Đề cương bài giảng công nghệ hàn

Công nghệ hàn cao đẳng Hình 1.5 Mô tả sự tác động của từ tr-ờng ngang đến sự cháy của hồ quang Có thể thấy ở phía bên phải của cột hồ quang, từ tr-ờng ngang cùng chiều với từ tr-ờng ri

Công nghệ hàn cao đẳng

Mục lục Ch-ơng 1 : Cơ sở lý thuyết hàn điện nóng chảy 1.1 Hồ quang điện 4

1.1.1 Khái niệm về hồ quang điện 4

1.1.2 Cách gây hồ quang và sự cháy của hồ quang 4

1.1.3 Đặc điểm hồ quang dòng xoay chiều 6

1.2 Hiện t-ợng thổi lệch hồ quang hàn 6

1.2.1 Nguyên nhân 6

1.2.2 ảnh h-ởng của từ tr-ờng ngang 6

1.2.3 ảnh h-ởng của từ tr-ờng dọc 7

1.2.4 ảnh h-ởng của từ tr-ờng riêng 8

1.2.5 ảnh h-ởng của góc nghiêng que hàn 8

1.2.6 ảnh h-ởng của sắt từ 8

1.2.7 Biện pháp giảm sự thổi lệch của hồ quang 9

1.3 Nhiệt hồ quang hàn 9

1.3.1 Sự phân bố nhiệt trong vùng của hồ quang 9

1.3.2 Sự nung nóng điện cực khi hàn 9

1.4 Sự chuyển kim loại từ điện cực vào vũng hàn 10

1.4.1 Trọng lực giọt kim loại lỏng 10

1.4.2 Sức căng bề mặt 10

1.4.3 Lực từ tr-ờng 10

1.4.4 áp lực khí 10

1.5 Năng suất quá trình hàn 10

1.6 Khái niệm về năng l-ợng đ-ờng (qd) : 10

1.7 Quá trình luyện kim khi hàn điện nóng chảy 10

1.7.1 Đặc điểm quá trình luyện kim 10

1.7.2 Quá trình luyện kim khi hàn bằng điện cực trần hay que hàn thuốc bọc mỏng 12 1.7.3 Quá trình luyện kim khi hàn d-ới lớp thuốc 14

1.7.4 Quá trình luyện kim khi hàn trong môi tr-ờng khí bảo vệ 15

1.7.5 Sự khử ôxy khi hàn nóng chảy 15

1.8 Sự kết tinh vũng hàn, tổ chức kim loại mối hàn và vùng ảnh h-ởng nhiệt 16

1.8.1 Sự kết tinh kim loại mối hàn - Tổ chức kim loại mối hàn 16

1.8.2 Tổ chức tế vi của vùng ảnh h-ởng nhiệt 16

Ch-ơng 2 : Công nghệ hàn hồ quang tay 2.1 Khái niệm hàn hồ quang tay 18

2.1.1 Khái niệm 18

2.1.2 Đặc điểm 18

2.2 Phân loại hàn hồ quang tay 18

2.2.1 Phân loại theo điện cực 18

Công nghệ hàn cao đẳng

2.2.2 Phân loại theo cách nối dây 18

Hình 2.3 Ph-ơng pháp nối dây gián tiếp 19

2.2.3 Phân loại theo dòng điện 19

2.3 Que hàn hồ quang tay 19

2.3.1 Cấu tạo que hàn 20

2.3.2 Yêu cầu chung của que hàn : 20

2.3.3 Thành phần cơ bản của que hàn 20

2.3.4 Các đại l-ợng đặc tr-ng cho que hàn 21

2.3.5 Phân loại que hàn 21

2.3.6 Một số tiêu chuẩn và ký hiệu que hàn 22

2.4 Công nghệ hàn hồ quang tay 27

2.4.1 Phõn loại cỏc liờn kết hàn và mối hàn 27

2.4.2 Phân loại vị trí hàn trong không gian 33

2.4.3 Chế độ hàn hồ quang tay 34

2.4.4 Kỹ thuật hàn hồ quang tay 39

Ch-ơng 3: Hàn hồ quang d-ới lớp thuốc bảo vệ 3.1 Khái niệm và đặc điểm 46

3.1.1 Khái niệm 46

3.1.2 Đặc điểm 47

3.2 Vật liệu hàn 47

3.2.1 Thuốc hàn 47

3.2.2 Dây hàn 48

3.3 ảnh h-ởng của các thông số chế độ hàn đến hình dạng, kích th-ớc mối hàn 49

3.3.1 ảnh h-ởng của c-ờng độ dòng điện hàn 49

3.3.2 ảnh h-ởng của điện áp hàn 50

3.3.3 ảnh h-ởng của tiết diện điện cực 51

3.3.4 ảnh h-ởng của tốc độ hàn 51

3.3.5 ảnh h-ởng của các yếu tố công nghệ 52

3.3.6 ảnh h-ởng của các yếu tố kết cấu 52

3.4 Tính toán kích th-ớc mối hàn 53

3.4.1 Tính kích th-ớc mối hàn giáp mối 53

3.4.2 Tính kích th-ớc mối hàn góc 55

3.5 Chế độ hàn 55

3.5.1 Chế độ hàn mối hàn giáp mối 55

3.5.2 Chế độ hàn mối hàn góc 56

3.6 Kỹ thuật hàn tự động, bán tự động d-ới lớp thuốc 58

3.6.1 Gây và kết thúc hồ quang 58

3.6.2 Kỹ thuật hàn 58

Ch-ơng 4: Hàn hồ quang trong môi tr-ờng khí bảo vệ

Công nghệ hàn cao đẳng

4.1 Hàn hồ quang điện cực núng chảy trong mụi trường khớ bảo vệ (MAG/MIG) 62

4.1.1 Nguyờn lý và đặc điểm 62

4.1.2 Vật liệu hàn 62

4.1.3 Chế độ hàn 66

4.1.4 Kỹ thuật hàn 72

4.2 Hàn hồ quang điện cực khụng núng chảy trong mụi trường khớ trơ bảo vệ (TIG-Tungsten Inert Gas) 73

4.2.1 Nguyờn lý và đặc điểm 73

4.2.2 Vật liệu hàn TIG 75

4.2.3 Chế độ hàn TIG 80

4.2.4 Kỹ thuật hàn TIG 84

Ch-ơng 5: Hàn và cắt kim loại bằng khí cháy 5.1 Hàn kim loại bằng khớ 94

5.1.1 Nguyờn lý và đặc điểm của hàn bằng khớ chỏy 94

5.1.2 Vật liệu hàn khí 95

5.1.3 Chế độ hàn khí O2 – C2H2 100

5.1.4 Kỹ thuật hàn bằng ngọn lửa hàn khí 104

5.2 Cắt kim loại bằng khí 106

5.2.1 Thực chất, đặc điểm cắt kim loại bằng khí cháy 106

5.2.2 Điều kiện kim loại cắt đ-ợc bằng khí 108

5.2.3 Chỉ tiêu đánh giá mép cắt và các yếu tố ảnh h-ởng đến chất l-ợng mép cắt 108

5.2.4 Kỹ thuật cắt kim loại bằng khí 109

Ch-ơng 6: Công nghệ hàn thép, hàn gang, hàn kim loại và hợp kim màu 6.1 Hàn thép cacbon 112

6.1.1 Tính hàn của thép cacbon 112

6.1.2 Công nghệ hàn thép cácbon 113

6.2 Hàn thép hợp kim 115

6.2.1 Hàn thép hợp kim thấp và thép hợp kim trung bình 115

6.2.2 Hàn thép hợp kim cao 117

6.3 Hàn gang 121

6.3.1 Đặc điểm tính hàn 121

6.3.2 Các ph-ơng pháp hàn gang 121

6.3.3 Kỹ thuật hàn gang 126

6.4 Công nghệ hàn đồng và hợp kim đồng 127

6.4.1 Đặc điểm tính hàn 127

6.4.2 Hàn đồng và hợp kim đồng bằng ph-ơng pháp hàn nóng chảy 128

6.5 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm 134

6.5.1 Đặc điểm tính hàn của nhôm và hợp kim nhôm 134

6.5.2 Hàn nhôm và hợp kim nhôm bằng ph-ơng pháp hàn nóng chảy 135

Công nghệ hàn cao đẳng

Ch-ơng 1 : Cơ sở lý thuyết hàn điện nóng chảy

1.1 Hồ quang điện

1.1.1 Khái niệm về hồ quang điện

Hồ quang là hiện t-ợng phóng điện mạnh và liên tục trong môi tr-ờng khí giữa

hai điện cực trái dấu Năng l-ợng của hồ quang (nhiệt và ánh sáng) có độ tập trung

cao tạo ra nhiệt l-ợng nung nóng chảy kim loại khi hàn

Hình 1.1 Các hạt tích điện chuyển động trong cột hồ quang

Để có thể xảy ra hiện t-ợng phóng điện, môi tr-ờng khí phải chứa các hạt tích điện

Quá trình tạo ra các hạt tích điện trong khoảng không giữa hai điện cực đ-ợc thực

hiện nhờ các hiện t-ợng sau :

+ Phát xạ nhiệt điện tử

+ Phát xạ quang điện

+ Tự phát xạ (d-ới tác dụng của điện tr-ờng mạnh)

