Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc (FCAW) đến kích thước và hình dạng mối hàn giáp mối một phía

Qúa trình hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc có các ưu điểm: thời gian duy trì hồ quang dài, tốc độ đắp lớn, không bị tổn thất đầu mẩu que hàn nhiều so với hàn hồ quang tay; mức độ bắn tóe t

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN ĐĂNG HOÀNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN HỒ QUANG BẰNG DÂY HÀN LÕI THUỐC (FCAW) ĐẾN KÍCH THƯỚC VÀ

HÌNH DẠNG MỐI HÀN GIÁP MỐI MỘT PHÍA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Trang 2

Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng i GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Đăng Hoàng, học viên Cao học ngành Kỹ thuật cơ khí - Khoá

2012, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh

hưởng của chế độ hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc (FCAW) đến kích thước và hình dạng mối hàn giáp mối một phía.”

Tôi xin cam đoan rằng, ngoại trừ các số liệu, các bảng biểu, các đồ thị,… đã được trích dẫn từ tài liệu tham khảo và kết quả nghiên cứu cùng Thạc sỹ Vũ Văn Ba thì các số liệu, nội dung còn lại được công bố trong Luận văn này là của tác giả Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Học viên

Nguyễn Đăng Hoàng

Trang 3

HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng ii GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN FCAW 3

1.1 Tổng quan về phương pháp hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ 3

1.1.1 Phạm vi ứng dụng 4

1.1.2 Ưu điểm 4

1.1.3 Hạn chế 5

1.2 Công nghệ hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc FCAW 5

1.2.1 Nguyên lý, đặc điểm và phân loại 5

1.2.2 Vật liệu và thiết bị hàn FCAW 8

1.2.3 Ứng dụng công nghệ hàn FCAW 18

1.3 Công nghệ hàn giáp mối một phía 21

1.3.1 Phân loại các liên kết hàn và mối hàn 21

1.3.2 Hàn giáp mối một phía 24

1.4 Kết luận và định hướng nghiên cứu 30

CHƯƠNG II: ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN FCAW TỚI HÌNH DÁNG VÀ KÍCH THƯỚC MỐI HÀN GIÁP MỐI 31

2.1 Các thông số của chế độ hàn FCAW 31

2.2 Dòng điện hàn 32

2.3 Điện áp hồ quang 34

2.4 Tầm với điện cực 34

2.5 Tốc độ hàn 36

2.6 Góc nghiêng điện cực 37

2.7 Lưu lượng khí bảo vệ 37

Trang 4

HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng iii GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà

2.8 Kỹ thuật hàn 40

2.8.1 Hàn dây điện cực tự bảo vệ 41

2.8.2 Hàn dây điện cực có sử dụng khí bảo vệ 42

2.9 Kết luận 42

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN FCAW TỚI HÌNH DÁNG VÀ KÍCH THƯỚC MỐI HÀN 43

3.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm 43

3.2 Các khái niệm cơ bản về quy hoạch thực nghiệm 43

3.2.1 Quy hoạch thực nghiệm 43

3.2.2 Đối tượng nghiên cứu 43

3.2.3 Kế hoạch thực nghiệm 44

3.2.4 Các mức giá trị và khoảng biến thiên của yếu tố đầu vào 44

3.2.5 Các bước của bài toán quy hoạch thực nghiệm và tìm cực trị 46

3.3 Nội dung 48

3.3.1 Quy hoạch thực nghiệm xác định ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn đến hình dạng và kích thước của mối hàn 48

3.3.2 Vật liệu, trang thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 55

3.3.3 Quy trình thực nghiệm 62

3.4 Kết quả thí nghiệm 64

3.4.1 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn đến hình dạng và kích thước của mối hàn 70

3.4.2 Ảnh hưởng của tốc độ hàn đến hình dạng và kích thước của mối hàn 71

3.4.3 Ảnh hưởng của tần số dao động đầu hàn đến hình dạng và kích thước của mối hàn 72

3.4.4 Ảnh hưởng đồng thời giữa Ih và Vh đến hình dạng và kích thước của mối hàn 73

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

Trang 5

HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng iv GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

Trang 6

HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng v GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà

môi trường khí bảo vệ)

chảy trong môi trường khí trơ)

trường khí trơ)

trong môi trường khí hoạt tính)

(hiệp hội kỹ sư cơ khí Mỹ)

(hiệp hội kiểm nghiệm vật liệu Mỹ)

chuẩn hóa quốc tế)

Trang 7

HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng vi GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.3 Thành phần hóa học và quy cách khử ô xi của thép độ bền cao

A36

55

Bảng 3.7 Hệ số hồi quy thu được từ kết quả thực nghiệm chạy trên phần

mềm Modde 5.0

69

Trang 8

HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng vii GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà

Hình 1.10 Các yếu tố kết cấu của mối hàn theo dạng vát mép và lắp ráp

cạnh hàn

24

Hình 2.3 Đồ thị quan hệ giữa cường độ dòng điện hàn với vận tốc cấp

dây điện cực và đường kính dây điện cực

33

Hình 2.4 Đồ thị quan hệ giữa cường độ dòng điện hàn và vận tốc cấp dây

điện cực với kích thước dây hàn khi sử dụng chế độ hàn với tầm

với điện cực không đổi

35

Hình 2.5 Đồ thị quan hệ giữa tầm với điện cực với cường độ dòng điện

hàn, vận tốc cấp dây và đường kính dây điện cực

Trang 9

HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng viii GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà

Hình 3.25 Ảnh hưởng đồng thời của Ih và Vh đến hình dạng và kích thước

của của mối hàn

74

Trang 10

HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng 1 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thúc Hà

MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật thì hàng loạt các vật liệu mới đã ra đời Cho đến nay vật liệu được sử dụng trong các ngành

là rất đa dạng về chủng loại và tính công nghệ Cùng với đó nhu cầu của con người

về năng suất, chất lượng và tính thẩm mỹ của sản phẩm ngày càng được nâng cao

Vì vậy ngành công nghệ hàn cũng phải nghiên cứu để tìm ra những công nghệ nhằm đáp ứng thực tế đó Kết quả là hàng loạt công nghệ hàn ra đời, trong đó có công nghệ hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc

