BAI GIANG CONG NGHE KIM LOAI CHƯƠNG 7 hàn tự ĐỘNG VÀ bán tự ĐỘNG

CHƯƠNG 7: HÀN TỰ ĐỘNG VÀ BÁN TỰ ĐỘNG 7.1 KHÁI NIỆM 1.Định nghĩa: - Q trình hàn hồ quang bao gồm bước sau: + Gây hồ quang trì hồ quang cháy ổn định + Dịch chuyển que hàn dọc mối hàn để đảm bảo hàn hết chiều dài mối hàn + Bảo vệ hồ quang vũng hàn khỏi bị tác dụng mơi trường khơng khí xung quanh thuốc bảo vệ, khí bảo vệ:CO2, Ar, He - Nếu khâu thực khí hóa hàn tự động, số khâu dùng tay gọi hàn bán tự động Đặc điểm: - Hàn hồ quang tự động bán tự động có đặc điểm sau: + Năng suất cao sử dụng cường độ dòng điện lớn + Hàn tự động lớp thuốc mơi trường khí bảo vệ bảo đảm tính mối hàn cao + Hệ số đắp cao, tiết kiệm kim loại dây hàn + Tiết kiệm lượng điện sử dụng triệt để nguồn nhiệt sinh hồ quang + Nếu dùng thuốc bảo vệ điều kiện lao động tốt, dễ khí hóa, tự động hóa q trình hàn + Hàn tự động khơng hàn kết cấu vị trí mối hàn phức tạp - Hàn hồ quang tự động bán tự động phân làm hai loại: + Hàn hồ quang hở:Trong q trình hàn, hồ quang mối hàn nhìn thấy + Hàn hồ quang kín (hoặc ngầm):trong q trình hàn, hồ quang mối hàn bảo vệ lớp thuốc hàn nên khơng nhìn thấy 3.Phân loại: - Hàn hồ quang TĐ BTĐ lớp thuốc - Hàn hồ quangTĐ BTĐ mơi trường khí bảo vệ 7.2 HÀN HỒ QUANG DƯỚI LỚP THUỐC BẢO VỆ 7.2.1 Thực chất, đặc điểm phạm vi ứng dụng * Thực chất : Là phương pháp hàn nóng chảy mà nguồn nhiệt hàn hồ quang điện ngầm chạy hai điện cực Sự cháy trì ổn định hồ quang q trình hàn điều khiển máy hàn * Đặc điểm: - Cho suất cao, chất lượng mối hàn tốt - Khơng phát hồ quang hàn, tác hại đến sức khỏe người lao động - Tiết kiệm thời gian lao động, đảm bảo tiến độ nhanh - Hàn cho vật dày 24mm mà khơng cần phải vát mép - Tuy nhiên khó kiểm sốt mắt thường phụ thuộc vào trình độ tay nghề cơng nhân, điều chỉnh kiểm sốt hàn khơng tốt dẫn đến mối hàn bị khuyết tật hàng loạt nguy hiểm * Phạm vi ứng dụng - Hàn tự động lớp thuốc bảo vệ ( hàn tự động hay hàn hồ quang ngầm) thực vị trí hàn sấp Những mối hàn ngắn, khó thao tác dọc theo mối hàn dùng hàn bán tự động 70 U Hình 7-1: Sơ đồ hàn lớp thuốc Dây hàn; Vật hàn; Khoảng trống; 4.Thuốc hàn; Mối hàn; Xỉ hàn - Hiện cơng nghệ hàn đóng tàu áp dụng cho hàn leo giáp mối giá thành thiết bị cao nên chưa sử dụng rộng rãi 7.2.2 Vật liệu, thiết bị hàn 7.2.2.1 Vật liệu hàn Dây hàn: - Que hàn dạng dây hàn Þ (1÷ 2)mm lại thành cuộn từ (4 ÷ 20) kg - Các cuộn dây hàn bảo quản, bao gói kỹ để chống gỉ tránh dầu mỡ - Dây hàn bột: Dây hàn bột cấu tạo lớp vỏ kim loại bọc hỗn hợp gồm bột kim loại số thành phần liên kết khác Hình 7-2: Các dạng kết cấu dây hàn bột 2.Thuốc hàn: - Thuốc hàn có nhiệm vụ bảo vệ hồ quang hàn mối hàn - Thành phần thuốc hàn gồm quặng kim loại, chất hữu cơ, chia làm loại: 71 + Thuốc hàn dùng cho thép C, thép hợp kim thấp + Thuốc hàn dùng cho thép