Công nghệ hàn MAG
Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trờng khí bảo vệ.I. Thực chất đặc điểm và phạm vi ứng dụng. 1. Thực chất và đặc điểm. - Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trờng khí bảo vệ là quá trình hàn nóng chảy trong đó nguồn nhiệt hàn đợc cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa điện cực nóng chảy (Dây hàn) và vật hàn.- Hồ quang và kim loại nóng chảy đợc bảo vệ khỏi tác dụng của Oxi và Nitơ trong môi trờng xung quanh bởi một loại khí hoặc 1 hỗn hợp khí. Tiếng Anh phơng pháp hàn này gọi là GMAW (Gaz Metal Arc Welding).- Khí bảo vệ có thể là khí trơ (Ar , He hoặc hỗn hợp Ar + He) Không tác dụng với kim loại lỏng trong khi hàn hoặc là các loại khí hoạt tính (CO2; CO2 + O2 ; CO2 + Ar ; .) Có tác dụng chiếm chỗ và đẩy không khí ra khỏi vùng hàn để hạn chế tác dung xấu của nó- Dây hàn đợc cấp tự động vào vùng hồ quang thông qua cơ cấu cấp dây, còn sự dịch chuyển hồ quang dọc theo mối hàn đợc thao tác bằng tay thì gọi là Hàn hồ quang bán tự động trong môi trờng khí bảo vệ. Nừu tất cả các chuyển động cơ bản đợc cơ khí hóa thì đợc gọi là Hàn hồ quang tự động trong môi trờng khí bảo vệ.- Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trờng khí trơ (Ar , He) Tiếng Anh gọi là phơng pháp hàn MIG (Metal Inert Gaz). Vì các loại khí trơ có giá thành cao nên không đợc ứng dụng rộng rãi , chỉ đợc dùng để hàn kim loại mầu và thép hợp kim.- Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trờng khí hoạt tính thờng dùng là khí CO2 hoặc hỗn hợp khí CO2 với một số loại khí khác nh O2, Ar, ) Tiêng anh gọi là ph ơng pháp hàn MAG (Metal Active Gaz) Phơng pháp hàn MAG sử dụng khí bảo vệ CO2 đợc ứng dụng rộng rãi do có rất nhiều u điểm : + CO2 là loại khí dễ kiếm , dễ sản xuất và giá thành thấp. + Năng suất hàn trong CO2 cao, gấp hơn 2,5 lần so với hàn hồ quang tay. + Tính công nghệ của hàn trong CO2 cao hơn so với hàn hồ quang dới lớp thuốc vì có thể tiến hành ở mọi vị trí không gian khác nhau. + Chất lợng hàn cao. Sản phẩm hàn ít bị cong vênh do tốc độ hàn cao, nguồn nhiệt tập trung, hiệu suất sử dụng nhiệt lớn, vùng ảnh hởng nhiệt hẹp. + Điều kiện lao động tốt hơn so với hàn hồ quang tay và trong quá trình hàn không phát sinh ra khí độc. 2. Phạm vi ứng dụng: - Trong nền công nghiệp hiện đại, hàn hồ quang nóng chảy trong môi tr-ờng khí bảo vệ chiếm 1 vị trí rất quan trọng. Nó không những có thể hàn các loại thép kết cấu thông thờng 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 có ái lực hóa học mạnh với Oxi.