Qúa trình hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc có các ưu điểm: thời gian duy trì

hồ quang dài, tốc độ đắp lớn, không bị tổn thất đầu mẩu que hàn nhiều so với hàn

hồ quang tay; mức độ bắn tóe thấp, kim loại mối hàn ít bị rỗ khí, mức độ tiêu thụ khí bảo vệ thấp hơn so với phương pháp hàn bằng điện cực dây hàn đặc Với các ưu điểm của mình thì công nghệ hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc ngày càng được

áp dụng trong thực tiễn Nhưng hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc là một phương pháp hàn tương đối mới ở nước ta, việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ này vào thực tế sản xuất còn rất hạn chế Vì vậy, để có cơ sở đánh giá chất lượng mối hàn việc nghiên cứu ảnh hưởng của thông số cơ bản đến kích thước và hình dạng của mối hàn thực hiện bằng công nghệ hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc là hết sức cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao

Mục đích của đề tài:

Đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ hàn cơ bản đến kích thước

và hình dạng của mối hàn giáp mối thực hiện bằng công nghệ hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc nhằm ứng dụng vào sản xuất một cách có hiệu quả

Các vấn đề cần được giải quyết:

+ Khảo sát về công nghệ hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc, ứng dụng của nó trong thực tế

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc tới hình dáng và kích thước của mối hàn giáp mối một phía

+ Thực nghiệm kiểm chứng

Trang 11

+ Đánh giá kết quả và kiến nghị

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của PGS.TS Nguyễn Thúc Hà, Các Thầy cô trong Bộ môn Hàn & Công nghệ kim loại, Viện Cơ khí trường Đại học Bách khoa Hà Nội; Ths Vũ Văn Ba đã giúp đỡ em trong quá trình thực nghiệm Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn Trung tâm Thực hành trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định đã tạo điều kiện cơ sở vật chất để tác giả thực hiện các thí nghiệm hoàn thành luận văn này!

Hà Nội, ngày tháng 9 năm 2014

Học viên

Nguyễn Đăng Hoàng

Trang 12

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN FCAW 1.1 Tổng quan về phương pháp hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ

Phương pháp hàn về hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ đã được giới thiệu từ năm 1920, nhưng đến tận năm 1948 nó mới được ứng dụng rộng rãi trên thị trường Hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ là quá trình hàn nóng chảy trong đó nguồn nhiệt hàn được cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa điện cực nóng chảy (dây hàn) và vật hàn Hồ quang và kim loại nóng chảy được bảo

vệ khỏi tác dụng của Oxi và Nitơ trong môi trường xung quanh bởi một loại khí hoặc 1 hỗn hợp khí Khí bảo vệ có thể là khí trơ không tác dụng với kim loại lỏng khi hàn hoặc là các loại khí hoạt tính có tác dụng chiếm chỗ đẩy không khí ra ngoài vùng và hạn chế tác dụng xấu của nó Phương pháp hàn này gọi là GMAW (Gaz Metal Arc Welding)

Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí trơ (Ar, He, …) gọi là phương pháp hàn MIG (Metal Inert Gas), thường được sử dụng để hàn kim loại màu và hợp kim màu

Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí hoạt tính (CO

2, CO

2 + O

2,…) gọi là phương pháp hàn MAG (Metal Active Gas), thường được sử

dụng rộng rãi để hàn kim loại thép carbon và thép hợp kim thấp trong công nghiệp Một biến thể của phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo

vệ là sử dụng một điện cực hình ống có lõi chứa đầy bột kim loại để tạo nên những thành phần cơ bản của kim loại mối hàn (điện cực kim loại lõi thuốc) Những điện cực như thế khi sử dụng bắt buộc phải có khí bảo vệ để bảo vệ kim loại vũng hàn nóng chảy khỏi tác động của không khí

Những điện cực có lõi thuốc kim loại này được Hiệp hội hàn Hoa Kỳ coi là một nhánh của hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ Các Hiệp hội hàn ở các nước khác có thể xếp điện cực này vào nhóm điện cực có lõi thuốc

Trang 13

Phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ có thể vận hành theo kiểu bán tự động hoặc tự động Tất cả các kim loại quan trọng trong thương mại như là thép cácbon, thép hợp kim thấp độ bền cao, thép không gỉ, nhôm, đồng, titan, và các hợp kim của niken có thể hàn ở mọi tư thế bằng phương pháp này, chỉ cần lựa chọn được khí bảo vệ, điện cực và các thông số hàn thích hợp

1.1.1 Phạm vi ứng dụng

- Trong nền công nghiệp hiện đại, hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ chiếm vị trí rất quan trọng Nó không những có thể hàn các loại thép kết cấu thông thường mà còn có thể hàn các loại thép không rỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nóng, các hợp kim đặc biệt, các loại hợp kim nhôm, ma giê, niken, đồng, các hợp kim

- Phương pháp hàn này dễ sử dụng và mang tính hiệu quả kinh tế cao trong sản xuất công nghiệp

1.1.2 Ưu điểm

Phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ được ứng dụng rộng rãi tới ngày nay là dựa trên rất nhiều những ưu điểm nổi trội của nó Những ưu điểm quan trọng của phương pháp hàn này là:

- Tốc độ điền đầy là cao hơn nhiều so với trong phương pháp hàn hồ quang với que hàn có thuốc bọc

- Phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ khắc phục được hạn chế về chiều dài điện cực có giới hạn trong phương pháp hàn hồ quang bằng que hàn có thuốc bọc

- Tốc độ hàn cao hơn so với phương pháp hàn hồ quang với que hàn có thuốc bọc vì điện cực được cấp liên tục và tốc độ điền đầy mối hàn cao hơn

- Dây hàn được cấp liên tục nên có thể thực hiện được các mối hàn dài mà không phải dừng rồi gây lại hồ quang

- Khi sự chuyển kim loại dạng bụi được sử dụng, có thể tạo nên những mối hàn với độ thâm nhập sâu hơn so với hàn bằng hàn hồ quang với que hàn có thuốc

Trang 14

bọc, điều đó cho phép thực hiện những mối hàn góc với kích cỡ nhỏ hơn mà vẫn đảm bảo độ bền tương đương

