có vỏ bọc) hoặc S (dây hàn đề trân), hình 1-23 Theo sau là chữ 5 Tiệp theo là nhóm 3 chữ số cho biệt loại thép không gi theo hệ thông

34

ký hiệu Mỹ (ví dụ: 308, 309, 310, 316, 347) Theo sau là một gạch ngang Chữ số thứ tư (từ 0 đến 9) cho biết nguyên tố hợp kim biến tính Chữ cái cuối cùng cho biết loại vỏ bọc que hàn (B là bazơ; R là rutil; S là chứa nhiều SiO;) hoặc khí bảo vệ đối với dây hàn lõi thuốc (C là CO; hoặc Ar + COs; A là Ar + 2% O¿; S là không có khí bảo vệ

G là không quy định)

Ký hiệu 3 chữ số thông dụng, ví dụ 308, 309,

316, v.v

C=C©,hoặc Ar +

co, A=Ar+2%O,

tỉnh

*E° hoặc "S": E = que hàn, S = dây hàn

Hình 1-23 Ký hiệu vật liệu hàn kim loại cho thép hợp kim cao

Ký hiệu đối với vật liệu hàn cho hợp kim nhôm và hợp kim niken cho trong các bảng I-3 và 1-4

Bang 1-3 Ký hiệu kim loại vật liệu hàn cho hop kim nhôm

Bang 1-4 Ký hiệu kim loại vật liệu hàn cho hợp kim niken

Ký hiệu thương mại Ký hiệu UNS Ky hiéu ISO

Que han Day han dac

35

Hệ thống ký hiệu nêu trên tương đối đơn giản và mang tính

linh hoạt cao Nó có mối liên quan chặt chế với hệ thông ký hiệu của

Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế ISO va là tiền đề cho các tiêu chuẩn

của ISO trong lĩnh vực vật liệu hàn IIW khuyến khích các nước

thành viên tham khảo hệ thống ký hiệu vật liệu hàn nói trên khi soạn thảo các tiêu chuẩn quốc gia về vật liệu han

1.5 Thiết bị hàn dùng trong hàn điện nóng chảy

Vì môn thiết bị hàn là một môn học riêng biệt ở bậc đại học

của chuyên ngành công nghệ và thiết bị hàn, nên phần này chỉ giới thiệu qua những nét quan trọng mà kỹ sư công nghệ cần biết trong việc lựa chọn và sử dụng thiết bị hàn điện nóng chảy

1.5.1 Các đặc điểm cơ bản của nguồn điện hàn nóng chảy

Nguồn điện hàn đùng trong hàn nóng chảy có 6 đặc điểm quan

và hàn hồ quang trong môi trường khi bảo vệ bằng điện cực không nóng chảy Chúng cho phép giữ cường độ dòng điện hàn hau như không đổi cho dù có thay đổi nhỏ về chiều dài hỗ quang (tức là điện 36

áp hàn), bảo đảm tính nhất quán cho chất lượng mối hàn Một đặc điểm nữa là dòng ngắn mạch khi gây hồ quang không lớn hơn 200% giá trị dòng điện hàn, nhằm tránh ảnh hưởng nhiều đến chất lượng mỗi hàn

Thiết bị hàn có đặc tuyến thoải hoặc cứng được dùng cho hàn

tự động và bán tự động (trong môi trường khí bảo vệ, dưới lớp thuốc, hoặc băng điện cực lõi thuốc) có tốc độ cấp day han cổ định Khi han, cường độ dòng điện hàn tự điều chỉnh theo chiều dài hồ quang

Điện áp không tải

Điện áp không tải là điện áp giữa các cực thứ cấp của nguồn điện hàn khi nó ở chê độ không có tải (không có dòng điện hàn)

Với nguồn điện hàn có đặc tuyến thoải, điện áp không tải không quan trọng, nhưng: trong trường hợp nguồn hàn có đặc tuyến dốc (cả dòng một chiều lẫn xoay chiều), điện áp không tải có vai trò bao dam dé gay hé quang và độ ôn định cho hồ quang Điện áp không tải càng cao thì độ ôn định của hỗ quang càng cao Tuy nhiên, vì lý do

an toàn lao động, nó không được vượt quá 100 V

Có thể đánh giá đặc tính động của nguồn điện hàn thông qua

hệ số động & = lz„„/7¿, trong đó /s„„„ là cường độ cao nhất của dòng

ngắn mach, Jy la cường độ én định của dòng ngắn mạch Với nguồn

điện hàn hồ quang, l < k < 2,5 Ngoài ra, thời gian phục hồi điện áp

hồ quang không được vượt quá 0,05 s (giây), đồng thời tốc độ tăng

của đòng điện hàn thường nằm trong khoảng 15+20 kA/⁄s

Nguồn điện hàn có các đặc tính động tốt sẽ cho hồ quang rất

ổn định cho dù có các hiện tượng chuyển tiếp như thay đổi tức thời của chiều đải hồ quang, ngắn mạch, gây và tắt hồ quang (hản bằng dòng xoay chiều) liên tục sau mỗi nửa chu kỳ