- Phơng pháp hàn này có thể sử dụng đợc ở mọi vị trí trong không gian, Chiều dày vật hàn 0,4 4,8 mm thì chỉ cần hần 1 lớp mà không phải vát mép , Từ 1,6 10mm Hàn 1 lớp có vát mép , còn từ 3,2 25 mm thì phải hàn nhiều lớp.II. Vật liệu và thiết bị hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi tr ờng khí bảo vệ. 1. Vật liệu hàn. a. Dây hàn. Khi hàn trong môi trờng khí bảo vệ , sự hợp kim hóa kim loại mối hàn nhằm đảm bảo các tính chất yêu cầu của mối hàn đợc thực hiện chủ yếu thông qua dây hàn. Do vậy, những đặc tính của quá trình công nghệ hàn phụ thuộc rất nhiều vào tình trạng và chất lợng dây hàn. Khi hàn MAG th-ờng sử dụng dây hàn có đờng kính từ 0,8 2,4 mm. Sự ổn định của quá trình hàn cũnh nh chất lợng của liên kết hàn phụ thuộc rất nhiều vào tình trạng bề mặt dây hàn. Cần chú ý đến phơng pháp bảo quản , cất giữ và biện pháp làm sạch nếu dây bị rỉ hoặc bẩn. Một trong những cách để giải quyết là sử dụng dây có lớp mạ đồng. Dây mạ đồng sẽ nâng cao chất lợng bề mặt và khả năng chống rỉ, đồng thời nâng cao tính ổn định của quá trình hàn. Theo hệ thống tiêu chuẩn AWS, ký hiệu dây hàn thép các bon thông dụng nh sau:Bảng 3-2 Giới thiệu một số loại dây hàn thông dụng theo AWSer70 S- XKý hiệu điện cực hành hoặc que hàn phụĐộ bền kéo nhỏ nhất (ksi)S= dây hàn đặcThành phần hóa học và khí bảo vệ. Bảng 3-2Kí hiệu theo AWSĐiều kiện hàn Cơ tínhCực tính Khí bảo vệGiới hạn bền kéo của liên kết (psi)Giới hạn chảy của kim loại mối hàn min (psi)Độ giãn dài% (min)E70S-2 DCEP CO2 72000 60000 22E70S-3 DCEP CO2 72000 60000 22E70S-4 DCEP CO2 72000 60000 22E70S-5 DCEP CO2 72000 60000 22E70S-6 DCEP CO2 72000 60000 22E70S-7 DCEP CO2 72000 60000 22AWSThành phần hóa học (%)C Mn Si Các nguyên tố khácE70S-2 0,6 0,40 0,70 Ti= 0,05-0,15; Zi=0,02-0,12; Al =0,05 0,15 E70S-3 0,06 0,15 0,90 1,40 0,45 0,70E70S-4 0,07 0,15 0,65 0,85E70S-5 0,07 0,19 0,30 0,60 Al = 0,50 0,90E70S-6 0,07 0,15 1,40 1,85 0,80 1,15E70S-7 0,07 0,15 1,50 2,00 0,50 0,80Đối với thép hợp kimthấp thờng sử dụng dây hàn có ký hiệu ER-80S-O2 Và khí bảo vệ là CO2, OCEP. 2. Khí bảo vệ Khí Ar tinh khiết (~ 100%) Thờng đợc dùng để hàn kim loại mầu. Khí He tinh khiết (~100%)thờng đợc dùng để hàn các liên kết có kích thớc lớn với các vật liệu có tính dẫn nhiệt cao nh nhôm, Mg, Đồng, Khi dùng khí He tinh khiết bề rộng mối hàn sẽ lớn so với dùng loại khía khác. Vì vậy có thể dùng hỗn hợp khí Ar + (50 80)% He. Do khi He có trọng lợng riêng nhỏ hơn khí Ar nên lu lợng khí He cần dùng cao hơn 2 đến 3 lần so với khí Ar.Khi hàn các hợp kim chứa Fe có thể bổ sung thêm O2 hoặc CO2 vào Ar để khắc phục các khuyết tật nh lõm khuyết , bắn tóe và hình dạng mối hàn không đồng đều.CO2 đợc dùng rộng rãi để hàn thép cácbon và thép hợp kim thấp do giá thành thấp mối hàn ổn định, cơ tính của liên kết hàn đạt yêu