hợp kim trung bình + Thuốc hàn dùng thép hợp kim cao, kim loại màu T0chảy thuốc hàn < T0chảy kim loại que hàn - Theo phương pháp chế tạo ta chia thuốc hàn làm loại: Thuốc hàn nóng chảy thuốc hàn khơng nóng chảy (thuốc hàn gốm) Khí hàn: Thường dùng loại khí trơ He, Ar dùng rộng rãi khí CO2 Ngồi loại khí hàn sử dụng loại khí N2, dùng hỗn hợp khí Ar + CO2 (trong ÷ 25% khí CO2 ); Ar + O2 (trong 1% khí O2 ); Ar + He (trong He từ 20 ÷ 50%); Ar +H2 (trong từ ÷ 15%) 7.2.2.2 Thiết bị hàn - Ngun lý làm việc: - Động xoay chiều pha có cơng suất 1000w.Trong máy phát có cuộn kích từ 1-2 ln tạo từ thơng ngược chiều - Trạng thái khơng tải: từ thơng cuộn kích thích máy phát làm việc sinh chiều cung cấp cho động Đ2 quay theo chiều đẩy dây hàn xuống Khi chạm vào vật hàn điện động Đ1 = 0, từ thơng cuộn tăng lên kích thích cho máy phát tạo dòng điện có chiều ngược lại làm cho động Đ2 chuyển động theo hướng kéo dây hàn lên để gây hồ quang • - Để hồ quang ổn định hiệu số từ thơng cuộn cuộn đủ để kích thích máy phát tạo dòng điện làm quay Đ2 theo chiều đẩy dây hàn vào vũng hàn với tốc độ tốc độ chảy dây hàn 7.2.3 Cơng nghệ hàn hồ quang lớp thuốc bảo vệ * Hàn tự động mơi trường khí bảo vệ: Khí bảo vệ dùng để hàn thường khí trơ, khí hoạt tính khác H2, CO2, Ar, He … Hiện dùng nhiều khí Ar, CO2 Đ1 MP Đ2 MH Hình 7-3: Sơ đồnguyê n lýlà m việ c củ a hà n tựđộ ng 1,2,3:Cá c cuộ n dâ y kích từ - Khí CO2: 72 + Khí CO2 dùng để hàn cần phải có độ định + Bình đựng CO2 phải làm sấy khơ + Ap suất CO2 bình khoảng (50 ÷ 60)at + Khí có tác dụng bảo vệ tốt khử O - Khí Ar: Khơng cháy, khơng nổ khơng tạo thành hỗn hợp nổ Hình 7-4: So đồnguyê n lýhà n tựđộ ng Ar Ar a)Hà n tựđộ ng mô i trườ ng Acgon điệ n cực khô ng ng chả y b) Điệ n cực ng chả y 7.3 HÀN HỒ QUANG NĨNG CHẢY TRONG MƠI TRƯỜNG KHÍ BẢO VỆ (MAG, MIG, TIG) Hàn môi trường khí bảo vệ Hàn điện cực nóng chảy Hàn điện cực không nóng chảy (TIG) Hàn tay Hàn tự động Hàn Hàn MIG MAG Hàn bán tự động 7.3.1 Thực chất, đặc điểm phạm vi ứng dụng Hàn tự động a- Thực chất đặc điểm Hàn hồ quang nóng chảy mơi trường khí bảo vệ q trình hàn nóng chảy hồ quang tạo điện cực nóng chảy (dây hàn) với vật hàn Hồ quang bể hàn bảo vệ khỏi tác dụng ơxy nitơ khơng khí loại khí hỗn hợp khí Khí bảo vệ khí trơ (Ar, He hỗn hợp Ar + He) khơng tác dụng với kim loại lỏng bể hàn, loại khí hoạt tính (CO 2, CO2 + O2,… ) có tác dụng chiếm chỗ đẩy khơng khí khỏi vùng hàn hạn chế tác dụng xấu 73 GMAW (Gas Metal Arc Welding) N g u å n h µn D C C h k h Ý - C O (M A G ) A r h o Ỉc H e , ( M I G ) B é c Ê p d ©y B é ®i Ịu k h i Ĩn C ¸ p d Én S ó n g h µn C ¸ p hµn N è i ®Ê t C ¸ p ®i Ịu k h i Ĩn d ß n g ®i Ưn C ¸p m ¸t V Ë t l i Ưu c ¬ b ¶ n Hình 7.5 Khi dây hàn cấp tự động vào bể hàn thơng qua cấu cấp dây dịch chuyển hồ quang dọc theo mối hàn thực