- Công tác làm sạch sau khi hàn là ít nhất do không có nhiều xỉ

- Hồ quang hàn cần phải được bảo vệ chống lại tác dụng của không khí làm phân tán khí bảo vệ Trong quá trình hàn cần có sự che chắn đảm bảo cho khu vực hàn không bị gió lùa hoặc thổi tạt

- Mức độ bức xạ nhiệt và cường độ dòng điện cao có thể làm cho người thợ vận hành khó chịu hơn với phương pháp hàn này

- Khó khăn khi phải làm việc ở những vị trí trên cao

1.2 Công nghệ hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc

Hàn dây hồ quang điện cực lõi thuốc là một bước phát triển của phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ Phương pháp hàn này giúp nâng cao tính năng luyện kim của quá trình hàn và cơ tính của lớp đắp thông qua các nguyên tố hợp kim chứa trong thuốc hàn Trong lĩnh vực hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp, hàn

hồ quang bằng điện cực lõi thuốc bằng phương pháp bán tự động đang thay thế dần cho nhiều ứng dụng hàn hồ quang tay

1.2.1 Nguyên lý, đặc điểm và phân loại

1.2.1.1 Nguyên lý của hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc

Hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc có nguồn gốc từ quá trình hàn bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ, trong đó điện cực nóng chảy là

Trang 15

một ống kim loại, bên trong được điền đầy bằng thuốc hàn với chức năng tương tự như vỏ bọc que hàn Quá trình hàn có thể được thực hiện theo một trong hai phương pháp: có sử dụng khí bảo vệ và không sử dụng khí bảo vệ (dây hàn tự bảo vệ)

1.2.1.2 Đặc điểm của hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc

Hàn bằng điện cực lõi thuốc khắc phục được những nhược điểm vốn có của hàn hồ quang tay như thời gian có hồ quang thấp, tốc độ đắp thấp, tổn thất đầu mẩu que hàn, các yếu tố liên quan đến kỹ năng và sự mệt mỏi của thợ hàn Thiết bị hàn cho phép tự động cấp và điều khiển điện cực (dây hàn) một cách tự động để thợ hàn

có thể tập trung vào chuyển động của hồ quang một cách dễ dàng

So với điện cực dạng dây hàn đặc dùng trong hàn trong môi trường khí bảo vệ, điện cực lõi thuốc có một số ưu điểm như mức độ bắn tóe thấp, hình dạng bề mặt mối hàn được cải thiện đáng kể (do có các chất ổn định hóa hồ quang và tạo xỉ trong thành phần thuốc hàn) Ngoài ra, kim loại mối hàn ít bị rỗ khí và cho kết quả kiểm tra bằng chiếu tia X một cách nhất quán hơn nhiều Mức độ tiêu thụ khí bảo vệ cũng thấp hơn nhiều (8 - 12 lít/phút so với 17 lít/phút khi hàn trong môi trường CO2 bằng dây hàn đặc biệt) [4] Một ưu điểm nữa của điện cực lõi thuốc là các nhà chế tạo điện cực không phụ thuộc nhiều vào nhà máy sản xuất thép như với điện cực đặc, đặc biệt khi khối lượng đơn hàng lớn

Vì điện cực lõi thuốc sử dụng vật liệu thép tiêu chuẩn và điều chỉnh thành phần hóa học thông qua đơn thuốc thích hợp của lõi, nhà chế tạo điện cực có thể cung ứng theo các đơn hàng nhỏ trong một thời gian ngắn Thuận lợi khác nữa là có khả năng chế tạo các dây hàn đắp có tính chất đặc biệt

1.2.1.3 Phân loại

Hàn bằng điện cực lõi thuốc có thể phân loại theo hai phương pháp: hàn hồ quang điện cực lõi thuốc có sử dụng khí bảo vệ và hàn hồ quang điện cực lõi thuốc không sử dụng khí bảo vệ

- Hàn hồ quang điện cực lõi thuốc có sử dụng khí bảo vệ: ưu điểm tiêu thụ ít khí bảo vệ hơn so với hàn bằng dây đặc Năng xuất lao động cao phù hợp với các mối hàn dày mối hàn tốt và ít lỗi hơn so với hàn que và hàn MIG/MAG

Trang 16

Hình 1.1 Nguyên lý quá trình hàn hồ quang điện cực lõi thuốc có sử dụng khí

bảo vệ

- Hàn hồ quang điện cực lõi thuốc không sử dụng khí bảo vệ (dây hàn tự bảo vệ) do trong thuốc hàn có các hợp chất giúp tạo môi trường bảo vệ mối hàn Với loại này giúp cho tính cơ động của thiết bị cao, và thiết bị có thể làm việc tại các nơi

có gió

Trang 17

Hình 1.2 Nguyên lý quá trình hàn hồ quang điện cực lõi thuốc không sử dụng khi

bảo vệ 1.2.2 Vật liệu và thiết bị hàn FCAW

Trang 18

cho việc gia công Tiết diện ngang của dây hàn lõi thuốc thường có một số dạng

như hình 1.3

Hình 1.3 Một số dạng tiết diện ngang của dây hàn lõi thuốc

Lõi thuốc bột:

Lõi thuốc bột là hỗn hợp các khoáng chất ở dạng bột tương tự như thuốc bọc

que hàn, nhưng không chứa các chất tạo hình và chất dính kết Chúng cũng có chức

năng như các chất trong thành phần mẻ liệu thuốc bọc bình thường hoặc thuốc bọc

hợp kim hoá (tức là chủ yếu chứa các fero hợp kim hoặc bột kim loại)

Hệ số lõi thuốc là tỷ lệ giữa khối lượng lõi thuốc và vỏ ống kim loại được tính

theo hai cách sau [9]:

lâi vá

lâibét

G

=G

+G

G

= 10 - 40% có nghĩa trọng lượng lõi thuốc trên

trọng lượng chung của một đơn vị chiều dài dây nhất định

Đối với dây lõi thuốc có tính năng bình thường, lõi thuốc thường chứa các chất

tạo khí, tạo xỉ mỏng để bảo vệ cột hồ quang và kim loại vũng hàn khỏi sự tác dụng

của môi trường xung quanh thì hệ số lõi thuốc chỉ cần từ 10 - 15% là đủ tin cậy

Trang 19

Đối với dây hàn lõi thuốc có thêm chức năng hợp kim hoá, hệ số lõi thuốc sẽ lớn hơn