cầu , tốc độ hàn cao và độ ngấu sâu. Nhợc điểm của hàn trong khí bảo vệ CO2 là gây bắn tóe kim loại lỏng. Bảng 3-3 giới thiệu ứng dụng một số loại khí và hỗn hợp khí bảo vệ.Bảng 3-3Khí bảo vệ Kim loại cơ bảnAr (He) Ar + 1% O2Ar + 2% O2Ar + 5% O2Ar + 20% CO2Ar + 15% CO2 +5%O2 CO2Kim loại và hợp kim không có sắtThép austenitThép ferit (Hàn đứng từ trên xuống)Thép ferit (Hàn tấm mỏng, hàn từ trên xuống)Thép ferit và austenit (Hàn ở mọi vị trí)Thép ferit và austenit (Hàn ở mọi vị trí)Thép ferit (Hàn ở mọi vị trí)3. Thiết bị hàn Hệ thống thiết bị cần thiết dùng cho hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi trờng khí bảo vệ bao gồm :- Nguồn điện hàn - Cơ cấu cấp dây hàn tự động, mỏ hàn hay súng hàn đi cùng các đờng ống dẫn khí, dẫn dây hàn và cáp điện, chai chứa khí bảo vệ kèm theo bộ đồng hồ , lu lợng kế và van khí.Nguồn điện hàn thông thờng là nguồn điện 1 chiều DC. Nguồn điện xoay chiều AC không thích hợp do hồ quang bị tắt ở từng nửa chu kỳ và sự chỉnh lu chu kỳ phân cực nghịch làm cho hồ quang không ổn định. Đặc tính ngoài của nguồn điện hàn thông thờng là đặc tính cứng (điện áp không đổi). Điều này đợc dùng với tốc độ cấp dây hàn không đổi , cho phép điều chỉnh tự động chiều dài hồ quang.Mỏ hàn, (súng hàn) bao gồm pép tiếp điện để dẫn dòng dòng điện hàn đến dây hàn , đờng dẫn khí và chụp khí để hớng dòng khí bảo vệ bao quanh vùng hồ quang , bộ phận làm nguội có thể bằng khí hoặc nớc tuần hoàn, công tắc đóng ngắt đồng bộ dòng điện hàn và dòng khí bảo vệ.III. Công nghệ hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi tr ờng khí bảo vệ.1. Chuẩn bị liên kết trớc khi hàn: Các yêu cầu về hình dáng , kích thớc, bề mặt liên kết trong phơng pháp hàn hồ quang nóng chảy trong môi trờng khí bảo vệ tơng tự nh ở các phơng pháp hàn khác . Tuy nhiên do đờng kính của dây hàn nhỏ hơn so với hàn d-ới lớp thuốc bảo vệ nên góc vát mép sẽ nhỏ hơn (thờng khoảng 45 60), do dây hàn có khả năng đa sâu vào trong rãnh hàn.2. Các dạng truyền kim lọai vào trong vũng hàn. Truyền kim loại dạng cầu. Giọt kim loại hình thành chậm trên điện cực và lu lại ở đây lâu. Nừu kích thớc giọt kim loại đủ lớn nó sẽ chuyển vào vũng hàn theo hớng khác nhau (đồng trục hoặc lệch trục dây hàn) do trọng lực hoặc do sự đoản mạch .Kích thớc giọt kim loại lỏng dạng cầu phụ thuộc vào loại khí sử dụng vào vật liệu kích thớc điện cực, điện áp hồ quang, cờng độ dòng điện và cực tính . Khi điện áp hồ quang và kích thớc điện cực tăng thì đờng kính giọt kim loại lỏng tăng , còn khi cờng đọ dòng điện tăng sẽ làm giảm đờng kính giọt.Quá trình hàn với sự truyền kim loại dạng cầu đợc ứng dụng chủ yếu cho các liên kết ở vị trí hàn