THIếT Bị Và CÔNG NGHệ HàN Mục đích Cung cấp cho sinh viên những khái niệm cơ bản về cấu tạo thiết bị hàn điện, nguyên lý hàn hồ quang điên và hàn điên tiếp xúc. Sinh viên cũng sẽ đợc giới thiệu trang thiết bị một trạm hàn hơi cùng cấu tạo mỏ hàn, mỏ cắt cũng nh phơng pháp lựa chọn mỏ hàn và mỏ cắt. Cung cấp cho sinh viên một số phơng pháp điều chế axêtylen dùng trong hàn khí. Yêu cầu Sau khi học xong chơng này sinh viên cần nắm đợc : Nguyên lý cấu tạo máy hàn hồ quang diện một chiều, xoay chiều. Phơng pháp lựa chọn chế dộ và công nghệ hàn tùy theo đặc điểm mối hàn. Nguyên lý cấu tạo máy hàn điện tiếp xúc điểm, tiếp xúc đờng, hàn giáp mối. Trang thiết bị trạm hàn hơi nh bình chúa, thiết bị điều chế a xeetylen,.. Nắm đợc cách lựa chọn mỏ hàn khí theo chiều dày chi tiết hà
Ch-ơng 3: THIếT Bị Và CÔNG NGHệ HàN Mục đích Cung cấp cho sinh viên khái niệm cấu tạo thiết bị hàn điện, nguyên lý hàn hồ quang điên hàn điên tiếp xúc Sinh viên đ-ợc giới thiệu trang thiết bị trạm hàn cấu tạo mỏ hàn, mỏ cắt nh- ph-ơng pháp lựa chọn mỏ hàn mỏ cắt Cung cấp cho sinh viên số ph-ơng pháp điều chế axêtylen dùng hàn khí Yêu cầu Sau học xong ch-ơng sinh viên cần nắm đ-ợc : - Nguyên lý cấu tạo máy hàn hồ quang diện chiều, xoay chiều - Ph-ơng pháp lựa chọn chế dộ công nghệ hàn tùy theo đặc điểm mối hàn - Nguyên lý cấu tạo máy hàn điện tiếp xúc điểm, tiếp xúc đ-ờng, hàn giáp mối - Trang thiết bị trạm hàn nh- bình chúa, thiết bị điều chế a xeetylen, - Nắm đ-ợc cách lựa chọn má hµn khÝ theo chiỊu dµy chi tiÕt hµn 3.1 Thiết bị công nghệ hàn điện 3.1.1 Thiết bị công nghệ hàn hồ quang tay 3.1.1.1 Thiết bị hàn hồ quang Thiết bị hàn hồ quang tay thực chất nguồn điện hàn chiều xoay chiều mà đầu vào nguồn điện l-ới 220V 380V đầu từ 45 80 V Các yêu cầu máy hàn hồ quang tay cần có nh- sau: + Điện không tải ( U0) đủ lớn để gây hồ quang, nh-ng hàn điện không v-ợt 80V Với máy hàn xoay chiều U0 = 55 80V máy hàn chiều U0 = 35 -55 V + Dòng điện ngắn mạch không v-ợt 40% c-ờng độ dòng điện hàn + Điện nguồn hàn thay đổi nhanh phù hợp với sù thay ®ỉi cđa ®iƯn trë hå quang nh»m ỉn định hồ quang hàn Hay nói cách khác đ-ờng đặc tính máy phải dốc, dốc tốt + C-ờng độ dòng điện điện hàn phải lệch pha để trì hồ quang + Điều chỉnh dòng điện hàn thuận lợi theo cấp vô cấp + Máy hàn gọn nhẹ, an toàn sử dụng dễ bảo quản Một số máy hàn hồ quang tay Máy hàn chiều Quá trình hàn có nhiều -u điểm hồ quang cháy ổn định, chất l-ợng mối hàn cao, dễ hàn Tuy nhiên thiết bị phức tạp, đắt tiền Có ph-ơng pháp nối dây: - Nối thuận : Nối dây thuận Nối cực âm nguồn với que hàn, cực d-ơng nối với vật hàn Tr-ờng hợp nhiệt độ hồ quang phần vật hàn cao que hàn Vì th-ờng dùng để hàn vật có chiều dày lớn Khi hàn điện cực Graphit, nối thuận để tăng tuổi thọ nó, đồng thời tránh xâm nhập Cacbon vào mối hàn Còn hàn điện cực Volfram môi tr-ờng bảo vệ giúp điện cực khỏi bị ôxi hóa - Nối nghịch: Nối dây nghịch Là nối cực d-ơng nguồn với que hàn, cực âm nối với vật hàn Ph-ơng pháp thích hợp hàn mỏng, kim loại có nhiệt độ chảy thấp + Máy hàn mét chiỊu dïng bé chØnh l-u b»ng transistor vµ thyristor có kèm theo kháng DC đòng điện sơ cấp (xoay chiều) Nối vào phía sơ cấp Iu Dòng xoay chiỊu Ui T R + OU - Dßng mét chiỊu U= Điện áp I=Dòng điện T = Máy biến áp R = Bộ chỉnh l-u Biến tần chỉnh l-u tiristo + OU đầu kẹp Máy hàn xoay chiều ( Máy biến áp hàn ) Máy hàn sử dụng dòng xoay chiều thoả mÃn yêu cầu máy hàn Hiệu suất máy hàn xoay chiều đạt đ-ợc đến 80 90% + Khi không tải điện áp cuộn sơ cấp điện áp l-ới 220V ( Hoặc 380V) c-ờng độ dòng điện hàn Ih = hở mạch + Khi có tải ( Khi hàn ) điện áp cuộn thứ cấp U2 = Uh + Utc = số điện áp hµn Uh = Ih R = 60 – 80V Utc = Ih Z = Ih Rtc2 X tc2 = Ih Xtc Trong ®ã : Ztc – tỉng trë cn tù c¶m Rtc – Tõ trë cuộn tự cảm Xtc Trở kháng cuộn tự cảm Xtc = 2.π.f.L F – TÇn sè L - HƯ số tự cảm + Khi ngắn mạch Uh = lúc dòng điện hàn đạt cực đại tính theo công thức sau đây: Ih = Id = 0,8 Uf 10 ¦WR 1 tc tc Dòng sơ cấp (xoay chiều) Nối vào phía sơ cấp Iu Dòng xoay chiều Dòng chiều T Ui đầu qquequek T = Máy biến áp + I = Dòng điện U = Điện áp - + Để điều chỉnh c-ờng độ dòng điện hàn có ph-ơng pháp sau : Thay đổi số vòng dây ( việc khó thực ) Thay đổi khoảng cách khe từ cuộn dây tự cảm Điều chỉnh biến trở chạy mạch ( Ph-ơng pháp dễ sử dụng phổ biến thiết bị hàn hồ quang tay.) Thay đổi khoảng cách khe từ điều chỉnh biến trở chạy Cách giúp cho máy có phạm vi điều chỉnh rộng kết cấu gọn gàng Dụng cụ dùng hàn hồ quang tay Các dụng cụ kèm với máy phát hàn ( máy hàn nguồn hàn ) thiết bị an toàn ( mặt nạ, kính Coban, giầy ủng, găng tay, chắn, thiết bị thông gió), cáp điện, đầu cặp, kìm hàn, thùng đựng que hàn, bàn ghế, bàn chải, búa gõ xỉ, đục, đồ gáNgoài với thiết bị hàn có sử dụng khí bảo vệ cần có đồng hồ đo áp suất, ống dẫn khí, van an toàn 3.1.1.2 Công nghệ hàn hồ quang tay Khi hµn hå quang chóng ta cã thĨ thùc hiƯn theo ph-ơng pháp hàn khác nh- hàn tay, hàn bán tự động, hàn tự động Hàn hồ quang tay ph-ơng pháp hàn, tất thao tác gây hồ quang, dịch chuyển que hàn để trì hồ quang bảo đảm chiều rộng mối hàn để hàn hết chiều dài mối hàn v.v ng-ời thợ hàn thực (1) : Lâi que hµn (2) : VËt hµn (3) : Vá thuèc bäc que hµn (4) : Hồ quang (5) : Kim loại mối hàn (6) : Vũng hàn (7) : Khí bảo vệ Sơ đồ hàn hồ quang tay que thuốc bọc Công nghệ hàn hồ quang tay chiếm tới 50% lĩnh vực hàn Ph-ơng pháp cho phép thực mối hàn vị trí không gian Thiết bị hàn hồ quang tay dễ vận hành, sửa chữa, bảo d-ỡng mức đầu t- thấp Vì chuyển động đ-ợc thực tay, nên chất l-ợng suất hàn phụ thuộc hoàn toàn vào trình độ tay nghề kinh nghiệm ng-ời thợ hàn a Khái niệm, đặc điểm, cấu tạo hồ quang hàn * Khái niệm: Hồ quang t-ợng phóng điện mạnh liên tục qua môi tr-ờng khí (đà bị ion hóa) hai điện cực * Đặc điểm: Nhiệt độ cao ánh sáng mạnh, làm nóng chảy tất kim loại (nhiệt độ tâm cột hồ quang khoảng 60000C) Trong không gian hồ quang gồm phần tử tích điện e, ion âm ion d-ơng, electrôn đóng vai trò quan trọng có điện tích âm nhỏ (e = -1,602.10-19C), có khối l-ợng nhỏ, nhỏ khối l-ợng nguyên tử hiđrô (là nguyên tử nhẹ mH = 1,66.10-27kg) 1840 lần CÊu t¹o cđa hå quang CÊu t¹o cđa hå quang gåm vïng: vïng anèt A (cùc +), vïng catèt K (cùc ) vµ vïng cét hå quang Uh = UA + U K + UC - Vïng katèt : vùng sản sinh điện tử Vùng có điện áp UK, chiều dài khoảng 10-5cm Nhiệt độ vùng khoảng 32000C, chiếm 38% tổng nhiệt l-ợng hồ quang - Vùng anốt : có điện áp UA, thể tích lớn vùng catốt nh-ng điện áp rơi nhỏ hơn, (2-4)V (hàn d-ới lớp thuốc) Vùng có nhiệt độ 34000C, chiếm 42% tổng nhiệt l-ợng hồ quang UK UC UA - Vïng cét hå quang cã ®iƯn áp UC Nhiệt độ tâm khoảng 60000C, chiếm 20% tỉng nhiƯt l-ỵng hå quang NhiƯt l-ỵng cđa cét hå quang làm nhiệm vụ nung nóng chảy que hàn vật hàn ; cung cấp nhiệt l-ợng để phát xạ ®iƯn tư NhiƯt ë A cao h¬n ë K, động điện tử electron lớn (vận tốc vận tốc ánh sáng) va đập mạnh vào bề mặt A sinh nhiệt lớn Khi hàn vật mỏng đấu cực âm vào vật hàn, cực d-ơng vào que hàn Sau hồ quang hình thành, muốn trì hồ quang cháy ổn định phải đảm bảo chiều dài hồ quang không đổi 3.1.1.3 Các ph-ơng pháp tạo hồ quang cháy hồ quang a) Các ph-ơng pháp gây hồ quang Ph-ơng pháp mổ thẳng (mổ cò) - Hình a Que hàn tiếp xúc trực tiếp với vật hàn theo ph-ơng thẳng đứng (hình vẽ), sau nhanh chóng nhấc lên khỏi vật hàn khoảng từ - mm trì khoảng cách cố định để hồ quang cháy ổn định (1- 4)mm (1- 4)mm a) b) Ph-ơng pháp gây hồ quang trì hồ quang Ph-ơng pháp ma sát (quẹt diêm) - Hình b Nghiêng que hàn góc vạch nhẹ lên bề mặt vật hàn, sau nhanh chóng nhấc que hàn lên cách bề mặt vật hàn