tay gọi hàn hồ quang bán tự động mơi trường khí bảo vệ Nếu tất chuyển động khí hóa gọi hàn hồ quang tự động mơi trường khí bảo vệ Hàn hồ quang điện cực nóng chảy mơi trường khí trơ (Ar, He) phương pháp hàn MIG (Metal Inert Gas) Vì loại khí trơ có giá thành cao nên khơng sử dụng rộng rãi, dùng để hàn kim loại màu thép hợp kim Hàn hồ quang điện cực nóng chảy mơi trường khí hoạt tính (CO 2, CO2 + O2, … ) phương pháp hàn MAG (Metal Active Gas) Phương pháp hàn MAG sử dụng khí bảo vệ CO2 phát triển rộng rãi có nhiều ưu điểm: − CO2 loại khí dễ kiếm, dễ sản xuất giá thành thấp − Năng suất hàn CO2 cao, gấp 2,5 lần so với hàn hồ quang tay −Tính cơng nghệ hàn CO2 cao so với hàn hồ quang lớp thuốc tiến hành vị trí khơng gian khác − Chất lượng mối hàn cao, sản phẩm hàn bị cong vênh tốc độ hàn nhanh, nguồn nhiệt tập trung, vùng ảnh hưởng nhiệt bé b Phạm vi ứng dụng Trong cơng nghiệp đại, hàn hồ quang nóng chảy mơi trường khí bảo vệ chiếm vị trí quan trọng Nó hàn loại thép thơng thường, thép khơng rỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nóng, hợp kim đặc biệt, hợp kim nhơm, magie, niken, đồng, hợp kim có lực mạnh với ơxy Phương pháp hàn ứng dụng với vị trí hàn khơng gian Có thể hàn vật hàn có bề dày từ 0,4 - 25mm 7.3.2 Vật liệu thiết bị hàn 74 a Vật liệu hàn - Dây hàn: Sự ổn định q trình hàn chất lượng mối hàn phụ thuộc nhiều vào tình trạng bề mặt dây hàn Dây hàn khơng bị rỉ bẩn, thường sử dụng dây có lớp mạ đồng, đường kính dây hàn từ 0,8 - 2,4mm - Khí bảo vệ: Khí Ar thường đựơc dùng để hàn vật liệu thép Khí He dùng để hàn liên kết có kích thước lớn, vật liệu có tính dãn nở nhiệt cao Al, Cu, Mg, … CO2 dùng rộng rãi để hàn thép cacbon trung bình giá thành thấp, mối hàn ổn định, tính liên kết hàn đạt u cầu, tốc độ hàn cao có độ ngấu sâu Nhược điểm hàn khí bảo vệ CO2 gây bắn tóe kim loại lỏng Hình 7.6 Sơ đồ hàn MIG/MAG b Thiết bị hàn Hệ thống thiết bị cần thiết dùng cho hàn hồ quang nóng chảy mơi trường Đèn báo cố (khi Ampe Volt điện hàn, Cầu khí bảo vệ bao gồm nguồn cấu cấp dây hàn tựmáy động, làm mỏ hàn (hay súng hàn) việc tải kế kế chì có hệ thống tự với đường ống dẫn khí, dây cáp điện, chai chứa khí bảo vệ kèm theo đồng hồ đo áp suất động ngắt đèn bật lưu lượng khí cung cấp (H7.6) sáng) Đèn báo có điện vào máy Nguồn điện hàn thường biến hàn pha Công chiều, bảng điều khiển để tắtcóchính A V chọn thơng số hàn Hình 7.7 sơ đồ điều khiển mặt trước nguồn điện hàn ON SET OFF RUN Hai núm điều chỉnh dòng điện điện áp để điền đầy rãnh hồ quang ON OFF Công tắt kiểm tra khí bảo vệ (bấm SET có khí thổi mỏ hàn, RUN để hàn) Công xử lý rãnh 75 tắtbấm hồ quang (bật ON cần xử lý điền đầy rãnh hồ quang) dòng hàn) Hình 7.7: Sơ đồ điều khiển mặt trước nguồn điện hàn Mỏ hàn (súng hàn) bao gồm bép tiếp điện để nối điện từ dây cáp đến