* Phân loại, kí hiệu và ứng dụng:

Phân loại:

Theo tính năng của lõi thuốc: Tuỳ theo tính năng của dây lõi thuốc, chúng được

chia ra thành một số loại chủ yếu sau đây:

- Loại tự bảo vệ: thành phần lõi thuốc chứa các chất sinh khí và vỏ ống kim loại chứa một lượng đáng kể các nguyên tố hợp kim đóng vai trò chất khử Lõi thuốc thường sử dụng các hệ xỉ sau đây:

Vỏ dây hàn tự vệ: chứa một hàm lượng các chất khử O2, N2 khá lớn Đó là

Al, Ti và Zr, đôi khi có cả Ni để nâng cao độ dai va đập của kim loại mối hàn

Các hệ xỉ thường dùng: có chứa hàm lượng chất tạo khí nhiều hơn

Hệ xỉ CaCO3 - TiO2 - CaF2 ;

Hệ xỉ CaCO3 - CaF2 ;

Hệ xỉ CaF2 - TiO2 , ví dụ E70T - 3;

Hệ xỉ CaF2 - Oxyt nhôm, ví dụ E70T - 4, E60T - 7, E60T - 8

- Loại kết hợp :

 Dây lõi thuốc + khí bảo vệ (thường là khí CO2);

 Dây lõi thuốc + hàn dưới lớp thuốc, phương pháp này thường được ứng dụng hàn dây lõi thuốc hợp kim hoá để hàn đắp (được ứng dụng rộng rãi ở Liên xô cũ)

Thành phần lõi thuốc loại kết hợp thường dùng các hệ xỉ sau đây:

Loại mang tính axit: xỉ hệ TiO2, ví dụ dây lõi thuốc E70T - 1, E70T - 2 ; Loại mang tính bazơ hoặc trunh tính: xỉ hệ CaCO3 - TiO2 , ví dụ E70T - 1; Loại bazơ: xỉ hệ CaCO3 - SiO2 - CaF2, ví dụ E70T - 5

Trên cơ sở những hệ xỉ trên Viện Hàn mang tên E O Paton đã nghiên cứu các loại phổ biến: ΠΠ- AH1, ΠΠ - AH 2, ΠΠ - AH3 trong đó bổ sung thêm Na2Si F6

Trang 20

Theo công dụng của dây hàn lõi thuốc: Theo công dụng của dây lõi thuốc,

chúng được chia ra thành một số loại chủ yếu sau đây:

- Dây hàn lõi thuốc để hàn thép cacbon;

- Dây hàn lõi thuốc để hàn thép hợp kim thấp;

- Dây hàn lõi thuốc để hàn thép hợp kim cao Cr và Cr - Ni;

Kí hiệu dây hàn lõi thuốc:

Hiện nay hệ thống kí hiệu theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) cho dây hàn lõi thuốc chưa ban hành, do vậy chủ yếu tham khảo theo các hệ thông kí hiệu quốc tế Tiêu chuẩn Quốc tế ISO về dây hàn lõi thuốc đang được trình phê chuẩn Hiện nay phổ biến dùng Bộ tiêu chuẩn của Mỹ:

- AWS A5.20 -79; 95 “Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với điện cực lõi thuốc cho hàn thép cacbon”: theo tiêu chuẩn này dây hàn lõi thuốc được kí hiệu bằng nhóm chữ và

số EXXT-X,

+ E - là điện cực hàn;

+ T - là loại điện cực lõi thuốc;

+ Chữ X đầu tiên là nhóm độ bền quy định về cơ tính kim loại mối hàn (xem bảng 1.1);

+ Chữ X thứ hai là thể hiện tư thế hàn ưu tiên (0 là tư thế hàn sấp và hàn ngang; 1 là mọi tư thế)

+ Chữ X sau cùng cho biết công dụng và tính năng của 12 loại dây hàn trong mỗi nhóm (xem bảng 1.2)

Bảng 1.1 Yêu cầu về cơ tính kim loại mối hàn [9]

thiểu, MPa

Giới hạn chảy tối thiểu, MPa

Độ dãn dài tương đối, %

Độ dai va đập Charpy-V, J

Trang 21

thiểu, MPa

Giới hạn chảy tối thiểu, MPa

Độ dãn dài tương đối, %

Độ dai va đập Charpy-V, J

Trong các loại dây hàn bột nói trên, các loại E6XT-GS, E7XT-2, E7XT-3, E7XT-10 và E7XT-GS dùng cho hàn một lượt

Bảng 1.2 Công dụng và tính năng các loại dây hàn lõi thuốc [9]

T-1 Sử dụng CO2, có thể dùng hỗn hợp CO2 với Ar, đặc biệt ở các tư thế

Trang 22

khác hàn sấp Tăng lượng Ar trong hỗn hợp khí làm tăng lượng Mn và

Si trong kim loại mối hàn và do đó tăng độ dai va đập Đặc trưng dịch chuyển giọt kim loại khi hàn là dạng dịch chuyển tia, lượng bắn téo ít, mối hàn phẳng hoặc hơi lồi Xỉ mỏng loại rutil (TiO2)

T-2

Tương tự loại T-1, nhưng có hàm lượng Mn, Si nâng cao, chủ yếu dùng cho hàn một lượt ở tư thế hàn sấp và hàn ngang Do hàm lượng chất khử oxi cao cho phép hàn một lượt thép sôi hoặc thép có gỉ bề mặt Đặc trưng hồ quang và bề mặt mối hàn tương tự như loại T-1 T-3

Là loại dây hàn tự bảo vệ, dùng dòng một chiều cực nghịch Đặc trưng dịch chuyển kim loại dạng tia Dùng cho hàn một lượt ở tư thế hàn sấp

và hàn ngang các tấm thép có chiều dày tới 4,8 mm

T-4

Là loại dây hàn tự bảo vệ, dùng dòng một chiều cực nghịch Đặc trưng dịch chuyển kim loại dạng giọt lớn Đây là loại dây hàn có hệ số đắp cao, chiều sâu chảy nhỏ và khả năng khử lưu huỳnh tốt Có thể dùng