từ 4mm, giữ khoảng cách cố định để hồ quang cháy ổn định (hình vẽ) Trong hai ph-ơng pháp trên, ph-ơng pháp gây hồ quang ma sát dễ thao tác (dễ dàng cho ng-ời học nghề) nh-ng hay tạo vết bề mặt vật hàn Ph-ơng pháp gây hồ quang thẳng đứng đòi hỏi thao tác phải nhanh que hàn dễ bị dính vào vật hàn, không hình thành hồ quang đ-ợc b) Sự cháy hồ quang hàn Nh- ta đà nói, sau cho que hàn chạm nhanh vào vật hàn đ-a lên độ cao 2-4 mm phát sinh hồ quang Sự cháy hồ quang phụ thuộc vào : Điện hai điện cực lúc máy ch-a làm việc, c-ờng độ dòng điện khoảng cách hai điện cực (chiều dài hồ quang) Quan hệ điện c-ờng độ dòng điện gi đặc tính tĩnh hå quang Øng víi mét chiỊu dµi hå quang ta có đặc tính định Điện hồ quang chủ yếu phụ thuộc vào c-ờng độ chiều dài hồ quang, phụ thuộc vào nhiều tếu tố khác, ví dụ nh- vật liệu điện cực, loại khí chứa khoảng không gian hồ quang cháy loại dòng điện v.v Khi hàn hồ quang tay, điện chủ yếu phụ thuộc vào chiều dài hồ quang Qua thực nghiệm đà vẽ đ-ợc đ-ờng đặc tính tĩnh hồ quang Trên giảng đồ Uh = f(I), Uh thay đổi theo ba khoảng dòng điện, tức hình dáng đ-ờng cong đặc tính thay đổi với thay đổi dòng điện Uh = Ih.R = Khoảng dòng điện I 80A, điện hồ quang giảm dòng điện tăng lên Nguyên nhân lúc công suất hồ quang bé, tăng dòng điện tăng mặt cắt hồ quang đồng thời tăng tính dẫn điện Đ-ờng đặc tính tĩnh khoảng dòng điện giảm dần liên tục Do điện tăng khoảng 80 đến 1000 A điện hồ quang trở lên không đổi Lúc điện hồ quang thay đổi phụ thuộc vào chiều dài hồ quang Đ-ờng đặc tính tĩnh l F Ih Uh I III II Nếu tăng dòng điện lên 1000A mật độ dòng điện que hàn cao Vết cực mặt cắt hồ quang không tăng đ-ợc nữa, mật độ dòng điện tỷ lệ với c-ờng độ dòng điện, vết cực không tăng mà mật độ dòng điện tăng Bởi điện tăng đ-ờng cong đặc tính dốc lên Loại đ-ờng đặc tính dùng hàn tự động d-ới lớp thuốc hàn khí bảo vệ .c) Quá trình hình thành hồ quang: Quá trình hình thành hồ quang xảy ngắn (khoảng 1/10giây), nh-ng chia làm giai đoạn sau: a) b) c) d) - Giai đoạn a: Que hàn tiếp xúc với vật hàn, chỗ nhấp nhô mật độ dòng điện tăng lên cao - Giai đoạn b: mật độ dòng điện chỗ tiếp xúc tăng cao sinh nhiệt l-ợng lớn làm nóng chảy kim loại điền đầy khoảng không gian hai điện cực - Giai đoạn c: nhấc que hàn lên khỏi vật hàn, tác dụng lực từ tr-ờng, cột hồ quang bị kéo dài ra, tiết diện ngang giảm xuống - Giai đoạn d: Tại chỗ thắt, mật độ dòng điện tăng cao làm kim loại đạt đến nhiệt độ sôi cắt đứt phần kim loại lỏng vào vũng hàn, hồ quang đ-ợc hình thành Sau hồ quang hình thành, ảnh h-ởng nhiệt hồ quang xảy t-ợng phát xạ nhiệt điện tử bề mặt catốt, kèm theo tăng đáng kể điện áp làm cho t-ợng tự phát xạ tăng lên hồ quang đ-ợc trì 3.1.1.4 Hiện t-ợng thổi lệch hồ quang: Cột hå quang cã thĨ xem nh- d©y dÉn mỊm, hàn lực điện tr-ờng tác dụng lên hồ quang làm hồ quang bị lệch đi, có ảnh h-ởng xấu đến trình hàn a) ảnh h-ởng điện tr-ờng tĩnh: - Khi hàn với dòng chiều, xung quanh hồ quang phát sinh điện tr-ờng tĩnh Tùy thuộc vị trí đấu điện mà ảnh h-ởng có khác nhau: Hình 3.3 Các hình thức mắc nguồn hàn + Hình b) điện tr-ờng đối xứng xung quanh hồ quang nên cột hồ quang không bị thổi lệch + Hình a) c) hồ quang bị lệch tác dụng điện tr-ờng không đối xứng Phía dòng điện vào mật độ đ-ờng sức dày hơn, điện tr-ờng mạnh hơn, hồ quang bị thổi lệch phía yếu - Hồ quang ngắn thổi lệch yếu so với hồ quang dài b) ảnh h-ởng sắt từ: Vật liệu sắt từ đặt gần hồ quang làm tăng độ từ thẩm nó, làm hồ quang bị hút phía sắt từ Có thĨ thÊy râ hµn hå quang víi mèi hµn mép vật hàn hàn giáp mối thời điểm bắt đầu kết thúc mối hàn, hồ quang bị lệch phía vật hàn có khối l-ợng lớn c) ảnh h-ởng góc nghiêng que hàn Góc nghiêng que hàn ảnh h-ởng đến phân bè ®-êng søc tõ xung quanh hå quang Bëi vËy chọn góc nghiêng que hàn thích hợp thay đổi đueoẹc tính chất phân bố đ-ờng sức từ tạo từ tr-ờng đồng đều, khắc phục t-ợng thổi lệch hồ quang hàn vh vh 3.1.1.5 Các biện pháp khắc phục Để khắc phục hạn chế ảnh h-ởnh t-ợng thổi lệch hồ quang chóng ta cã thĨ sư dơng mét nh÷ng biệm pháp sau đây: - Thay đổi cách nối dây với vật hàn để tạo từ tr-ờng đối xứng - Chọn góc nghiêng que hàn nghiêng cách thích hợp - Giảm chiều dài hồ quang đến mức (bằng cách hàn hồ quang gắn) - Thay dòng điện hàn chiều dòng xoay chiều - Đặt thêm vật sắt từ gần cuối đ-ờng hàn Chỳ ý: Tài liệu q trình hồn thiện phát triển đề nghị em sinh viên tham gia thảo luận đầy đủ LMS để trả lời câu hỏi nội dung học tập ... ph-ơng pháp hàn khác nh- hàn tay, hàn bán tự động, hàn tự động Hàn hồ quang tay ph-ơng pháp hàn, tất thao tác gây hồ quang, dịch chuyển que hàn để trì hồ quang bảo đảm chiều rộng mối hàn để hàn hết...Nối cực âm nguồn với que hàn, cực d-ơng nối với vật hàn Tr-ờng hợp nhiệt độ hồ quang phần vật hàn cao que hàn Vì th-ờng dùng để hàn vật có chiều dày lớn Khi hàn điện cực Graphit, nối thuận... chiều dài mối hàn v.v ng-ời thợ hàn thực (1) : Lõi que hµn (2) : VËt hµn (3) : Vá thuèc bäc que hµn (4) : Hå quang (5) : Kim loại mối hàn (6) : Vũng hàn (7) : Khí bảo vệ Sơ đồ hàn hồ quang tay