dây hàn, đường dẫn khí chụp khí để hướng dòng khí bảo vệ bao quanh vùng hồ quang, phận làm nguội khí nước tuần hồn, cơng tắt đóng ngắt đồng dòng điện hàn, dây hàn dòng khí bảo vệ (H7.8) Tay cầm Chụp khí Công tắt Dây hàn Hình 7.8: Sơ đồ mỏ hàn cổ cong Hộp điều khiển từ xa (hình 7.9) có hai nút điều chỉnh dòng điện điện hàn, nút ấn đùn dây hàn Hộp kéo theo gần thợ hàn để tiến hành điều chỉnh cần Nút điều Nút điều chỉnh điện bị hàn thường xa vật hàn, dòng có hộp điều khiển từ áp xa người thợ hàn hạn chế việc lại thiết Điều có ý nghĩa hàn tự động, ngồichỉnh sựđiện bắn tóe kim loại lỏng thiết khơng cần thiết 76 Nút đùn dây điều hàn Hình 7.9: Hộp khiển từ xa Bộ tiếp dây hàn hoạt động theo ngun tắc ma sát Khi ấn nút đùn dây hàn (ở hộp điều khiển từ xa) hay ấn cơng tắt mỏ hàn mơtơ tiếp dây quay làm quay rulơ tiếp dây Nhờ ma sát, dây hàn đùn khỏi mỏ hàn Tốc độ đùn dây hàn (tốc độ cấp dây) tùy thuộc vào điều chỉnh lực căng ép dây vào rulơ Cuộn dây Môtơ tiếp dây Cần chỉnh độ ép dây hàn Đầu nối dây mỏ hàn Dây hàn Nối với cáp điều khiển Rulô tiếp dây Hình 7.10: Bộ tiếp dây hàn 7.4 HÀN HỒ QUANG ĐIỆN CỰC KHƠNG NĨNG CHẢY TRONG MƠI TRƯỜNG KHÍ TRƠ 7.4.1 Thực chất, đặc điểm phạm vi ứng dụng Hàn hồ quang điện cực khơng nóng chảy mơi trường khí trơ (Gas Tungsten Arc Welding - GTAW) q trình hàn nóng chảy, hồ quang tạo thành điện cực khơng nóng chảy (wolfram) vật hàn Vùng hồ quang bảo vệ mơi trường khí trơ (Ar, He Ar + He) để ngăn cản tác động có hại ơxy nitơ khơng khí N ¾p c h p C « n g t¾c Khí trơ bảo vệ tốt vùng hồ quang cho mối hàn chất lượng cao Tuy nhiên khí trơ T a y c Çm D ©y kkhó i m sản xuất đắt tiền giá thành hàn loại khí hiếm, cao C ¸ p h µn l o ¹ i ®i Ịn ®Ç y è n g k Đ p ®i Ưn c ù c K im lo ¹ i m è i h µ n ®« n g ®Ỉc 77 § i Ưn c ù c k h « n g n ã n g c h ¶ y K h Ý b ¶o vƯ D ©y k h Ý C ¸ p ®i Ịu k h i Ĩn B Ĩ h µn n ã n g c h ¶y Hình 7.11 Hồ quang hàn TIG có nhiệt độ cao, đạt tới 6100 oC Kim loại mối hàn tạo thành từ kim loại vật hàn bổ sung từ que hàn phụ Tồn bể hàn bao bọc khí trơ thổi từ chụp khí Phương pháp có số ưu điểm đáng ý:  Tạo mối hàn có chất lượng cao hầu hết kim loại hợp kim  Sau hàn khơng cần gỏ xỉ  Hồ quang bể hàn quan sát hàn  Khơng có bắn tóe kim loại  Có thể hàn vị trí khơng gian  Nhiệt tập trung cho phép tăng tốc độ hàn, giảm biến dạng vật hàn 7.4.2 Vật liệu thiết bị hàn TIG a Vật liệu hàn Khí bảo vệ − Khí Argon: điều chế từ khí phương pháp hóa lỏng khơng khí tinh chế đến độ tinh khiết 99,99% Khí Ar chứa bình áp suất cao dạng lỏng với nhiệt độ -184oC Sau khỏi chụp khí mỏ hàn, Ar tạo thành lớp bảo vệ phía bể hàn Đặc điểm khí Ar mức độ ổn định hồ quang dòng điện hàn chiều xoay chiều, có tác dụng làm tốt dòng xoay chiều Do hàn Al, Mg dòng xoay chiều nên dùng Ar − Khí Hêli: He điều chế từ khí tự nhiên, nhẹ Ar, sau