+ Phát xạ do va đập hoặc do ion hoá thể tích

Muốn vậy phải tạo ra một điện thế gọi là điện thế ion hoá để cung cấp cho điện

tử một năng l-ợng nhất định thắng đ-ợc lực hút của ion d-ơng nhằm bứt điện tử ra

khỏi nguyên tử hay phân tử tạo thành ion Nếu môi tr-ờng hồ quang chứa nhiều các

chất có điện thế ion hoá thấp sẽ làm giảm điện thế ion hoá hiệu dụng của cột hồ

quang, kết quả là dễ gây hồ quang và hồ quang cháy ổn định

1.1.2 Cách gây hồ quang và sự cháy của hồ quang

a Sự hình thành hồ quang

Có thể chia quấ trình hình thành hồ quang qua bốn giai đoạn

Hình 1.2 Các giai đoạn hình thành hồ quang hàn

Công nghệ hàn cao đẳng

+ Giai đoạn 1 : que hàn tiếp xúc với vật hàn qua các điểm nhấp nhô (do bề mặt que

hàn và vật hàn không đ-ợc phẳng) xảy ra hiện t-ợng ngắn mạch sinh ra nhiệt l-ợng

lớn trong thời gian rất ngắn

+ Giai đoạn 2 : kim loại tại chỗ tiếp xúc bị chảy nhanh san phẳng nhấp nhô trong

khoảng không giữa que hàn và vật hàn

+ Giai đoạn 3 : khi nhấc que hàn lên, do tác động của nhiều yếu tố (lực kéo, lực từ

tr-ờng) làm phần kim loại lỏng bị kéo dài ra và thắt lại, làm tăng mật độ dòng điện tại

chỗ thắt

+ Giai đoạn 4 : kim loại tại vị trí bị thắt sẽ nhanh chóng đạt đến trạng thái sôi và bay

hơi, cắt đứt giọt kim loại lỏng đi vào mối hàn và hồ quang đ-ợc hình thành

b Duy trì hồ quang hàn

Khi hồ quang hình thành, sự phát xạ điện tử và điện áp tăng đáng kể dẫn đến

tăng sự phát xạ nói chung, sinh ra các hạt tích điện trong cột hồ quang Khi dòng điện

tăng và điện áp giảm tới trị số nhất định (phụ thuộc chiều dài cột hồ quang) sẽ tạo nên

sự ổn định của hồ quang Nếu cứ duy trì khoảng cách nhất định (chiều dài cột hồ

quang) đảm bảo sự phát xạ điện tử xảy ra sẽ duy trì đ-ợc hồ quang cháy ổn định

Có thể chia không gian hồ quang thành ba vùng nh- sau :

+ Vùng catod : tại đây xảy ra sự bức xạ điện tử từ vết catod về phía anot Trên đ-ờng

đi, các điện tử này va chạm với các nguyên tử trung hoà và ion hoá chúng theo phản

ứng :

e + A0  A+ + 2e

Các ion d-ơng tạo thành sẽ di chuyển về phía catot Do ion d-ơng có khối

l-ợng lớn hơn nên chuyển động chậm hơn các điện tử , ở mỗi thời điểm điện tích

d-ơng của tất cả các ion sẽ lớn hơn điện tích âm của các điện tử Vùng giảm điện áp

của catod sẽ có thừa điện tích d-ơng càng làm cho điện áp tại đó gia tăng Vùng catod

áp đó gọi là điện áp catod , ký hiệu Uk

+ Vùng anod : tại gần vết anod, khoảng bằng chiều dài b-ớc chuyển động tự do của

các điện tử, hầu nh- không xảy ra sự ion hoá và không có các ion d-ơng Do vậy các

điện tử đ-ợc tăng tốc đáng kể, khi va đập vào vết anod sẽ gây nên sự phát xạ năng

l-ợng làm nhiệt độ tại đó đạt tới nhiệt độ bốc hơi của vật liệu anod

+ Vùng cột hồ quang : là vùng giữa hai vùng giảm điện áp catod và anod Trong vùng

này chứa các điện tử, ion d-ơng, ion âm và các nguyên tử trung hoà Nhiệt độ tại vùng

cột hồ quang đạt tới giá trị cao, tuỳ thuộc vào ph-ơng pháp hàn

Hình 1.3 Sự giảm điện áp trong cột hồ quang

Công nghệ hàn cao đẳng

Trong ba vùng của cột hồ quang, vùng catod có ý nghĩa quan trọng vì là nguồn

điện tử chủ yếu Điện áp giảm ở vùng catod coi nh- gần bằng điện thế ion hóa của các

khí trong vùng này Vùng anod có thể tích lớn hơn vùng catod nh-ng có mức giảm

điện áp nhỏ hơn; các điện tử khi va đập vào bề mặt anod sẽ trao lại năng l-ợng cho bề

mặt này d-ới dạng động năng và công thoát Năng l-ợng này cộng với năng l-ợng

nhiệt của dòng điện sẽ sinh ra nhiệt làm chảy kim loại và gia tốc các điện tử

1.1.3 Đặc điểm hồ quang dòng xoay chiều

Hồ quang dòng xoay chiều không ổn định bằng hồ quang dòng một chiều Vì

khi hàn bằng dòng xoay chiều với tần số 50Hz, dòng điện đổi chiều liên tục, hồ quang

đ-ợc kích thích và tắt 100 lần trong một giây Trong mỗi nửa chu kỳ, sự giảm dòng

điện đi kèm với sự giảm nhiệt độ trong cột hồ quang làm cho mức độ ion hoá trong

cột hồ quang giảm và hồ quang chỉ đ-ợc gây lại khi tăng điện áp (có điện áp mồi)

Hình 1.4 Biến thiên dòng điện và điện áp khi hàn bằng dòng xoay chiều

Nếu trong không gian hồ quang chứa các chất có điện thế ion hoá thấp (Na, K,

Ca,…) thì quá trình gây lại hồ quang sẽ dễ dàng hơn (ở ngay trị số điện áp thấp) và hồ

quang cháy ổn định hơn Các nguyên tố có ái lực mạnh với điện tử nh- Flo, clo, ôxy

lại có tác dụng ng-ợc lại

1.2 Hiện t-ợng thổi lệch hồ quang hàn

1.2.1 Nguyên nhân

Sự ổn định của hồ quang hàn và khả năng định h-ớng nó vào chỗ cần thiết khi

hàn bằng dòng một chiều phụ thuộc vào h-ớng tác động của từ tr-ờng xung quanh hồ

quang Có thể xem hồ quang nh- một dây dẫn mềm bằng khí D-ới tác dụng của từ

tr-ờng, nó có thể dịch chuyển nh- một dây dẫn thông th-ờng, đồng thời còn bị biến

dạng và bị kéo dài ra Nếu từ tr-ờng xung quanh cột hồ quang phân bố đối xứng, nó

sẽ không bị thổi lệch Khi từ tr-ờng phân bố không đối xứng, hồ quang sẽ bị thổi lệch

về phía có mật độ đ-ờng sức từ nhỏ hơn

Sự cháy của cột hồ quang chịu tác động bởi lực từ tr-ờng phân bố xung quanh

nó Với dòng điện xoay chiều, cực dòng điện thay đổi liên tục nên chiều của lực từ

tr-ờng cũng thay đổi theo làm cho cột hồ quang ít bị thổi lệch; do vậy ta chỉ xét ảnh

h-ởng của từ tr-ờng dòng điện một chiều lên sự cháy của cột hồ quang

Ngoài ra, khối l-ợng sắt từ của vật hàn cũng ảnh h-ởng lên sự thổi lệch của hồ

quang hàn

1.2.2 ảnh h-ởng của từ tr-ờng ngang

Từ tr-ờng ngang có tác dụng t-ơng tự nh- tác dụng của một nam châm vĩnh cửu

đặt vuông góc với dây dẫn (hồ quang)

Công nghệ hàn cao đẳng

Hình 1.5 Mô tả sự tác động của từ tr-ờng ngang đến sự cháy của hồ quang

Có thể thấy ở phía bên phải của cột hồ quang, từ tr-ờng ngang cùng chiều với từ tr-ờng riêng (do dòng điện chạy qua hồ quang sinh ra và đ-ợc biểu thị

bằng các đ-ờng tròn đồng tâm) ở phía bên trái, chúng ng-ợc chiều với nhau Do đó

mật độ đ-ờng sức từ ở phía bên phải lớn hơn, làm thổi lệch cột hồ quang về phía bên

trái Nếu thành phần từ tr-ờng này đủ mạnh sẽ làm gián đoạn hoàn toàn hồ quang

hàn

1.2.3 ảnh h-ởng của từ tr-ờng dọc

Từ tr-ờng dọc có tác dung giống nh- tác dụng của ống dây xoắn solenoid có dòng

điện chạy qua tác dụng lên lõi (hồ quang)

Hình 1.6 Từ tr-ờng dọc tác động lên các hạt tích điện trong cột hồ quang

Từ tr-ờng dọc có h-ớng trùng với h-ớng của hồ quang vì vậy nó không gây

ảnh h-ởng đến sự chuyển động của các hạt tích điện dọc theo trục hồ quang (theo

h-ớng điện tr-ờng) nh-ng nó sẽ tác động tới sự chuyển động của các hạt tích điện

theo ph-ơng vuông góc với điện tr-ờng

Theo tiết diện ngang cột hồ quang, nhiệt độ ở tâm cột hồ quang cao hơn phía

ngoài và mật độ dòng điện ở tâm cột hồ quang lớn hơn chu vi ngoài nên sẽ có sự

khuếch tán của các hạt tích điện từ tâm cột hồ quang ra chu vi ngoài Khi chuyển

động, các hạt tích điện sẽ cắt các đ-ờng sức từ của từ tr-ờng dọc D-ới tác dụng

của từ tr-ờng dọc sẽ h-ớng các hạt tích điện chuyển động theo h-ớng điện tr-ờng

Ion d-ơng có khối l-ợng lớn lên sẽ quyết định h-ớng chuyển động của các hạt tích

điện Ngoài ra do tác động của điện tr-ờng lên các hạt tích điện khiến chúng

chuyển động theo chiều thẳng đứng D-ới tác dụng đồng thời của điện tr-ờng và

Công nghệ hàn cao đẳng

từ tr-ờng dọc, các hạt tích điện sẽ chuyển động xoắn ốc, đồng thời xuất hiện lực

h-ớng tâm kéo cột hồ quang về trục thẳng đứng, kết quả làm giảm tiết diện cột hồ

quang, cải thiện đặc tính công nghệ của hồ quang

1.2.4 ảnh h-ởng của từ tr-ờng riêng

Từ tr-ờng riêng đ-ợc sinh ra khi có dòng điện chạy qua mạch hàn Nếu sự phân bố

của từ tr-ờng riêng đều xung quanh cột hồ quang thì hồ quang sẽ không bị thổi lệch