Cường độ dòng hàn danh định và chu kỳ tải

Nguồn điện hàn được các nhà chế tạo quy định làm việc ở các cường độ dòng hàn danh định và chu kỳ tải (còn gợi là hệ số làm việc

37

liên tục) khác nhau Chu kỳ tải là tỷ lệ phần trăm của một khoảng thời gian mà nguồn điện hàn chịu tải tại một cường độ hàn nhất định trong

vòng 10 phút (một số nước quy định 5 phút) vận hành liên tục Ví dụ,

chu kỳ tải 60% có nghĩa là cứ trong 10 phút máy làm việc thì hỗ quang thực sự làm việc trong 6 phút (4 phút còn lại máy ở chế độ không tải)

Trong ngành cơ khí chế tạo, chu kỳ tải 60% được coi là tiêu

chuẩn cho hàn hồ quang tay Ví dụ, nếu máy hàn được đặt chế độ làm

việc danh định là 300 A với chu kỳ tải 60%, có nghĩa là có thể vận hành máy đó liền 6 phút trong thời gian 10 phút mà không sợ làm máy

bị nóng quá mức

Đôi khi người ta có thể cho máy chạy ở các dòng hàn khác dòng danh định Khi đó, cân tính chu kỳ tải cân thiệt tường ứng theo công thức sau:

Đọc = Roex (lễ Z2)

Trong công thức trên Đoc là chu kỳ tải cần thiết (%), Rpc là chu ky tai (%).tai cường độ hàn danh định, 7¿ là cường độ hàn danh

định (A), 7 là cường độ hàn cần thiết (A) Theo công thức này, một

máy hàn có chu kỳ tải 60% ở cường độ hàn danh định 400 A có thể

được sử dụng để hàn tự động liên tục (chu kỳ tải 100%) ở 310 A

Tương tự như vậy, máy hàn có chu kỳ tải 60% ở cường độ dòng danh

định 300 A có thể làm việc được ở 373A với chu kỳ tải 35% mà

không sợ làm hỏng cách điện trong máy

Cấp cách điện

Việc đặt chu kỳ tải của nguồn điện hàn chủ yếu dựa vào nhiệt

độ tối đa cho phép của các bộ phận của nó như cuộn đây sơ cấp và thứ cấp, cuộn cản, v.v Các giá trị nhiệt độ này phụ thuộc vào loại vật liệu cách điện sử 'dụng để làm ra chúng Quy định đối với nhiệt độ cho từng cấp cách điện thường theo các tiêu chuẩn quốc gia

Hệ số công suất

Hệ số công suất là tỷ lệ giữa công suất thực sự dùng để tạo ra tải danh định tính bằng kW (ví dụ: do đo được) và giá trị công suất nhận được từ lưới điện của nguồn điện hàn, tính băng kVA Hệ số công suất thấp đồng nghĩa với lãng phí và sử dụng công suất kém hiệu quả Thông thường, máy phát hàn có hệ : số công suất 0, 80+ -0,90, trong khi đó biến áp hàn và máy chỉnh lưu hàn có thể có hệ số công suất nhỏ hơn nhiều (tới 0,45 với biển áp hàn) Để tăng hệ số công suất cho biến 38

áp hàn hoặc chỉnh lưu hàn, người ta có thể sử dụng các tủ bù hoặc nối

tụ điện có điện dung cao vào mach so cap

1.3.2 Phân loại các thiết bị hàn điện nóng chảy thông dụng

Có thể phân loại thiết bị hàn điện nóng chảy theo các tiêu chí

khác nhau, ví dụ, theo bảng I-5

Bang 1-5 Các tiêu chí phân loại thiết bị hàn điện nóng chảy

cơ bản Máy phát chạy | Tổ hợp máy phát chạy |Biển áp hàn | Chỉnh lưu hàn

động cơ điện động cơ đốt trong

phương pháp hàn trường khí bảo vệ bang, điện cực nóng chảy, điện cực không nóng Khả năng dùng nguôn điện hàn cho hàn hỗ quang tay, hản trong môi

cháy, hàn dưới lớp thuốc, v.v

7, Thich hop cho

số lượng thợ hàn Khả năng sử dụng một, hai hoặc nhiêu trạm hàn từ một máy hàn

§ Loại làm mát Làm mát tự nhiên băng không khí, làm mát băng quạt gió, làm mát tự

nhiên băng dâu, làm mát cưỡng bức băng đầu

9, Loại cách điện Cấp cách điện A, B, E, F, H, tùy theo sự tăng tối đa cho phép nhiệt độ

trong khoảng nhiệt độ quy định bên ngoài (thường là 40 °C),

cung cấp dòng điện hàn xoay chiều Các loại biến áp hàn dùng trong

chế tạo thường có cường độ dòng điện hàn 200+500 A với chu kỳ tải 60% Với công việc hàn nhẹ, người ta thường dùng biến áp hàn có

cường độ dòng điện hàn 50+200 A Với hàn dưới lớp thuốc, biến áp

hàn có thể cho cường độ dòng điện hàn lên đến 1000-1500 A với chủ

kỳ tải 100% Một biến áp hàn thường có bến bộ phận chính: khối lõi

39