bằng. Truyền kim loại dạng phun: ở dạng này kim loại đI qua hồ quang ở dạng các giọt rất nhỏ đợc định h-ớng đồng trục . Đờng kính giọt kim loại nhỏ hơn hoặc bằng đờng kính điện cực.Hàn hồ quang kiểu phun rất thích hợp để hàn các chi tiết tơng đối dày với dòng điện cao và hàn đứng từ trên xuống. Truyền kim loại dạng ngắn mạch hoặc nhỏ giọt. Kỹ thuật hàn hồ quang ngắn mạch hoặc nhỏ giọt thích hợp khi hàn các tấm mỏng ở các vị trí khác nhau.Kỹ thuật hàn truyền kim loại dạng ngắn mạch hoặc nhỏ giọt sử dụng dây hàn đờng kính nhỏ (0,8 1,6mm), điện áp hồ quang thấp (16 -22V) , dòng điện hàn thấp (60 180 A). Kỹ thuật hàn này ít gây bắn tóe giọt kim loại lỏng.3. Chế độ hàn. a. Dòng điện hàn: Dòng điện hàn đợc chọn phụ thuộc vào kích thớc điện cực (Dây hàn ) dạng truyền kim loại lỏng và chiều dày của liên kết hàn . Khi dòng điện quá thấp sẽ không bảo đảm ngấu hết chiều dày liên kết , giảm độ bền của mối hàn . Khi dòng điện quá cao sẽ làm tăng sự bắn tóe kim loại gây ra rỗ xốp , biến dạng , mối hàn không đồng đều.Với loại nguồn điện có đặc tính ngoài cứng (Điện áp không đổi) dòng điện hàn tăng sẽ làm tăng tốc độ cấp dây. và ngợc lại b. Điện áp hàn Đây là thông số rất quan trọng trong hàn GMAW, quyết định dạng truyền kim loại lỏng . Điện áp hàn sử dụng phụ thuộc vào chiều dày chi tiết hàn , kiểu liên kết , kích cỡ và thành phần điện cực , thành phần khí bảo vệ , vị ytí hàn , v.v Để có đợc giá trị điện áp hàn hợp lý , có thể phải hàn thử vài lần , bắt đầu bằng giá trị điện áp hồ quang theo tính toán hay tra bảng , sau đó tăng hoặc giảm theo quan sát đờng hàn để chọn giá trị điện áp thích hợp.c. Tốc độ hàn.Tốc đọ hàn phụ thuộc rất nhiều vào trình độ tay nghề của thợ hàn . Tốc độ hàn quyết định chiều sâu ngấu của mối hàn . Nếu tốc độ hàn thấp kích thớc vũng hàn sẽ lớn và ngấu sâu. Khi tăng tốc độ hàn tốc độ cấp dây nhiệt của hồ quang sẽ giảm làm giảm độ ngấu và thu hẹp đờng hàn.d. Phần nhô của điện cực hàn. Đó là khoảng cách giữa đầu điện cực và mép pép tiếp điện . Khi tăng chiều dài phần nhô , nhiệt nung nóng đoạn dây hàn sẽ tăng , dẫn tới là giảm cờng độ dòng điện hàn cần thiết để nóng chảy điện cực. Theo tốc độ cấp dây nhất định . Khoảng cách này rất quan trọng khi hàn thép không rỉ , sự biến thiên nhỏ cũng có thể làm tăng sự biến thiên dòng điện 1 cách rõ rệtChiều dai phần nhô quá lớn sẽ làm d kim loại nóng chảy ở mối hàn làm giảm độ ngấu và lãng phí kim loại hàn . Tinh ổn định của hồ quang cũng bị ảnh h-ởng. Nừu chiều dài phần nhô quá nhỏ sẽ gây ra sự bắn tóe kim loại lỏng dính vào mỏ hàn , chụp khí , làm cản trở dòng khí bảo vệ gây ra rỗ xốp trong mối hàn.4. Kỹ thuật hàn. Khi hàn 1 phía cần phải có đệm lót