Sự phân bố này phụ thuộc vào cách đấu dây vào vật hàn

Hình 1.7 Tác động của từ tr-ờng riêng đến sự cháy của hồ quang

1.2.5 ảnh h-ởng của góc nghiêng que hàn

vh vh

Hình 1.8 ảnh h-ởng của góc nghiêng que hàn

1.2.6 ảnh h-ởng của sắt từ

Độ từ thẩm của vật liệu sắt từ lớn hơn độ từ thẩm của không khí hàng nghìn lần

nên từ thông đi qua sắt từ dễ hơn nhiều so với không khí Nếu ở vùng cột hồ quang có

khối sắt từ sẽ hút các đ-ờng sức từ đi qua nó làm cho từ tr-ờng ở phía khối sắt từ

loãng đi, phần còn lại các đ-ờng sức từ cũng sẽ bị kéo về phía sắt từ , kết quả làm hồ

quang h-ớng về phía khối sắt từ ảnh h-ởng này thể hiện rõ rệt nhất khi hàn các mối

hàn góc trong, hàn phía mép ngoài của tấm thép

Hình 1.9 ảnh h-ởng của sắt từ đến sự cháy của hồ quang

Công nghệ hàn cao đẳng

1.2.7 Biện pháp giảm sự thổi lệch của hồ quang

- Thay đổi cách nối dây

- Đặt que hàn nghiêng về phía h-ớng hàn

- Thay dòng điện hàn một chiều bằng dòng xoay chiều

- Đặt thêm miếng sắt từ về phía hồ quang bị thổi lệch

1.3 Nhiệt hồ quang hàn

1.3.1 Sự phân bố nhiệt trong vùng của hồ quang

Hồ quang là một nguồn nhiệt có mức độ tập trung cao, phần lớn năng l-ợng

điện đi qua hồ quang đ-ợc biến thành năng l-ợng nhiệt Nhiệt ở anod và catod chủ

yếu dùng để nung chảy và bay hơi kim loại, nhiệt ở vùng cột hồ quang chủ yếu nung

chảy kim loại và trao đổi với môi tr-ờng xung quanh Các đặc tr-ng nhiệt của hồ

quang thể hiện ở các yếu tố sau :

+ Công suất điện của hồ quang (P):

P = U.I (W) Trong đó U (V) là điện áp hàn

I (A) là c-ờng độ dòng điện hàn

+ Công suất nhiệt của hồ quang (q0) :

Nếu bỏ qua sự mất nhiệt và hiệu ứng của các phản ứng hoá học trong hồ

quang, có thể coi công suất nhiệt của hồ quang bằng công suất điện của nó :

q0 = P + Công suất nhiệt hiệu dụng của hồ quang (q) :

Công suất nhiệt hiệu dụng của hồ quang là l-ợng nhiệt truyền vào kim loại cơ

bản trong một đơn vị thời gian, bỏ qua sự mất nhiệt ra môi tr-ờng :

q = q0.

Trong đó  là hiệu suất của hồ quang, nó phụ thuộc vào từng quá trình hàn

trơ

 = 0,60 – 0,85 khi hàn hồ quang tay

 = 0,80 – 0,95 khi hàn d-ới lớp thuốc

 = 0,70 – 0,85 khi hàn điện xỉ

1.3.2 Sự nung nóng điện cực khi hàn

Điện cực đ-ợc nung nóng bằng hai nguồn nhiệt : hồ quang và nhiệt

Joules-Lentz sinh ra khi có dòng điện chạy qua Với mỗi ph-ơng pháp hàn khác nhau có sự

nung nóng điện cực khác nhau :

Công nghệ hàn cao đẳng

Hình 1.10 Cân bằng nhiệt khi hàn hồ quang tay a) và hàn d-ới lớp thuốc b)

1.4 Sự chuyển kim loại từ điện cực vào vũng hàn

1.4.1 Trọng lực giọt kim loại lỏng

Kim loại lỏng d-ới tác dụng của trọng lực luôn có xu h-ớng đi về vũng hàn

(đặc biệt đối với hàn bằng)

1.4.2 Sức căng bề mặt

Sức căng bề mặt (đ-ợc tạo nên do tác dụng của lực phân tử ) luôn giữ cho các

giọt kim loại lỏng có dạng hình cầu và ở trạng thái này trên suốt đoạn đ-ờng chuyển

vào vũng hàn, khi vào vũng hàn sẽ bị sức căng bề mặt kéo vào để tạo thành một khối

thống nhất (có tác dụng lớn đối với mối hàn trong không gian)

1.4.3 Lực từ tr-ờng

Lực từ tr-ờng sinh ra xung quanh điện cực khi có dòng điện chạy qua que hàn

và vật hàn, nó tác dụng đến quá trình tách giọt kim loại lỏng từ điện cực vào vũng

hàn

1.4.4 áp lực khí

áp lực khí sinh ra trong cột hồ quang sẽ tạo nên áp lực đẩy kim loại lỏng từ

điện cực vào vũng hàn (có tác dụng lớn đối với mối hàn trong không gian)

1.5 Năng suất quá trình hàn

Năng suất quá trình hàn đánh giá khối l-ợng kim loại đ-ợc nguồn nhiệt hàn

nung chảy trong một đơn vị thời gian, nó thể hiện qua hệ số đắp d và hệ số chảy c

G d

d 

Trong đó Gd là khối l-ợng kim loại điện cực đắp lên kim loại cơ bản (g)

Gc là khối l-ợng kim loại điện cực nóng chảy (g)

t0 là thời gian hồ quang cháy (h)

Hệ số tổn thất kim loại :

100

c

d c G

G

G 



Hệ số tổn thất phụ thuộc vào ph-ơng pháp hàn, loại điện cực, dòng hàn… và

thay đổi từ (10 – 20)% Hệ số tổn thất có thể có giá trị âm khi vỏ bọc que hàn chứa

một l-ợng lớn bột kim loại (Fe)

1.6 Khái niệm về năng l-ợng đ-ờng (q d ) :

Năng l-ợng đ-ờng là tỷ số giữa công suất nhiệt hiệu dụng của nguồn nhiệt hàn

(hồ quang) và tốc độ hàn; đây là đại l-ợng quan trọng của chế độ hàn dùng để đánh

giá chu trình nhiệt hàn đối với kim loại cơ bản và kim loại đắp

h h d

v

I U v

q

Trong đó vh – tốc độ hàn (cm.s-1)

1.7 Quá trình luyện kim khi hàn điện nóng chảy

1.7.1 Đặc điểm quá trình luyện kim

Quá trình luyện kim khi hàn nóng chảy rất phức tạp, nó khác với quá trình

luyện kim thông th-ờng ở một số yếu tố sau :

+ Nhiệt của hồ quang cao hơn nhiều so với nhiệt độ các lò luyện kim thông th-ờng và

phân bố ở các vùng của cột hồ quang khác nhau

+ Sự t-ơng tác hóa lý xảy ra mạnh giữa kim loại lỏng với xỉ, với khí và với kim loại cơ

bản

+ Thời gian kim loại tồn tại ở trạng thái lỏng ngắn, do đó các phản ứng hóa học xảy ra

trong vũng hàn không đi đến trạng thái cân bằng

Công nghệ hàn cao đẳng

+ Nhiệt độ vũng hàn cao tạo điều kiện cho nhiều phản ứng hóa học xảy ra nh- : sự

t ơng tác giữa kim loại lỏng với xỉ, với khí ; sự ôxy hóa hay hoàn nguyên kim loại, sự

phân ly của các hợp chất khí (H2 2H ; CO2 CO + O ; v v….)

Các phản ứng hóa học xảy ra chủ yếu là phản ứng ôxy hóa nên ngoài việc tạo

ra môi tr-ờng khí bảo vệ, cần phải có biện pháp khử ôxy ngay trong kim loại đắp

* Điều kiện cân bằng của hệ thống hoá lý

Phần lớn cỏc phương trỡnh phản ứng húa học xảy ra trong vũng hàn khụng biểu thị

đầy đủ quỏ trỡnh xảy ra vỡ nú khụng chứa cỏc đại lượng đặc trưng trong thời gian

phản ứng xảy ra( vớ dụ: ỏi lực giữa cỏc nguyờn tố, tốc độ của phản ứng…)

Phần lớn cỏc phản ứng xảy ra khụng đi đến trạng thỏi cõn bằng giữa cỏc chất tham

gia phản ứng và cỏc sản phẩm phản ứng

Những vấn đề này được giải quyết bằng định luật khối lượng tỏc dụng và định luật

cõn bằng động

Hầu hết cỏc kim loại trong vũng hàn dưới tỏc dụng nhiệt của hồ quang đều xảy ra

hiện tượng oxi húa mạnh Cỏc oxit được tạo thành cú thể ở pha ngưng tụ (rắn hoặc

lỏng) hay ở pha khớ Cỏc oxit hũa tan vào kim loại lỏng (vũng hàn) sẽ làm giảm tương

đối mạnh cơ tớnh và cỏc tớnh chất húa lớ ở mối hàn Cỏc oxit khụng hũa tan vào kim

loại lỏng thỡ phần lớn được chuyển vào pha xỉ, chỉ cũn phần nhỏ nằm lịa trong vũng

hàn Cỏc oxit ở thể khớ chủ yếu đi vào mụi trường xung quanh, số cũn lại khụng kịp

thoỏt ra khỏi vũng hàn khi nguội sẽ nằm lại trong mối hàn dưới dạng bọt khớ

Điều kiện chủ yếu nhất nhận được mối hàn cú chất lượng tốt là phải ngăn ngừa

được sự oxi húa cỏc kim loại và cỏc thành phần khỏc bằng cỏch tạo ra xung quanh

vựng hàn cỏc mụi trường bảo vệ khỏc nhau Tuy nhiờn, biện phỏp này khụng bảo đảm

hoàn toàn kim loại khỏi bị oxi húa Vỡ vậy, ngoài việc tạo mụng trường bảo vệ cũn

phải tỡm cỏch khử oxi ngay trong kim loại đắp

Trong vũng hàn, sự oxi húa và sự khử là hai quỏ trỡnh đối lập, cú thể biểu diễn

bằng phương trỡnh tổng quỏt sau:

mMe +

2

n

O2 = MemOn Nếu phản ứng đi về bờn phải sẽ xảy ra sự oxi húa, cũn nếu phản ứng đi về bờn trỏi

sẽ xảy ra sự khử (tức là hoàn nguyờn kim loại từ oxit)

Trạng thỏi cõn bằng của hệ thống húa lý đắc trưng bởi sự cú mặt đồng thời cả kim

loại tự do và oxit của nú với tỷ lệ xỏc định

Chiều phản ứng phụ thuộc vào nồng độ của cỏc chất phản ứng, nhiệt độ và ỏp suất

Theo định luật khối lượng tỏc dụng, tốc độ phản ứng húa học được xỏc định bằng

hằng số cõn bằng

%Me m O2n/2

k =

%MemOn

- k > 1 : phản ứng xảy ra theo chiều thuận (phản ứng ôxy hóa)

- k < 1 : phản ứng xảy ra theo chiều nghịch (phản ứng khử ôxy) a: nồng độ cỏc

chất tỏc dụng

Để dễ tớnh toỏn cú thể biểu diễn nồng độ cỏc chất tỏc dụng bằng % khối lượng

của chỳng, khi đú hằng số cõn bằng được viết dưới dạng

Hằng số cõn bằng của phản ứng húa học cho ta khả năng xỏc định chiều

của phản ứng húa học ở mức độ nhất địnhcho phộp phỏn đoỏn tốc độ phản ứng xảy

ra Khi tử số lớn (nồng độ cỏc chất tham gia phản ứng) lớn hơn mẫu số (nồng độ sản

phẩm phản ứng) chiều phản ứng đi về phớa phải (oxi húa); ngược lại, tử số nhỏ hơn

mẫu số chiều của phản ứng đi về phớa trỏi( phản ứng hoàn nguyờn)

Công nghệ hàn cao đẳng

Qua đú ta thấy nồng độ của cỏc chất phản ứng quyết định chiều của phản ứng chứ

khụng quyết định vào khả năng phản ứng

* Sự phân ly của các chất khí đơn giản và hợp chất khí

Sự phõn ly của cỏc phõn tử khớ trong vũng hàn là do tỏc dụng va đậpvỡ sự va

thành cỏc nguyờn tử cũn lại N2 bị phõn ly ớt hơn Oxi, nito, hydro nguyờn tử sinh ra

liờn kết với kim loại làm giảm chất lượng mối hàn

cú ỏi lực điện tử mạnh nờn trở thành ion õm

F2 ↔ 2F – 63500cal

F + e ↔ F

+ 3,94eV

do đú khi chưa được cỏc hợp chất Flo vào thuốc bọc hay thuốc hàn sẽ làm giảm sự ổn

định của hồ quang Tuy nhiờn, Flo cú tỏc dụng tốt khi hàn là làm giảm khả năng bóo

hũa hidro của kim loại đắp

F + H → HF (cú độ bền cao)

dõy hàn Tựy theo nhiệt độ, sự phõn li của hơi nước cú thể biểu diễn bằng phản ứng

Trong vũng hàn, núi chung hơi nước bị phõn li hầu như hoàn toàn nờn mối hàn

thường bị bừa hũa oxi và hidro làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng mối hàn

1.7.2 Quá trình luyện kim khi hàn bằng điện cực trần hay que hàn thuốc bọc mỏng

Quá trình luyện kim này chủ yếu đ-ợc xác định bởi các phản ứng hoá học xảy

ra trong không gian hồ quang giữa các giọt kim loại lỏng của điện cực với môi tr-ờng

khí xung quanh vì lớp thuốc bọc mỏng không ngăn đ-ợc môi tr-ờng khí xung quanh

xâm nhập vào vũng hàn Các khí có hại nhất là ôxy, nitơ, hiđrô

Trong đó, ôxit sắt II (FeO) hòa tan vào kim loại lỏng (còn lại vào xỉ)

- Trong các giọt kim loại lỏng, xảy ra phản ứng giữa ôxy nguyên tử với C, Si, Mn :

C + O  {CO}

Nitơ vào cột hồ quang chủ yếu từ không khí ở trạng thái nguyên tử Nitơ sẽ hoà

tan vào kim loại lỏng, khi nguội tách ra nh-ng tác dụng với kim loại tạo thành nitơrit:

Fe + N  Fe2N (11,1%N)

Fe + N  Fe4N (5,88%N) Các nitơrit ổn định ở nhiệt độ 7000C, trên 7000C dễ phân huỷ Trong quá trình

hàn, nhiệt độ ở vũng hàn hay ở các giọt kim loại lỏng chuyển từ điện cực vào vũng

hàn khá cao, ta t-ởng rằng trong kim loại không có nitơ nh-ng thực tế cho thấy trong

kim loại l-ợng nitơ vẫn tồn tại khoảng 0,2%

Khi hàn bằng điện cực trần, ở nhịêt độ cao nitơ nguyên tử hoà tan mạnh vào

kim loại lỏng, sau khi nguội nó tạo thành các nitơrit bền

Các nitơrit hoà tan vào kim loại lỏng gây cho mối hàn bão hoà nitơ ở nhiệt độ

cao, nitơ còn tác dụng với ôxy tạo thành ôxit nitơ hoà tan vào kim loại lỏng, theo các

hạt kim loại lỏng đi vào vũng hàn Khi nguội, nó lại tách ra tạo thành ôxy nguyên tử

làm cho mối hàn có ôxy và nitơ Khi hàm l-ợng nitơ tăng thì tăng độ bền và giảm độ

dẻo, nếu trong khi nguội nitơ không kịp thoát ra ngoài sẽ làm xô lệch mạng ferit gây

nứt cho mối hàn

c ảnh h-ởng của Hiđrô

thành hiđrô nguyên tử hoà tan mạnh vào kim loại lỏng, ngoài ra nó còn có tác dụng

khử ôxy:

6H + Fe2O3 2Fe + 3H2O 8H + Fe3O4 3Fe + 4H2O

ở nhiệt độ kim loại nóng chảy, độ hoà tan của hiđrô rất nhanh, độ hoà tan lớn nhất ở

24000C

tan của hiđrô giảm vì nó thoát ra ngoài ở nhịêt độ đang kết tinh còn tồn tại cả pha lỏng

và pha rắn ở pha lỏng hiđrô lại phân bố rất nhanh đồng thời tập trung lại và thoát ra

môi tr-ờng liên tục d-ới dạng bọt khí, phần còn lại không kịp thoát ra nằm lạt trong

mối hàn chỗ nhánh cây, ở các vị trí đó hiđrô lại tiếp tục khuếch tán vào Khi đông đặc

thể tích kim loại lỏng giảm làm áp suất hiđrô tại các lỗ rỗng tăng lên rất lớn, nó là

nguyên nhân gây nứt và rỗ khí trong vũng hàn

Biện pháp giảm hiđrô hoà tan vào vũng hàn

+ Hàn bằng que thuốc bọc dày, hàn d-ới lớp thuốc

+ Tr-ớc khi hàn phải tiến hành làm sạch bề mặt dây hàn và mép hàn

+ Chọn thành phần thuốc hàn, thuốc bọc và dây hàn thích hợp

*) ảnh h-ởng của tạp chất l-u huỳnh, phốtpho

a L-u huỳnh

- Gây nứt nóng cho mối hàn

Công nghệ hàn cao đẳng

- S vào vũng hàn từ kim loại cơ bản, kim loại điện cực là chủ yếu, ngoài ra có thể từ

thuốc hàn

- Trong vũng hàn, S tác dụng với sắt cùng với 1 số kim loại khác tạo thành các tạp

chất sunfua (FeS, MnS, SiS ), trong đó FeS nguy hiểm nhất vì nó có nhiệt độ nóng

Vì vậy, phải tiến hành khử S bằng cách cho các nguyên tố có ái lực với S mạnh

hơn sắt vào mối hàn để hoàn nguyên sắt: Mn, Si

FeS + Si  Fe + SiS MnS, SiS có nhiệt độ nóng chảy cao hơn Fe, dễ kết hợp với ôxit bazơ chuyển vào pha

xỉ

Trong vũng hàn còn xảy ra phản ứng:

Ôxit bazơ có tác dụng khử S mạnh hơn ôxit axit nên đa số thuốc bọc que hàn chứa

nhiều thành phần ôxit bazơ

do đ-ờng kính nguyên tử của P lớn hơn rất nhiều so với Fe làm xô lệch mạng tinh thể

sắt gây cho mối hàn nứt nguội

5FeO + 2Fe3P  P2O5 + 11Fe 5FeO + 2Fe2P  P2O5 + 9Fe

Để tách P ra khỏi vũng hàn dùng ôxit kết hợp với P2O5 tạo thành xỉ, th-ờng

dùng nhất là CaO

3CaO + P2O5 Ca3P2O84CaO + P2O5 Ca4P2O9

1.7.3 Quá trình luyện kim khi hàn d-ới lớp thuốc

Các quá trình luyện kim khi hàn d-ới lớp thuốc t-ơng tự nh- khi hàn hồ quang

tay, song có một số điểm khác sau:

- Hiệu quả bảo vệ vũng hàn tốt hơn: Hàm l-ợng nitơ trong vũng hàn khoảng 0,02%,

hàn hồ quang tay hàm l-ợng nitơ khoảng 0,035%

- Sự phụ thuộc thành phần kim loại mối hàn vào chế độ hàn nhiều hơn

- Thể tích vũng hàn lớn hơn

Trong thuốc hàn, đặc biệt thuốc hàn nóng chảy không có các fero hợp kim mà

chủ yếu là các ôxit bazơ Vì vậy trong môi tr-ờng hồ quang bao gồm chủ yếu các ôxit

cacbon, H2, hơi kim loại và hơi thuốc hàn, còn hàm l-ợng CO2 và N2 không đáng kể

Do ở nhiệt độ cao các khí bị phân huỷ mạnh và hoạt tính của chúng cao nên tác hại

của hiđrô biểu hiện càng rõ rệt, vì vậy hàn d-ới lớp thuốc phải khử hiđrô triệt để Để

ngăn ngừa sự hoà tan của hiđrô vào vũng hàn yêu cầu môi tr-ờng hồ quang phải chứa

một l-ợng khá lớn flo, hơi SiO2

Khi đ-a huỳnh thạch vào:

CaF2 CaF + F CaF2 + SiO2 SiF4 + CaO SiF4 + 3H  3HF + SiF

F + H  HF

HF là hợp chất bền nổi lên vào pha xỉ

Công nghệ hàn cao đẳng

Ngoài ra cần tiến hành khử tạp chất có hại S, P Hai nguyên tố này khử khó khăn hơn

nên trong thuốc hàn phải hạn chế đến mức thấp nhất

1.7.4 Quá trình luyện kim khi hàn trong môi tr-ờng khí bảo vệ

- Việc tạo ra môi tr-ờng khí bảo vệ xung quanh cột hồ quang nhằm bảo vệ kim loại

lỏng vũng hàn khỏi tác dụng xấu của ôxy và nitơ của không khí

- Có thể tạo ra môi tr-ờng bảo vệ bằng cách :

+ Hàn trong môi tr-ờng chân không

+ Hàn bằng que thuốc bọc dầy, dây hàn có lõi thuốc

+ Hàn d-ới lớp thuốc,…

* Xỉ hàn

Xỉ hàn đ-ợc tạo ra từ que hàn, thuốc hàn nóng chảy, nó mang tính phi kim

- Xỉ hàn axit : chứa các ôxit axit SiO2, TiO2, P2O5,…

- Xỉ hàn bazơ : chứa các ôxit bazơ CaO, MnO, BaO,…

Độ axit hay bazơ của xỉ hàn đ-ợc xác định bởi tỷ số tính theo khối l-ợng của

a>1 gọi là xỉ axit

a<1 gọi là xỉ bazơ

Xỉ hàn có tác dụng bảo vệ kim loại mối hàn khỏi tác dụng xấu của không khí,

hợp kim hoá mối hàn Tính chất của xỉ có ảnh h-ởng lớn đến chất l-ợng mối hàn sau

khi hàn

Chất l-ợng mối hàn nhận đ-ợc tốt nhất khi xỉ có nhiệt độ nóng chảy trong

khoảng 11000C  12000C Tuy nhiên, xỉ không đ-ợc có tính chảy loãng quá cao vì

điều này làm bất lợi khi hàn ở vị trí hàn đứng và hàn trần

1.7.5 Sự khử ôxy khi hàn nóng chảy

- Khử ôxy bằng xỉ hàn : Đ-a vào vũng hàn các ôxit có khả năng liên kết với ôxit sắt

thành các phức chất nhẹ dễ nổi lên bề mặt vũng hàn, sự khử ôxy sẽ xảy ra theo phản

ứng sau

FeO + SiO2 = FeO.SiO2 Các silicat đ-ợc tạo thành sẽ không hòa tan vào kim loại lỏng mà đi vào xỉ, do

vậy hàm l-ợng FeO trong kim loại mối hàn sẽ giảm đáng kể

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

của nó: C, Si, Mn, Ti, v.v…

FeO + C = Fe + {CO}

Si + 2 FeO = 2 Fe + (SiO2)

Ti + 2FeO = TiO2 + 2Fe

Ngoài việc khử ôxy, mangan, còn có tác dụng khử l-u huỳnh và làm tăng độ

bền mối hàn khi hàm l-ợng của nó d-ới 1,6%

Silic có tác dụng làm tăng cơ tính của mối hàn khi hàm l-ợng của nó vào

khoảng (0,2  0,3 )%

Titan có tác dụng làm nhỏ hạt kim loại, tăng độ bền kim loại mối hàn

Ngoài ra, nhôm cũng là chất khử ôxy mạnh nh-ng ít đ-ợc sử dụng vì tạo thành

ôxit nhôm khó nóng chảy, dễ gây rỗ khí trong mối hàn

Công nghệ hàn cao đẳng

1.8 Sự kết tinh vũng hàn, tổ chức kim loại mối hàn và vùng ảnh h-ởng nhiệt

1.8.1 Sự kết tinh kim loại mối hàn - Tổ chức kim loại mối hàn

+ Quá trình kết tinh xảy ra khi có nguồn nhiệt di động Tốc độ kết tinh trung bình của

mối hàn bằng tốc độ dịch chuyển vũng hàn

+ Sự kết tinh của kim loại mối hàn xảy ra nhanh và có tính chu kỳ (do ẩn nhiệt của

kim loại lớp trong truyền ra)

Hình 1.11 Tổ chức kim loại mối hàn

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

có 3 lớp - hình vẽ) Vùng nằm sát với kim loại cơ bản có tổ chức kim loại nhỏ mịn,

lớp tiếp theo có dạng hình trụ và ở lớp trung tâm tổ chức có dạng hạt thô to, đồng thời

lẫn một số tạp chất phi kim

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

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

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

Nghiên cứu tổ chức thứ hai là tổ chức thực của mối hàn, nó có ý nghĩa rất lớn

trong việc xác định mối quan hệ phụ thuộc giữa cơ tính với thành phần hóa học của

mối hàn và kim loại cơ bản, sự tác dụng nhiệt trong quá trình hàn

1.8.2 Tổ chức tế vi của vùng ảnh h-ởng nhiệt

Vùng ảnh h-ởng nhiệt là vùng kim loại cơ bản nằm sát kim loại mối hàn, thay đổi tổ

chức và tính chất do tác dụng của nguồn nhiệt hàn

Công nghệ hàn cao đẳng

Hình 1.12 Tổ chức vùng ảnh h-ởng nhiệt khi hàn thép cácbon thấp

- Có thể chia vùng ảnh h-ởng nhiệt thành sáu vùng sau :

+ Vùng nóng chảy không hoàn toàn (viền chảy) : có tổ chức là ôstenit và pha lỏng,

kích th-ớc hạt kim loại sau khi hàn khá mịn và có cơ tính rất cao

+ Vùng quá nhiệt : tổ chức là các hạt ôstenit thô to, cơ tính kém (độ dai va đập và độ

dẻo thấp, dễ bị gẫy) Có thể nói đây là vùng yếu nhất của liên kết hàn

+ Vùng th-ờng hóa : tổ chức gồm những hạt ferit nhỏ và peclit, cơ tính vùng này

t-ơng đối cao (đôi khi cao hơn kim loại cơ bản)

+ Vùng kết tinh lại không hoàn toàn : tổ chức là ôstenit và ferit Hai dạng hạt này

không đồng đều, ferit hạt to còn ôstenit hạt nhỏ vì thế cơ tính vùng này kém hơn

+ Vùng kết tinh lại hoàn toàn (vùng hóa già) : tổ chức kim loại t-ơng đối đồng đều, cơ

tính tốt

nh ng ở nhiệt độ 4000C  5000C ôxy và nitơ có khả năng khuếch tán vào, do vậy độ dẻo

giảm đi một ít

Kích th-ớc vùng ảnh h-ởng nhiệt phụ thuộc vào ph-ơng pháp hàn, chế độ hàn,

thành phần hóa học cũng nh- tính chất lý nhiệt của kim loại vật hàn

Công nghệ hàn cao đẳng

Ch-ơng 2 : Công nghệ hàn hồ quang tay

2.1 Khái niệm hàn hồ quang tay

2.1.1 Khái niệm

Hàn hồ quang tay là phương pháp hàn trong đó tất cả các thao tác gây hồ quang,

dịch chuyển que hàn để duy trì hồ quang và bảo đảm bề rộng mối hàn cũng nh- để

hàn hết chiều dài mối hàn…v v… đều do ng-ời thợ hàn thực hiện

Hình 2.1 Hàn hồ quang tay bằng que thuốc bọc

2.1.2 Đặc điểm

Hàn có một số đặc điểm sau :

+ Liên kết hàn là một liên kết ‘’ cứng’’ không tháo rời đ-ợc

+ So với đinh tán tiết kiệm (10  20)% khối l-ợng kim loại, so với đúc tiết kiệm

khoảng 50%

+ Hàn chế tạo được các chi tiết có hình dáng phức tạp, liên kết các kim loại có cùng

tính chất hoặc khác tính chất với nhau

+ Mối hàn có độ bền và độ kín cao, đáp ứng yêu cầu làm việc quan trọng của các kết

cấu : vỏ tàu, bồn chứa, nồi hơi, v.v…

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

+ Giá thành chế tạo kết cấu rẻ

Tuy vậy, hàn còn có một số nh-ợc điểm : sau khi hàn tồn tại ứng suất và biến

dạng d-, xuất hiện vùng ảnh h-ởng nhiệt làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu

2.2 Phân loại hàn hồ quang tay

2.2.1 Phân loại theo điện cực

a) Hàn bằng điện cực nóng chảy (que hàn, dây hàn……)

b) Hàn bằng điện cực không nóng chảy (Vonfram, điện cực than) : điện cực không

nóng chảy làm nhiệm vụ mồi và duy trì hồ quang

2.2.2 Phân loại theo cách nối dây

a) Nối trực tiếp

Một cực của nguồn điện hàn đ-ợc nối với que hàn, còn cực kia nối với vật hàn

Khi hàn bằng dòng một chiều, nối trực tiếp đ-ợc phân ra : nối thuận và nối nghịch

Công nghệ hàn cao đẳng

Hình 2.2 Ph-ơng pháp nối dây trực tiếp

+ Nối thuận: cực d-ơng của nguồn với vật hàn, cực âm nối với que hàn

+ Nối nghịch: cực d-ơng của nguồn với que hàn, cực âm với vật hàn

b) Nối gián tiếp : là nối hai cực của nguồn điện với que hàn còn vật hàn không nối

cực, hồ quang cháy giữa hai que hàn

Hình 2.3 Ph-ơng pháp nối dây gián tiếp

c) Nối hỗn hợp (bằng dòng ba pha)

Hai cực của nguồn điện nối với que hàn còn cực kia nối với vật hàn Ưu điểm

của ph-ơng pháp này là nhiệt tập trung cao, năng suất hàn cao, th-ờng áp dụng khi

hàn vật dầy, các kim loại và hợp kim nóng chảy cao

Hình 2.4 Nối hỗn hợp

2.2.3 Phân loại theo dòng điện

Phân loại theo dòng điện, hàn hồ quang tay đ-ợc chia ra :