khỏi chụp khí mỏ hàn khí He có xu hướng dâng lên tạo thành cuộn xốy chung quanh hồ quang Để bảo vệ hiệu quả, lưu lượng khí He phải gấp - lần so với Ar Để sử dụng ưu điểm hai loại khí này, người ta sử dụng hỗn hợp khí Ar + He với tỷ lệ 75%He Có thể bổ sung khí H vào khí Ar hàn hợp kim Ni, Ni - Cu, thép khơng rỉ 78 Điện cực wonfram Wolfram dùng làm điện cực hàn có khả chịu nhiệt độ cao (nhiệt độ nóng chảy 3410oC), phát xạ điện tử tương đối tốt, làm ion hóa hồ quang trì tính ổn định hồ quang Nếu có thêm vài phần trăm ngun tố thori (Th) vào wolfram khả mồi hồ quang tốt hồ quang ổn định Sử dụng điện cực wolfram hàn TIG cần theo số u cầu sau: - Dòng điện hàn phải phù hợp với đường kính điện cực sử dụng - Đầu điện cực phải có hình dáng hợp lý theo hướng dẫn sử dụng - Điện cực phải sử dụng bảo quản cẩn thận, tránh bị nhiễm bẩn, khơng điện cực nóng tiếp xúc với bể hàn - Dòng khí bảo vệ phải trì trước mồi hồ quang điện cực nguội sau tắt hồ quang - Phần nhơ điện cực phía ngồi mỏ hàn (chụp khí) phải giữ mức ngắn để bảo đảm bảo vệ tốt khí trơ - Chụp khí phải bảo vệ làm Đầu chụp khí bị bẩn ảnh hưởng tới khí bảo vệ, ảnh hưởng tới hồ quang hàn, làm giảm chất lượng mối hàn Bảng phân loại điện cực wolfram Ký hiệu điện cực EWP EWCe - EWLa - EWTh - EWTh - EWZa - EWG Thành phần Wolfram tinh khiết 97,3%W, 2% oxit ceri 98,3%W, 1% oxit lantan 98,3%W, 1% oxit thơri 97,3%W, 2% oxit thơri 99,1%W, 0,25% oxit zircon 94,5%W Màu sắc Xanh Da cam Đen Vàng Đỏ Nâu Xám Que hàn phụ Que hàn phụ có kích thước tiêu chuẩn theo ISO/R564 sau: chiều dài từ 500 1000mm với đường kính 1,2 ; 1,6 ; 2,0 ; 2,4 ; 3,2mm Vật liệu que hàn phụ gồm có: thép cacbon thấp, thép hợp kim thấp, thép khơng rỉ Cr cao Cr - Ni, đồng hợp kim đồng, nhơm hợp kim nhơm b Thiết bị hàn TIG * Sơ đồ thiết bị hàn TIG tay Thiết bị dùng cho hàn TIG có phận sau: - Nguồn điện hàn bao gồm hệ thống điều khiển khí bảo vệ, nước làm mát, dòng điện điện hàn 79 - Mỏ hàn - Bình chứa khí trơ van điều khiển lưu lượng khí Hình 7.12 * Mỏ hàn TIG Hình 7.13 Nhiệm vụ mỏ hàn TIG dẫn dòng điện khí trơ vào vùng hàn Điện cực wolfram dẫn điện giữ chắn mỏ hàn, chụp khí lắp vào đầu mỏ hàn để hướng dòng khí bảo vệ vào vùng hàn 80 ... TIG) Hàn môi trường khí bảo vệ Hàn điện cực nóng chảy Hàn điện cực không nóng chảy (TIG) Hàn tay Hàn tự động Hàn Hàn MIG MAG Hàn bán tự động 7. 3.1 Thực chất, đặc điểm phạm vi ứng dụng Hàn tự động. .. ¶ n Hình 7. 5 Khi dây hàn cấp tự động vào bể hàn thơng qua cấu cấp dây dịch chuyển hồ quang dọc theo mối hàn thực tay gọi hàn hồ quang bán tự động mơi trường khí bảo vệ Nếu tất chuyển động khí... quang hàn mối hàn - Thành phần thuốc hàn gồm quặng kim loại, chất hữu cơ, chia làm loại: 71 + Thuốc hàn dùng cho thép C, thép hợp kim thấp + Thuốc hàn dùng cho thép hợp kim trung bình + Thuốc hàn