để hàn một lượt hoặc nhiều lượt ở tư thế hàn sấp và hàn ngang

T-5

Sử dụng CO2 , có thể dùng hỗn hợp CO2 với Ar, đặc biệt khi hàn một lượt hoặc nhiều lượt ở tư thế hàn sấp và hàn ngang (mối hàn góc) Đặc trưng dịch chuyển giọt kim loại khi hàn là dạng giọt lớn, mối hàn hơi lồi Lớp xỉ bazơ mỏng Cơ tính cao hơn so với loại dùng hệ xỉ rutil (TiO2)

để hàn một lượt hoặc nhiều lượt

T-8

Là loại dây hàn tự bảo vệ, dùng dòng một chiều cực thuận Dùng cho hàn ở mọi tư thế Khả năng khử lưu huỳnh tốt, cho cơ tính kim loại mối hàn cao Có thể dùng để hàn một lượt hoặc nhiều lượt

Trang 23

T-G Đây là loại dây hàn dùng cho hàn nhiều lượt khác các loại nói trên T-GS Đây là loại dây hàn dùng cho hàn nhiều lượt khác các loại nói trên Với các loại dây hàn loại T-GS, T-2, T-3 và T-10 không có quy định về thành phần hoá học kim loại mối hàn, vì chúng được dùng hàn một lượt các tấm với mức

độ tham gia lớn của kim loại cơ bản vào mối hàn Còn các loại dây hàn còn lại có quy định về thành phần hoá học kim loại mối hàn

- AWS A5.22 – 80; 95 “Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với điện cực lõi thuốc cho hàn thép Cr và Cr – Ni ; Thép không gỉ INOX”;

- AWS A5.29 – 80; 95 “Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với điện cực lõi thuốc cho hàn thép hợp kim thấp”

hàn Quá trình bảo vệ và ổn định hồ quang do khí bảo vệ ngoài đảm nhiệm

Trang 24

Khi sử dụng khí bảo vệ thì phần lớn dây hàn lõi thuốc được thiết kế dùng chung với khí bảo vệ CO2 Đây là loại khí rẻ tiền, cho chiều sâu chảy lớn và dịch chuyển kim loại dạng giọt lớn Khí CO2 phân ly trong hồ quang hàn thành khí CO

và O2 Để khắc phục hiện tượng ôxi hóa sắt và các nguyên tố hợp kim trong hồ quang, các nguyên tố khử ôxi như Al, Ti, Zr, Si được đưa vào lõi dây hàn Ngoài ra, khí CO cũng có thể phân ly thành cacbon và ôxi Cacbon này có thể hòa tan vào kim loại nóng chảy, làm tăng nồng độ cacbon trong kim loại mối hàn Thông thường, nồng độ cacbon trong kim loại mối hàn nằm trong khoảng 0,05 - 0,12% Nếu nồng độ cacbon trong kim loại cơ bản và trong kim loại dây hàn thấp hơn giá trị trên, cacbon từ môi trường khí bảo vệ CO2 có xu hướng đi vào kim loại mối hàn Mặt khác, nếu nồng độ cacbon trong kim loại cơ bản và trong kim loại dây hàn cao hơn 0,12%, kim loại mối hàn có xu hướng bị giảm lượng cacbon theo phản ứng:

FeO Fe + CO Khí CO xuất hiện từ phản ứng này có thể gây rỗ khí khi hàn Do đó, cần dữ lượng các chất khử oxi trong dây hàn ở nồng độ đủ cao Một ưu thế nữa của khí bảo

vệ CO2 khi hàn bằng điện cực lõi thuốc là kim loại mối hàn có khả năng chống lại nứt nóng cao hơn so với hàn dưới lớp thuốc, hàn trong môi trường khí trơ hoặc hàn

hồ quang tay Điều này được giải thích là do phản ứng oxi hóa trong hồ quang làm giảm lượng H2, P, S trong kim loại đắp

Ngoài ra, cũng có thể sử dụng khí bảo vệ dưới dạng hỗn hợp CO2 với Ar (dịch chuyển dạng tia và chiều sâu chảy trung bình) Khi đó, kim loại đắp có giới hạn bền và giới hạn chảy cao hơn khi hàn băng 100% CO2 Hỗn hợp khí này đc dùng chủ yếu cho hàn ống ở các tư thế hàn sấp, đặc biệt cho thép hợp kim thấp

1.2.1.2 Thiết bị hàn

Về cơ bản thiết bị hàn bán tự động bằng điện cực lõi thuốc giống như thiết bị hàn bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ bao gồm: Nguồn điện hàn một chiều có đặc tuyến thoải, bộ cấp dây hàn, bộ cấp khí bảo vệ tới hồ quang và súng hàn (hình 1-5) Vì vậy hầu hết các hãng chế tạo thiết bị hàn đều thiết kế thiết

Trang 25

bị hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ để có thể dùng cả cho dây hàn đặc lẫn dây hàn lõi thuốc

Hình 1.4 Thiết bị hàn tự động bằng điện cực lõi thuốc

- Nguồn điện hàn Về cơ bản thì thiết bị hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc tự

bảo vệ và có khí bảo vệ là giống nhau Sự khác biệt chính là hệ thống cung cấp khí bảo vệ vùng hồ quang hàn khi hàn loại dây điện cực có khí bảo vệ

Nguồn điện hàn một chiều loại điện áp không đổi CV với chu kỳ tải là 100% (Nguồn điện hàn có đường đặc tính đầu ra cứng) thường được sử dụng nhiều nhất Nguồn điện cần phải có khả năng làm việc ở giá trị dòng điện yêu cầu lớn nhất đối với các ứng dụng công việc có tính chất đặc biệt Nguồn điện hàn tự động có công suất lớn khoảng 550A hoặc lớn hơn Nguồn điện hàn phải có khả năng điều chỉnh điện áp tăng hoặc giảm 1V