- Hàn bằng dòng điện xoay chiều AC (Alternating Current) : nguồn điện ra hai cực ở

máy hàn là nguồn xoay chiều

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

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

+ Nh-ợc điểm : Khó gây hồ quang và hồ quang cháy không ổn định, không dùng

đ ợc với tất cả các loại que hàn

- Hàn bằng dòng điện một chiều DC (Direct Current) : nguồn điện ra hai cực ở máy

hàn là nguồn một chiều

+ Ưu điểm : dễ gây hồ quang và hồ quang cháy ổn định, tiện lợi ở nơi xa l-ới điện,

chất l-ợng mối hàn đạt đ-ợc cao

+ Nh-ợc điểm : tổn hao nhiều năng lợng, hồ quang hay bị thổi lệch

Do có những -u nh-ợc điểm trên mà hiện nay cả hai ph-ơng pháp này cùng tồn

tại và bổ trợ cho nhau

2.3 Que hàn hồ quang tay

Công nghệ hàn cao đẳng

2.3.1 Cấu tạo que hàn

Hình 2.5 Cấu tạo que hàn hồ quang tay

- Que hàn gồm hai phần chính :

+ Lõi que : là những đoạn dây kim loại có đ-ờng kính từ 1,6 6mm, chiều dài L =

(250  450)mm Đ-ờng kính que hàn quy -ớc gọi theo đ-ờng kính của lõi que

(TCVN – 89)

+ Vỏ thuốc : gồm hỗn hợp các hóa chất , khoáng chất, các ferô hợp kim và chất kết

dính

2.3.2 Yêu cầu chung của que hàn :

- Đối với vỏ thuốc bọc :

+ Tạo ra môi tr-ờng ion hóa tốt để dễ gây hồ quang và hồ quang cháy ổn định

+ Tạo khí bảo vệ tốt vũng hàn

+ Tạo lớp xỉ bảo vệ trên toàn bộ bề mặt mối hàn và dễ bong khi nguội

+ Có tác dụng khử ôxy và hợp kim hóa kim loại mối hàn

+ Đảm bảo thuốc bọc bám chắc lên lõi que

+Nhiệt độ nóng chảy của thuốc phải lớn hơn nhiệt độ nóng chảy của lõi que

- Xét tổng thể, que hàn phải đạt các yêu cầu sau :

+ Đảm bảo yêu cầu về cơ tính của kim loại mối hàn

+ Có tính công nghệ tốt : dễ gây hồ quang và hồ quang cháy ổn định ; nóng chảy đều,

không vón cục; kim loại mối hàn ít bị khuyết tật ; v.v…

2.3.3 Thành phần cơ bản của que hàn

* Thành phần lõi que hàn

- Cácbon : khử ôxy t-ơng đối tốt tạo thành CO2 , hàm l-ợng C  0,18%

- Mangan : là chất khử ôxy rất tốt, khử đ-ợc tác dụng của l-u huỳnh, làm giảm khả

năng nứt nóng và hợp kim hóa nâng cao độ bền mối hàn (hàm l-ợng Mn = (0,4-0,6)%

, có tr-ờng hợp lên tới 0,8% hoặc 1,1%)

- Silic : khử ôxy mạnh hơn Mn, nh-ng nếu hàm l-ợng Si nhiều dễ gây ra rỗ xỉ, rỗ khí,

ngoài ra nó còn làm tăng sự bắn tóe kim loại vũng hàn (Si  0,03%)

- Niken : có tác dụng tốt đối với cơ tính của kim loại mối hàn, hàm l-ợng Ni  0,3%

- S, P : có hại đến quá trình hàn, hàm l-ợng nhỏ hơn 0,03%

* Thành phần thuốc bọc que hàn

Thành phần thuốc bọc que hàn gồm nhiều nhóm vật liệu khác nhau, có thể

chia thành các nhóm sau :

a) Nhóm vật liệu tạo khí : tạo ra các khí bảo vệ kim loại vũng hàn Các chất th-ờng

dùng : chất hữu cơ (tinh bột, xenlulô, đextrin,…) hoặc các muối CaCO3 , MgCO3

,.v.v…

b) Nhóm vật liệu tạo xỉ : tạo nên lớp xỉ phủ trên bề mặt mối hàn có tác dụng bảo vệ

kim loại lỏng khỏi tác dụng của ôxi, nitơ và tinh luyện mối hàn Th-ờng dùng nhất là

quặng mangan, đôlômit, SiO2, fenspat, cao lanh,v.v…

250 - 450 15-20

Lớp thuốc bọc Lõi que hàn

Công nghệ hàn cao đẳng

c) Nhóm vật liệu khử ôxy : gồm các ferô hợp kim (ferô silic, ferô mangan, ferô

titan,… ), có tác dụng khử ôxy và hợp kim hoá kim loại mối hàn (ferô là hợp kim của

sắt với cácbon - lớn hơn 1% và nguyên tố chủ yếu, ví dụ ferô mangan 80 gồm 80%

Mn còn lại là sắt và cácbon)

d) Nhóm vật liệu hợp kim hóa : bổ sung các nguyên tố hợp kim để điều chỉnh thành

phần hóa học mối hàn, th-ờng dùng các ferô hợp kim hoặc các kim loại : Cr, Ni,

Mn,…

e) Nhóm vật liệu ổn định hồ quang : dùng các nguyên tố có điện thế ion hóa thấp

thủy tinh, …

f) Nhóm vật liệu xêmentit hóa : có tác dụng bảo đảm độ bền thuốc bọc sau khi khô,

th-ờng dùng nhất là n-ớc thủy tinh, đextrin

g) Nhóm vật liệu tạo hình : làm tăng thêm tính dẻo của thuốc bọc để bám chắc lên lõi

que, dùng phổ biến là : bentônit, cao lanh, đextrin,.v.v…

Để nâng cao năng suất hàn, ng-ời ta th-ờng cho vào thuốc bọc một l-ợng bột

sắt khoảng d-ới 60% khối l-ợng thuốc bọc

2.3.4 Các đại l-ợng đặc tr-ng cho que hàn

Các đặc tính công nghệ của que hàn đ-ợc xác định bằng thực nghiệm, thông qua đó

đánh giá đ-ợc năng suất và tính kinh tế của quá trình hàn đối với một loại que hàn

nào đó Trong quá trình hàn ng-ời ta th-ờng xác định các đại l-ợng: hệ số chảy, hệ số

đắp, hệ số tốn thất, hệ số thuốc bọc

2.3.5 Phân loại que hàn

a) Theo công dụng, que hàn đ-ợc chia thành các nhóm sau :

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

- Que hàn để hàn thép hợp kim chịu nhiệt

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

- Que hàn đắp

- Que hàn gang,…

b) Theo chiều dầy lớp thuốc bọc, quy -ớc :

- Que hàn thuốc bọc mỏng : D/d  1,2

- Que hàn thuốc bọc trung bình : 1,2 < D/d  1,45

- Que hàn thuốc bọc dầy : 1,45 < D/d  1,8

- Que hàn thuốc bọc đặc biệt dầy : D/d > 1,8

c) Theo tính chất của thuốc bọc có :

- Que hàn loại vỏ thuốc hệ axit (A) : thành phần gồm ôxit sắt, ôxit mangan, ôxit silic,

ferô mangan,… Loại này có tốc độ chảy lớn, cho phép hàn bằng dòng một chiều và

xoay chiều, hàn đ-ợc mọi vị trí trong không gian, ít dùng để hàn thép có hàm ợng

l u huỳnh và các bon cao

- Que hàn loại vỏ thuốc hệ bazơ (B), thành phần gồm có : CaCO3, MgCO3, huỳnh

thạch, ferô mangan, ferô silic,… Loại này đ-ợc sử dụng với dòng một chiều nối

nghịch, th-ờng sử dụng để hàn các loại thép có độ bền cao, các kết cấu hàn quan

trọng

- Que hàn loại vỏ thuốc hệ hữu cơ (O hoặc C) : thành phần chứa nhiều tinh bột,

xenlulô,…tạo khí bảo vệ vũng hàn Loại que này có tốc độ đông đặc vũng hàn nhanh

nên sử dụng để hàn rơi, hàn với dòng xoay chiều hoặc một chiều

- Que hàn loại vỏ bọc hệ rutin (R) : thành phần gồm TiO2, CaCO3, MgCO3, grafit,

ferô hợp kim,… Khi hàn hồ quang cháy ổn định, ít bắn tóe nh-ng dễ bị rỗ khí và nứt

kết tinh trong mối hàn Hàn đ-ợc với dòng xoay chiều và một chiều

Công nghệ hàn cao đẳng

Hình 2.6 ảnh h-ởng của thành phần thuốc bọc que hàn đến kích th-ớc

giọt kim loại lỏng và chất l-ợng mối hàn

2.3.6 Một số tiêu chuẩn và ký hiệu que hàn

2.3.6.1 Ký hiệu que hàn theo tiêu chuẩn Việt Nam

a) Que hàn thép C và thép hợp kim thấp, TCVN 3734 – 89

Trong ký hiệu, gồm 4 thành phần nh- sau :

(1) : Một chữ cái in hoa chỉ que hàn thép C và thép hợp kim thấp ‘’ N’ ’

(2) : Hai chữ số tiếp theo chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu (46 KG/mm2, tra bảng tìm

đ ợc độ giãn dài, giới hạn va đập, góc uốn)

(3) : Một chữ số tiếp theo chỉ loại dòng điện hàn (1,3,5,7 : hàn với dòng xoay chiều

hoặc một chiều; 2,4,6,8 : hàn với dòng một chiều)

Với que axit (DC cực âm), que bazơ (DC cực d-ơng), que hữu cơ (DC cực âm

và d-ơng), với que rutin (DC cực âm và AC)

(4) : Một hoặc hai chữ cái in hoa chỉ loại vỏ thuốc bọc ( R : rutin)

Giá trị độ bền : trung bình

Giá trị độ bền : tốt

Giá trị độ bền : rất tốt

Kích th-ớc giọt : từ trung bình đến mịn

Kích th-ớc giọt : từ trung bình đến thô

Công nghệ hàn cao đẳng

b) Que hàn thép chịu nhiệt

Trong ký hiệu gồm các thành phần sau :

(1) : Ký hiệu que hàn thép chịu nhiệt ‘’ Hn’’

(2), (3) , (4) : Hàm l-ợng Cr, Mo, V tính theo phần nghìn

(5) : Các nguyên tố hợp kim khác và hàm l-ợng của nó (nếu có)