thích hợp ở dới đờng hàn . Đôi khi có thể thực hiện đờng hàn chân (Hàn lót) bằng kỹ thuật hàn ngắn mạch để có độ ngấu đồng đều , sau đó các lơp tiếp theo đợc thực hiện bằng kỹ thuật truyền kiểu phun với dòng điện cao.Cũng nh với mọi phơng pháp hàn hồ quang khác , góc độ và vị trí mỏ hàn và điện cực với đơng hàn có ảhn hởng rõ rệt tới độ ngấu và hình dạng mối hàn . Góc mỏ hàn thờng nghiêng khoảng 10- 20 độ so với chiều thẳng đứng.Độ nghiêng của mỏ hoặc hàn vật hàn quyết đinh hình dạng của mối hàn nh trên hình 3.12 kỹ thuật giữ mỏ hàn vuông góc thờng dùng chủ yếu trong hàn SAW : Không nên dùng trong hàn GAMW do chụp khí hàn làm hạn chế tầm nhìn của thợ hàn.Các bảng 3-4., -35, 3-6 Giới thiệu các thông số và một số chế độ hàn trong môi trờng khí bảo vệ CO2Chế độ hàn hồ quang điện cực nóng chảyTrongmôi trờng khí bảo vệ CO2 (Điện cực một chiều thuận nghịch) Thông số hànĐờng kính dây hàn (mm)0,5 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 2,0 2,5Dòng hàn (A)30-100 50-150 60-180 90-400 100-500 120-550 200-600 250-700Điện áp hồ quang (V)18-20 18-22 18-24 18-42 18-45 19-46 23-40 24-42Tầm với điện cực(mm)6-10 8-12 8-14 10-40 10-45 15-50 15-60 17-75Chế độ hàn tự động và bán tự động liên kết hàn góc trong môi trờng khí bảo vệ CO2Chiều dày tấmĐờng kính dây hàn (mm)Cạnh mối hàn góc (mm)Số lớp hàn (mm)Dòng điện hàn (A)Điện áp hàn Uh (V)Tốc độ hàn (m/h)Tầm với điện cựcTiêu hao khí (l/phút)1 1,31 1,31,5-2,01,5-3,01,5-4,03,0-4,05,0-6,05,0-5,0Không nhỏ hơn cạnh mối hàn 0,50,60,81,01,21,41,62,02,02,02,02,01,0-1,21,2-2,01,2-3,01,5-3,02,0-4,03,0-4,05,0-6,05,0-6,07,0-9,09,0-1111-1313-1511111111123450-6060-7060-12075-15090-180150-250230-360250-380320-380320-380320-380320-38018-2018-2016-2016-2014-2020-2826-3528-3630-2530-2830-2830-2818-2018-2016-2016-2014-2020-2826-3528-3620-2524-2824-284-288-108-108-128-1210-1516-2216-2520-3020-3020-3020-3020-305-65-66-88-108-1012-1416-1816-1818-2018-2018-2018-20Bảng 3-6Chế độ hàn bán tự động liên kết hàn giáp mối trong môi trờng khí bảo vệ CO2Chiều dày tấm (mm)Số lớp hàn (mm)Khe hở hàn (mm)Đờng kính dây hàn (mm)Ih (A)Uh (V)Vh (m/h)Tiêu hao khí (l/phút)0,6-1,01,22,011-20,5-0,80,8-1,00,5-0,80,8-1,050-6070-12018-2018-2120-3018-256-710-12 3-56-88-121-21-22-31,6-2,21,8-2,21,8-2,21,4-2,02,02,5280-320280-380280-45022-3928-3527-3520-2518-2416-3014-1616-1818-20AHíng hµnA - AM¨t c¾t ngang mèi hµn . xuất và giá thành thấp. + Năng suất hàn trong CO2 cao, gấp hơn 2,5 lần so với hàn hồ quang tay. + Tính công nghệ của hàn trong CO2. loại mối hàn nhằm đảm bảo các tính chất yêu cầu của mối hàn đợc thực hiện chủ yếu thông qua dây hàn. Do vậy, những đặc tính của quá trình công nghệ hàn phụ