Trang 26

Nguồn điện hàn một chiều với đặc tính đầu ra kiểu dòng điện không đổi CC, với cách điều chỉnh các thông số chế độ hàn độc lập với điều chỉnh tốc độ cấp dây điện cực, tuy nhiên khả năng ứng dụng của nguồn điện hàn này là rất ít Mục đích của điều khiển tốc độ cấp dây là để cung cấp liên tục dây điện cực vào hồ quang hàn với giá trị đặt trước không đổi

Đối với loại nguồn điện hàn kiểu đặc tính đầu ra với điện áp không đổi CV thì vận tốc cấp dây điện cực vào hồ quang được xác định theo dòng điện hàn Nếu vận tốc cấp dây điện cực thay đổi, thì máy hàn sẽ tự động điều chỉnh để đảm bảo cho điện áp hồ quang ổn định Tốc độ cấp dây điện cực cũng có thể được điều chỉnh bằng thiết bị cơ khí hoặc thiết bị điện tử

- Bộ cấp dây hàn

Các con lăn của bộ cấp dây hàn được thiết kế đặc biệt để dây hàn không bị biến dạng khi được đẩy vào vùng hồ quang Bộ cấp dây thông dụng có hai cặp con lăn để kéo dây hàn từ cuộn dây hàn và đẩy dây hàn vào súng hàn thông qua ống mềm Với các dây hàn đường kính lớn (1,6mm trở lên) các con lăn có rãnh hình chữ

V được ưu tiên sử dụng Nếu dây hàn là dây mềm (Al,…) thì con lăn thường rãnh tròn và răng khía Với các dây hàn đường kính nhỏ (1,2mm trở xuống), người ta thường sử dụng các con lăn có bề mặt lõm và trơn [4] Các bộ cấp dây có thể được

bố trí ngay tại nguồn điện hàn hoặc cách nguồn điện hàn vài mét, hoặc trên giá di động phía trên cao so với người thợ hàn

- Súng hàn

Súng hàn có thể được làm mát bằng khí hoặc bằng nước Với dòng điện hàn 500A (hoặc 350A trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ở Việt Nam) trở lên, súng hàn cần được làm mát bằng nước Nếu điều kiện cho phép, nên ưu tiên sử dụng súng hàn làm mát bằng khí vì chúng gọn nhẹ hơn và dễ bảo dưỡng hơn Súng hàn có thể có đầu phun thẳng hoặc cong (góc nghiêng 400-600) Súng hàn loại đầu cong linh hoạt hơn và dễ thao tác hơn trong một số ứng dụng

Trang 27

Hình 1.5 Súng hàn 1.2.3 Ứng dụng công nghệ hàn FCAW

Phương pháp hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc ngày nay đã được áp dụng rộng rãi ở các nước phát triển Đặc biệt trong công nghệ hàn đắp vì có thể nâng cao tính năng luyện kim của quá trình hàn và cơ tính của lớp đắp thông qua các nguyên tố hợp kim chứa trong thuốc hàn

Hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc là quá trình hàn có năng suất cao áp dụng trong chế tạo thiết bị thi công cơ giới và thiết bị cơ khí nặng nói chung (khung, bệ máy), thiết bị thủy lực Quá trình này còn được dùng để hàn thiết bị áp lực, nồi hơi và trong ngành đóng tàu

Thường được sử dụng với những hợp kim: thép cácbon và hợp kim thấp, thép không gỉ, thép Nickel…

Hàn kết cấu dàn khoan ngoài khơi, đường ống dẫn dầu, bể chứa khí hóa lỏng Lắp ráp kết cấu thép nhà trọc trời (dây hàn tự bảo vệ)

Chế tạo dầm chữ I, dàn trao đổi nhiệt nhà máy nhiệt điện

Chế tạo các kết cấu nặng: khung xe ủi, gàu xúc, hộp giảm tốc, cần trục, gầm toa xe lửa

Trang 28

Hàn đắp khối lượng lớn (dây tự bảo vệ): chuông nạp liệu lò cao, má nghiền, con lăn nghiền…

Kết cấu cầu cảng

Trang 29

Hàn đắp phục hồi chi tiết

Hàn đường ống dẫn dầu

Hình 1.6 Ứng dụng công nghệ hàn FCAW

Trang 30

1.3 Công nghệ hàn giáp mối một phía

1.3.1 Phân loại các liên kết hàn và mối hàn

Liên kết hàn là một đoạn của kết cấu, trong đó các bộ phận cấu 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 hưởng nhiệt (vùng kim loại cơ bản ngay sát mối hàn đã trải qua các thay đổi về cấu trúc và các thay đổi khác), và vùng kim loại

Trang 31

Lý do phân biệt như vậy là vì mối hàn (phần nối các thành phần 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 bới tính chất của kim loại bản thân mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt, nơi có

sự tập trung ứng suất tại chỗ chuyển tiếp từ kim loại mối 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 kết hàn

1.3.1.1 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 mối, liên kết chữ T (chữ thập), liên kết góc, liên kết chồng và liên kết mép, hình 1-7

Trên hình 1.8 là thí dụ các liên kết hàn cùng các mối hàn trên mặt cắt

Bảng 1.8 Các loại liên kết hàn

Trang 32

1.3.1.2 Phân loại mối hàn

Mối hàn thường được phân loại theo dạng tiết diện ngang của chúng: mối hàn giáp mối và mối hàn góc Các trường hợp đặc biệt của mối hàn góc là mối hàn

lỗ và mối hàn khe trong các liên kết hàn chồng

Các mối hàn giáp mối chủ yếu dùng để tạo ra các liên kết giáp mối Các mối hàn góc chủ yếu dùng để tạo ra các liên kết chữ T, chữ thập, liên kết góc, và liên kết chồng Các mối hàn lỗ và mối hàn khe có thể được dùng để chế tạo các liên kết hàn chồng

a) Mối hàn giáp mối

Dấu hiệu cơ bản của mối hàn giáp mối là dạng vát mép các chi tiết đem hàn

Có các loại mối hàn giáp mối sau, hình 1-9: có gấp mép - a), không vát mép - b) ( hàn từ một phía và từ hai phía), vát mép một cạnh - c) (hàn từ một phía và từ hai phía), vát mép theo đường thẳng và vát mép thao đường cong, vát mép một phía cả hai cạnh, vát mép hình chữ V-d), chữ X- e), chữ U-f)