(6) : Nhiệt độ làm việc lớn nhất của kim loại mối hàn (0C)

(7) : Loại thuốc bọc que hàn (A, B, C, R, RR,…)

Ví dụ : Hn Cr06 Mo12 V04 – 450 R : que hàn thép chịu nhiệt, làm việc ở

nhiệt độ tối đa là 4500C, loại thuốc bọc hệ rutin, thành phần hóa học kim loại mối

(5) : Các nguyên tố hợp kim khác và hàm l-ợng của nó (nếu có) Nếu không có chữ

số kèm theo thì hàm l-ợng nguyên tố đó xấp xỉ bằng 1%

Công nghệ hàn cao đẳng

(6) : Nhiệt độ làm việc ổn định của kim loại mối hàn (0C)

(7) : Loại thuốc bọc que hàn (A, B, C, R, RR,…)

Ví dụ : Hb Cr18 Ni8 Mn – 600B : que hàn thép bền nhiệt và không gỉ, hàm

l ợng các nguyên tố trong kim loại đắp: 18%Cr, 8% Ni và 1% Mn Nhiệt độ làm việc

(1) : Chữ cái in hoa chỉ que hàn thép hợp kim có độ bền cao ‘’ Hc’’

(2) : Hai chữ số chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu (KG/mm2)

(3), (4), (5), (6) : Hai chữ số chỉ hàm l-ợng Cr, Mn, W, và các nguyên tố khác (nếu

có) tính theo %

(7) : Ba chữ số biểu thị nhiệt độ làm việc ổn định của mối hàn (0C)

(8) : Một hoặc hai chữ cái in hoa chỉ loại vỏ thuốc bọc

2.3.6.2 Ký hiệu que hàn theo tiêu chuẩn quốc tế ISO

a) Que hàn thép C và thép hợp kim thấp – ISO 2560

Cấu trúc ký hiệu gồm tám loại thông tin khác nhau, trong đó bốn loại ở phần

đầu bắt buộc phải đ-a ra

(1) : Một chữ cái in hoa chỉ que hàn hồ quang tay ‘’ E’’

(2) : Hai chữ số ‘’ 43’ ’ hoặc ‘’ 51’’ chỉ giới hạn bền kéo của kim loại mối hàn (510610

(4) : Một hoặc hai chữ cái chỉ loại thuốc bọc que hàn ‘’ RR’’ : rutin vỏ dầy

(5) : Ba chữ số biểu thị hiệu suất đắp của que hàn (Kc = 145  155%) Kc = Gđ/Gc, chỉ

b) Que hàn thép hợp kim chịu nhiệt theo ISO 3580

Cấu trúc ký hiệu gồm các thành phần sau :

Công nghệ hàn cao đẳng

(1) : ‘’ E’’ que hàn hồ quang tay

(2), (3), (4) : Một chữ số biểu thị hàm l-ợng Cr trong kim loại đắp (nếu không có chữ

số thì hàm l-ợng nguyên tố đó xấp xỉ bằng 1 % : 5% Cr, 1% Mo, 1% V)

(5) : Một hoặc hai chữ cái in hoa chỉ loại thuốc bọc que hàn ( B : bazơ)

(6) Một chữ số chỉ vị trí mối hàn trong không gian (2: hàn ở mọi vị trí, trừ vị trí hàn

rơi)

(7) : Một chữ số chỉ loại dòng điện, cực tính và điện áp không tải Uo (tra bảng)

c) Que hàn thép không gỉ và thép hợp kim cao – ISO 3581

Các nguyên tố hợp kim chủ yếu trong thép không gỉ và thép hợp kim cao là Cr,

Ni, Mo Do vậy, để đơn giản hóa trong ký hiệu ng-ời ta không ghi cụ thể tên nguyên

tố mà chỉ ghi hàm l-ợng % các nguyên tố đó Ví dụ :

(8) : Một chữ số chỉ vị trí mối hàn trong không gian (1: hàn đ-ợc ở mọi vị trí, thích

hợp với dòng hàn một chiều nối nghịch)

(9) : Một chữ số chỉ loại dòng điện, cực tính và điện áp không tải Uo

Thép hay kim loại đắp có hàm l-ợng C < 0,04% đ-ợc ghi thêm chữ L ngay sau

hàm l-ợng % các nguyên tố (ví dụ : 19.12.2.L)

Các ký hiệu khác : loại vỏ thuốc bọc, hiệu suất đắp,.v.v… giống nh- trong ISO

2560

2.3.6.3 Ký hiệu que hàn theo tiêu chuẩn Hoa kỳ AWS

a) Que hàn thép các bon theo AWS A.5.1

Cấu trúc ký hiệu có các thành phần sau :

(1) : Ký hiệu bắt đầu bằng chữ cái ‘’ E’’ biểu thị đó là que hàn

(2) : Hai chữ số ‘’ 60’’ hoặc ‘’ 70’’ chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu của kim loại đắp

(Ksi), k = 70Ksi (1Ksi = 6,9.106 Pa = 6,9 MPa = 0,703 KG/mm2)

(3) : Một chữ số chỉ vị trí mối hàn trong không gian :

Công nghệ hàn cao đẳng

Bảng d-ới đây giới thiệu một số ký hiệu que hàn theo AWS :

tính Que hàn E60

b) Que hàn hồ quang tay thép các bon thấp theo AWS A5.5

Cách ký hiệu t-ơng tự nh- ở tiêu chuẩn AWS A5.1 Bắt đầu bằng chữ ‘’ E’’ chỉ

que hàn hồ quang tay, hai hoặc ba chữ số tiếp theo chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu của

kim loại mối hàn (Ksi), chữ số tiếp theo chỉ vị trí hàn Tổ hợp hai chữ số cuối trong ký

hiệu chỉ yêu cầu về dòng điện hàn, cực tính, loại vỏ bọc,… Phần cuối có thêm ký tự

đắp

Ví dụ: E70XX – A1 : que hàn thép C – Mo (loại 0,5 Mo) XX th-ờng là 10,

11, 15, 16, 18, 20, 27, tùy theo loại vỏ thuốc bọc (tiêu chuẩn AWS A5.1)

0,8)% Si, (0,4  0,65)% Mo Giới hạn bền kéo 480MPa, giới hạn chảy 390MPa, độ

giãn dài 22  25%

c) Que hàn thép không gỉ và thép Cr – Ni theo AWS A5.4

Ký hiệu bắt đầu bằng chữ ‘’ E’’ chỉ que hàn, tiếp theo tổ hợp các chữ số và các

ký tự chỉ thành phần hóa học của kim loại mối hàn, hai chữ số 15 hoặc 16 dùng để ký

hiệu vị trí mối hàn trong không gian, loại dòng điện, cực tính của dòng DC (bảng 2.10

và 2.11- tr.69, 70 sách Giáo trình CNH)

Ví dụ : E307 : que hàn thép không gỉ và thép Cr – Ni, giới hạn bền kéo của

kim loại mối hàn là 85 Ksi (590 MPa), độ giãn dài 30% Thành phần hóa học của kim

Công nghệ hàn cao đẳng

loại mối hàn : C = (0,04  0,14)%, Cr = (18  21,5)%, Ni = (9  10,7)%, Mo = (0,5 

1,5)%

* Chọn que hàn hồ quang tay

Có thể căn cứ vào các yếu tố chủ yếu sau đây để chọn que hàn :

- Que hàn phải cho phép tạo ra đ-ợc kim loại mối hàn có tính chất t-ơng đ-ơng với

kim loại cơ bản

- Thích hợp với nguồn điện và máy hàn (nguồn DC hay AC, cực tính của nguồn….)

- Kiểu liên kết và các yêu cầu về mối nối (độ ngấu, kiểu vát mép, số lớp hàn,…)

- Phù hợp với các yêu cầu về chất l-ợng mối hàn (điều kiện làm việc của kết cấu)

- Có năng suất hàn cao nhất (hệ số đắp cao)

2.4 Công nghệ hàn hồ quang tay

2.4.1 Phõn loại cỏc liờn kết hàn và mối hàn

Liờn kết hàn là một bộ phận của kết cấu được nối với nhau bằng hàn Liờn kết

hàn bao gồm mối hàn, vựng ảnh hưởng nhiệt và kim loại cơ bản

Hỡnh 2.6 Liờn kết hàn

Trong thực tế chế tạo kết cấu hàn, cú nhiều dạng liờn kết hàn khỏc nhau : liờn

kết hàn giỏp mối, liờn kết hàn gúc, liờn kết hàn chồng, liờn kết hàn cựng mộp,…

Công nghệ hàn cao đẳng

Hỡnh 2.7 Liờn kết hàn giỏp mối, chữ T, cựng mộp và liờn kết hàn chồng

Vũng hàn là phần kim loại lỏng đ-ợc tạo ra trong quá trình hàn d-ới tác dụng

của nguồn nhiệt hàn

Vũng hàn gồm hai phần :

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

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

Hình dạng và kích th-ớc vũng hàn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất của

nguồn nhiệt, ph-ơng pháp và chế độ hàn, tính chất của kim loại vật hàn,.v.v

Hình 2.8 Sự kết tinh của vũng hàn

Mối hàn là phần kim loại đ-ợc kết tinh sau khi hàn, trong quá trình hàn nó ở

trạng thái lỏng

Theo tiết diện ngang, mối hàn phân thành hai loại : mối hàn giáp mối và mối

hàn góc Mối hàn góc có tiết diện ngang là tam giác vuông cân, chiều cao là a, mối

Công nghệ hàn cao đẳng

hàn giáp mối có bề rộng b, chiều cao c và chiều sâu chảy h Do nhiều yếu tố công

nghệ mà nhận đ-ợc mối hàn có hình dạng khác nhau (phẳng, lồi hoặc lõm)

Hình 2.9 Hình dạng mối hàn giáp mối và mối hàn góc

Tiêu chuẩn hoá về ký hiệu mối hàn trên bản vẽ

Theo DIN EN 22553, ký hiệu mối hàn trên bản vẽ nh- sau :

Trong đó : 1 - đ-ờng mũi tên

2a - đ-ờng quy chiếu (nét liền) Các thông số ghi ở trên đ-ờng này đ-ợc thực hiện ở phía mũi tên