Hình 1.9 Các dạng vát mép mối hàn giáp mối b) Mối hàn góc

Theo tiết diện ngang và tính liên tục của mối hàn theo chiều dài, có các loại mối hàn góc sau:

●Theo tiết diện ngang có mối hàn không vát mép, vát mép từ một phía, vát mép từ hai phía

Trang 33

●Theo chiều dài, mối hàn góc có thể là liên tục, gián đoạn

●Theo bước hàn, có phân bố các mối hàn kiểu gián đoạn so le và gián đoạn song song

●Các liên kết chữ T, liên kết chồng và liên kết góc có thể chứa các đoạn mối hàn ngắn dưới dạng mối hàn điểm

Các mối hàn lỗ có dạng hình tròn theo hình chiếu bằng, và là kết quả của việc nung chảy hoàn toàn tấm trên (tấm trên có thể được tạo lỗ trước khi hàn) và một phần tấm dưới tại vị trí mối hàn

Các mối hàn khe, thường có dạng kéo dài, là kết quả của việc hàn thêm tấm trên lên tấm dưới bằng mối hàn góc theo chu vi lỗ xẻ rãnh của tấm

1.3.2 Hàn giáp mối một phía

1.3.2.1 Các thông số cơ bản của mối hàn theo dạng vát mép và lắp ráp cạnh hàn

Hình 1.10 Các yếu tố kết cấu của mối hàn theo dạng vát mép và lắp ráp

cạnh hàn

●Khe đáy, hình 1-10 a (còn gọi là khe hở hàn)

●Mặt đáy, hình 1-10R (còn gọi là chiều cao không vát mép, chiều cao chân mối hàn)

●Góc vát mép hàn β và α

Trang 34

● Góc rãnh hàn α hoặc góc vát mép cạnh hàn β

Các phương pháp hàn hồ quang không vát mép hiện nay chỉ cho phép hàn tới chiều dày nhất định (4mm đối với hàn hồ quang tay và 18mm với hàn dưới lớp thuốc) Vì vậy nhất thiết phải vát mép khi hàn các chiều dày lớn hơn Góc vát mép cần phải đảm bảo cho hồ quang tiếp cận được xuống chiều sâu cần hàn và hàn được ngấu toàn bộ chiều dày tấm

Góc rãnh hàn tiêu chuẩn phụ thuộc vào phương pháp hàn và kiểu liên kết hàn 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 bảo đảm tạo dáng đúng và ngăn ngừa cháy thủng đáy mối hàn

Khe đáy R thường có giá trị 1,5÷ 2 mm vì với cá 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 lớn hơn

Với tất cả các loại mối hàn, việc nung ngấu toàn bộ mép cạnh hàn và hình dạng bên ngoài của mối 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 thể hàn ngấu phần mặt đáy mối hàn đồng thời bảo đảm không bị cháy thủng và tạo dáng tốt chân mối hàn Việc tạo ra sự chuyển 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 ngấu toàn bộ chiều dày do đó tiết diện nên lõm để bảo đảm chuyển tiếp đều vào kim loại cơ bản và giảm tập trung ứng suất

1.3.2.2 Tiêu chuẩn hóa các thành phần kết cấu

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 dạng và các yếu tố kết cấu cho vát mép và lắp ráp cạnh hàn, cũng như kích thước các mối hàn hoàn chỉnh

Trang 35

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

● Mối hàn cho các liên kết hàn hồ quang tay Loại tiêu chuẩn này quy định các yếu tố kết cấu trong việc chuẩn bị cạnh hàn và kích thước mối hàn hồ quang tay cho mọi tư thế hàn

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

● Mối hàn và liên kết hàn điện xỉ Loại tiêu chuẩn này quy định hình dạng và kích thước trong việc chuẩn bị cạnh hàn và kích thước mối hàn điện xỉ

● Mối hàn cho các liên kết hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ Loại tiêu chuẩn này quy định các yếu tố kết cấu trong việc chuẩn bị cạnh hàn và kích thước mối hàn hồ quang trong các môi trường khí bảo vệ như: He, CO2,Ar và chỗ hợp kim bảo vệ

● Mối hàn cho các liên kết hàn từ thép không gỉ hai lớp Loại tiêu chuẩn này quy định các yếu tố kết cấu trong việc chuẩn bị cạnh hàn và kích thước mối hàn từ thép không gỉ hai lớp khi hàn hồ quang và hàn điện xỉ

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

từ nhôm và hợp kim nhôm

● Mối hàn cho các liên kết hàn đường ống bằng thép Loại tiêu chuẩn này quy định các yếu tố 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

● 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 mối hàn đường ống bằng đồng và hợp kim đồng khi hàn bằng tay và hàn cơ giới trong môi trường khí bảo vệ

Trang 36

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 đổi

cá thông số cơ bản của chế độ hàn và các kiểu vát mép, có thể tăng hay giảm chiều sâu chảy và cá kích thước khác của mối hàn Do đó các tiêu chuẩn như vậy đều tính tới khả năng có sự thay đổi cường độ dòng điện, ddienj 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 chi phí chuẩn bị trước khi hàn)

Khi hàn hồ quang tay, các yếu 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 đảm bảo hàn ngấu toàn bộ cạnh hàn khi hàn giáp mối từ một phía hoặc hàn góc các tấm có chiều dày lớn hơn 4 mm, thì cần hàn theo cá mép đã vát từ trước Hàn hồ quang tay không cho phép thợ hàn thay dổi đáng kể chiều sâu chảy của kim loại cơ bản, nhưng có thể thay đổi đáng kể chiều rộng mối hàn (thực hiện dao động ngang que hàn)

Khi hàn hồ quang tay các liên kết giáp mối 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 tấm

và chiều dày liên kết Điều tương tự áp dụng cho hàn bán tự động trong môi trường

CO2 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 dụng 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 tấm có chiều dày tới 60mm 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 mức làm cho phía bên ngoài mối hàn trở nên quá lớn và trông không bình thường, và mối hàn hẹp tới mức do nguội nhanh khiến phần giữa mối hàn bị nứt do co ngót) Chính vì vậy mà tiêu chuẩn chỉ cho phép hàn giáp mối không vát mép đến chiều dày 20mm Với chiều

Trang 37

dày lớn hơn thì phải tăng khe đáy hoặc vát mép cạnh hàn Khi vát mép thẳng, góc vát mép của liên kết là 60°±5° (cho tấm dày đến 160mm), góc này là 25°÷26° để đảm bảo giảm lượng kim loại đắp và biến dạng 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 tấm 40mm Tùy theo yêu cầu 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 cá tấm có chiều dày 8÷30 mm, và vát mép đối xứng từ hai phía với chiều dày từ 30÷60mm

Đối với hàn 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 bằng dây hàn có đường kính 1,6

mm trở lên cho phép hàn tấm có chiều dày tới 120mm (trong khí CO2), có vát mép

từ chiều dày 10mm 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 chảy (chiều dày tối đa 20 mm) cũng có các quy định như nhau về chuẩn bị trước khi hàn

Tóm lại, khi chuẩn bị các tiêu chuẩn cho chuẩn bị mép hàn, cần chọn các kiểu vát mép sao cho công tác chuẩn bị là ít tốn kém nhất, lượng kim loại đắp là ít nhất, bảo đảm nung ngấu toàn bộ chiều dày tấm, 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 tấm dày 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 tấm dày người ta sử dụng phương pháp hàn khe hở hẹp (không vát mép tấm, khe hở hàn 10÷12 mm, chiều dày tấm 100÷150 mm), hình 1-11a

Trang 38

a

Hình 1.11 Chuẩn bị cạnh hàn và mối hàn cho trường hợp đặc biệt

Với một số liên kết thép và hợp kim titan, nhằm tăng khả năng chịu tải trong điều kiện tải trọng động, người ta tiến hành nung chảy 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 chuyển tiếp đều (cải thiện hình dạng mối hàn), hình 1-11 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 hàn đắp lên kim loại mối hàn và tăng kích thước của nó để bảo đảm liên kết hàn có độ bền đồng đều (hình 1-11c) Khi đó dạng liên kết hàn cũng thay đổi

Các yếu tố khác ảnh hưởng tới chất lượng mối hàn và tính kinh tế của quá trình hàn là: độ sạch của mép hàn và bề mặt kim loại cơ bản liền kề, độ chính xác chuẩn bị mép hàn và gá lắp hàn Phôi hàn được chuẩn bị từ thép tấm đã nắn thẳng

và làm sạch Mép hàn được gắn bằng phương pháp gia công cơ (trên máy cắt thủy lực, máy vát mép, máy phay), cắt bằng mỏ cắt khí, mỏ cắt 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 Trước khi lắp ráp cạnh hàn và vùng bề mặt liền

kề của kim loại cơ bản (trong khoảng 40mm) phải được làm sạch khỏi dầu mỡ, gỉ

Trang 39

… bằng chổi kim loại, phun cát hoặc tẩm thực Các tấm được gá lắp bằng các mối hàn đính dài 20÷30 mm hoặc bằng đồ gá đặc biệt

1.4 Kết luận

Ở nước ngoài, việc nghiên cứu công nghệ hàn giáp mối được nghiên cứu rất mạnh mẽ trong nhiều thập kỷ qua đặc biệt ở các nước phát triển như Anh, Mỹ, Balan, Nga, Hàn Quốc, Nhật… Với các ưu điểm của mình thì công nghệ hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc ngày càng được áp dụng vào trong thực tiễn Vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của thông số cơ bản đến kích thước của mối hàn giáp mối thực hiện bằng công nghệ hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc là hết sức cần thiết

Trong đề tài của mình tác giả nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của các thông

số công nghệ hàn cơ bản đến kích thước và hình dáng của mối hàn giáp mối thực hiện bằng công nghệ hàn lõi thuốc nhằm ứng dụng vào sản xuất một cách có hiệu quả

Trang 40

CHƯƠNG II ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN FCAW TỚI HÌNH DÁNG VÀ KÍCH

THƯỚC MỐI HÀN GIÁP MỐI

Để có thể tận dụng ưu điểm mật độ dòng hàn cao và chiều sâu ngấu lớn của hàn bằng điện cực lõi thuốc, liên kết hàn thường được thiết kế với góc rãnh hàn nhỏ hơn và mặt đáy (chiều cao không vát mép) lớn hơn so với các liên kết hàn hồ quang tay; nhưng góc rãnh hàn phải đảm bảo sao cho điện cực (dây hàn) tiếp cận được đáy mối hàn và cho phép thao tác dây hàn khi cần thiết khi hàn, cũng như duy trì được tầm với điện cực trong quá trình hàn mọi đường hàn của mối hàn Các mối hàn góc cho phép đạt được chiều sâu ngấu đáy tốt, do đó có thể giảm kích thước cạnh của chúng 2- 3mm, nếu quy phạm hoặc tiêu chuẩn có liên quan cho phép

2 1 Các thông số của chế độ hàn FCAW

Khi soạn thảo quy trình công nghệ chế tạo kết cấu hàn, trước hết người ta chọn kim loại cơ bản thích hợp, sau đó chọn phương pháp hàn, thiết bị hàn, vật liệu hàn, liên kết hàn Bước tiếp theo là chọn chế độ hàn, các biện pháp khống chế ứng suất và biên dạng hàn, và các biện pháp kiểm tra chất lượng mối hàn

Tổ hợp các thông số cơ bản của quá trình hàn bảo đảm nhận được mối hàn

có hình dạng, kích thước và chất lượng yêu cầu được gọi là chế độ hàn Các thông

số cơ bản của chế độ hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc là: Cường độ dòng điện hàn, điện áp hàn, đường kính que hàn, tầm với điện cực, tốc độ hàn, góc nghiêng điện cực, lưu lượng khí bảo vệ

Việc xác định các kích thước cơ bản và hình dạng mối hàn có ý nghĩa quan trọng trong lựa chọn chế độ hàn, và do đó, cả chất lượng mối hàn Hình dạng mối

hàn do yếu tố chiều sâu ngấu h, chiều rộng b và chiều cao đắp c hoặc chiều cao toàn

bộ H=c+h của mối hàn tạo nên trong đó chiều sâu ngấu ảnh hưởng lớn tới chất

lượng mối hàn

Định dạng
Số trang	86
Dung lượng	3,01 MB