2b - đ-ờng quy chiếu (nét đứt) Các thông số đ-ợc ghi trên đ-ờng

nét

đứt đ-ợc thực hiện ở phía đối diện với phía mũi tên

Công nghệ hàn cao đẳng

Trong một số tr-ờng hợp cần thiết thì phải đ-a ra các thông số đầy đủ về

ph-ơng pháp hàn, thế hàn và loại que hàn

Một số cách ghi ký hiệu thông số của mối hàn góc :

Hình 2.10 Ký hiệu mối hàn trên bản vẽ theo ISO 2553

Công nghệ hàn cao đẳng

Tiêu chuẩn AWS D1.1M cũng đ-a ra cách ký hiệu mối hàn t-ơng tự nh- sau :

Công nghệ hàn cao đẳng

Công nghệ hàn cao đẳng

2.4.2 Phân loại vị trí hàn trong không gian

T- thế hàn cho biết vị trí của mối hàn trong không gian và là cơ sở để đánh giá

bậc thợ hàn Có nhiều cách phân loại t- thế hàn khác nhau, tuỳ thuộc vào tứng n-ớc

2.4.2.1 Phân loại t- thế hàn theo tiêu chuẩn cũ của Nga

Hình 2.11 Phân loại t- thế hàn theo mặt phẳng chứa mối hàn

Theo OCT, vị trí mối hàn trong không gian đ-ợc phân làm ba vị trí : hàn

bằng, hàn đứng và hàn trần

Trong tất cả các vị trí hàn trên, hàn bằng là vị trí hàn thuận lợi nhất, còn hàn

trần là vị trí khó thực hiện nhất

2.4.2 Ký hiệu t- thế hàn theo tiêu chuẩn quốc tế

Theo ISO 6947 và ASME của Mỹ có các ký hiệu cụ thể cho từng vị trí hàn nh-

Công nghệ hàn cao đẳng

Hình 2.12 Ký hiệu t- thế hàn theo ISO 6947 và ASME các mối hàn giáp mối tấm

Hình 2.13 Ký hiệu t- thế hànống theo ISO 6947 và ASME

2.4.3 Chế độ hàn hồ quang tay

Công nghệ hàn cao đẳng

2.4.3.1 Chế độ hàn mối hàn giáp mối

Tổ hợp tất cả các thông số cơ bản của quá trình hàn để đảm bảo nhận đ-ợc mối

hàn có hình dạng, kích th-ớc và chất l-ợng theo yêu cầu đ-ợc gọi là chế độ hàn

a) Đ-ờng kính que hàn

Đ-ờng kính que hàn là thông số chủ yếu nhất của chế độ hàn, nó quyết định

đến nhiều thông số khác Khi hàn giáp mối một lớp, đ-ờng kính que hàn tính theo

công thức

d = 1

2s (mm) Trong đó : d là đ-ờng kính que hàn (mm)

s là chiều dầy vật hàn (mm)

Ngoài ra có thể tra bảng để chọn đ-ờng kính que hàn theo chiều dầy vật hàn

Trong sản xuất ít dùng que hàn có d > 6 mm, vì d lớn thì Ih lớn gây ảnh h-ởng

xấu tới sức khỏe ng-ời thợ hàn

b) C-ờng độ dòng điện hàn

C-ờng độ dòng điện hàn là một thông số rất quan trọng vì nó ảnh h-ởng rất lớn

đến hình dạng, kích th-ớc mối hàn cũng nh- chất l-ợng của liên kết hàn và năng suất

hàn C-ờng độ dòng điện hàn có thể tính theo một trong ba công thức sau :

Các công thức trên chỉ áp dụng cho mối hàn ở vị trí hàn bằng, khi hàn ở vị trí

khác hàn bằng phải tiến hành hiệu chỉnh lại cho phù hợp

c) Điện áp hàn

Khi hàn hồ quang tay, điện áp hàn thay đổi trong phạm vi rất hẹp Khi hàn có

thể chọn theo pasfo của que hàn hoặc tính theo công thức sau :

F F

n (lớp) Trong đó : Fđ là diện tích tiết diện ngang của toàn bộ kim loại đắp

F1 : diện tích tiết diện ngang kim loại đắp lần 1

Fn : diện tích tiết diện ngang của kim loại đắp lớp tiếp theo

Công thức kinh nghiệm : F1 = (6  8)d1, quy định F1  35 mm2

F2 = (8  12)d2 , quy định Fn 45 mm2

Để đơn giản cho việc tính toán, có thể xác định diện tích tiết diện ngang của

kim loại đắp đối với mối hàn giáp mối bằng đồ thị sau :

Hình 2.14 Đồ thị xác định tiết diện ngang của kim loại đắp khi hàn giáp mối



Công nghệ hàn cao đẳng

Số lớp hàn có thể xác định đ-ợc qua đồ thị d-ới đây :

Hình 2.15 Sự phụ thuộc của số lớp hàn vào diện tích tiết diện ngang của kim

loại đắp khi hàn giáp mối (không tính lớp thứ nhất)

e Tốc độ hàn

Tốc độ hàn phụ thuộc vào diện tích tiết diện ngang của kim loại đắp, nó ảnh

h-ởng khá lớn đến chất l-ợng mối hàn vì nếu tốc độ hàn nhỏ quá thì khối l-ợng kim

loại que hàn và kim loại cơ bản nóng chảy quá lớn có thể phủ lên mép hàn dẫn đến

hiện t-ợng hàn không ngṍu; ng-ợc lại tốc độ hàn lớn quá sẽ dẫn đến hiện t-ợng hàn

không thấu và gây nứt mối hàn

Tốc độ hàn đ-ợc tính theo công thức sau:

3600

.

d

h d h

F

I V

Năng l-ợng đ-ờng là tỷ số giữa công suất nhiệt hữu ích của hồ quang q và tốc

dài

Công thức tính :

h d V

h d

d h h d

F U

q I

F I U q

24 , 0

.





- Hàn hồ quang tay thép C thấp : đ = 9 g/A.h , γ = 7,8 g/cm3, Uh = 25V,  =

0,75.Thay vào công thức trên ta đ-ợc : qđ = 15.000.Fđ (cal/cm) hay qđ = 150.Fđ

(cal/mm)

- Hàn tự động : Uh = 36 V, đ = 13 g/A.h,  = 0,85  qđ = 150.Fđ (cal/mm)

h Chiều sâu hàn

Giá trị các thông số tính t-ơng tự nh- hàn giáp mối, chỉ có hai thông số là

đ ờng kính que hàn và số lớp hàn đ-ợc tính như sau :

Trong đó : k là cạnh mối hàn, th-ờng lấy k  s (mm) Ngoài ra, có thể xác

định đ-ờng kính que hàn bằng cách tra bảng

Chú ý : Công thức trên áp dụng cho mối hàn góc một lớp không vát mép

b Công thức tính tiết diện ngang kim loại đắp để tính số lớp hàn:

2

2

2 2

k k

k f

Công nghệ hàn cao đẳng

2.16 Đồ thị xác định tiết diện ngang của kim loại đắp khi hàn mối hàn góc

2.4.4 Kỹ thuật hàn hồ quang tay

2.4.4.1 Các chuyển động cơ bản của que hàn

Trong quá trình hàn, que hàn thực hiện ba chuyển động nh- hình vẽ sau:

+ Chuyển động (2) dọc theo trục mối hàn để hàn hết chiều dài mối hàn

+ Chuyển động (3) dao động ngang để đảm bảo bề rộng mối hàn

2.4.4.2 Các dao động ngang của que hàn

Khi hàn, que hàn không có dao động ngang (3) thì mối hàn đạt đ-ợc có bề

rộng b = (0,8  1,5)d, nếu có dao động ngang thì b = (3  5)d

- Các kiểu dao động ngang que hàn :

Hình 2.18 Một số kiểu dao động ngang que hàn khi hàn

Kiểu 1 dùng hàn lớp lót của mối hàn leo góc trong nhiều lớp và hàn leo giáp

mối tấm mỏng; kiểu 2 và 3 dùng hàn giáp mối, hàn lớp ngoài cùng của mối hàn

nhiều lớp; kiểu 5 dùng khi cần nung nóng phần giữa mối hàn nhiều (hàn leo góc trong

một lớp); kiểu 6 và 7 dùng khi cần nung nóng phần mép mối hàn nhiều hơn

* Bắt đầu, kết thúc và sự nối liền mối hàn

- Bắt đầu mối hàn : phần này th-ờng nhô cao và có chiều sâu chảy kém, vì vậy ta phải

kéo dài hồ quang ra, tiến hành dự nhiệt vật hàn, sau đó mới rút ngắn hồ quang tiến

hành hàn bình th-ờng

chân chim, là nguyên nhân phá hỏng liên kết hàn Khắc phục hiện t-ợng này, khi đến

cuối đ-ờng hàn ép ngắn hồ quang và ngắt hồ quang từ từ Hàn các tấm mỏng không

dùng cách này mà phải tiến hành hàn chấm ngắt để lấp đầy rãnh hồ quang

Có 4 kiểu nối nh- sau :

Công nghệ hàn cao đẳng

Hình 2.19 Các kiểu nối tiếp đ-ờng hàn

(1) : Phần đầu mối hàn sau nối với phần cuối mối hàn tr-ớc

(2) : Phần cuối của hai mối hàn nối với nhau

(3) : Phần cuối của mối hàn sau nối với phần đầu mối hàn tr-ớc

(4) : Phần đầu hai mối hàn nối với nhau

2.4.4.3 Kỹ thuật hàn ở các vị trí hàn bằng

Hàn bằng là vị trí hàn thuận lợi nhất, dễ thao tác, việc hình thành mối hàn tốt,

chất l-ợng mối hàn đ-ợc đảm bảo, năng suất hàn cao

- Hàn mối hàn giáp mối :

Chi tiết có chiều dầy s < 6 mm thì không cần vát cạnh

s > 6 mm tiến hành vát mép chữ V, X, K,… , mối hàn hoàn thiện sau nhiều

lớp hàn

Hình 2.20 Một số kiểu liên kết hàn giáp mối

Bảng d-ới đây trình bày một số dạng mép hàn phụ thuộc vào chiều dầy vật liệu

: