Ar 99.967% O2 10 ppm(phần triệu) N2 300 ppm H2 5 ppm CO2 5 ppm Hơi n ớc 0,005 mg/l
Hỗn hợp Ar-H2. Việc bổ sung hydro vào Argon làm tăng diện tích hồ quang và
các u điểm t ơng tự Heli. Hỗn hợp với 5% H2 đôi khi làm tăng độ s ch c a m i hàn GTAW bằng tay. Hỗn hợp với 15% H2 đ ợc sử d ng đểhàn cơ khí hóa t c độ cao cho các m i hàn đâu mí với thép không gỉ dày đến 1.6mm, ngoài ra còn đ ợc dùng để hàn các thùng bia bằng thép không gỉ và các ng, các hợp kim Ni. Hỗn hợp 35% H2 có thể
dùng cho thép không gỉ với mọi chiều dày, nếu khe h đáy c a đ ng hàn trong ph m vi 0,25-0,50 mm. Không nên dùng nhiều H2, do có thể gây ra rỗ x p m i hàn. Việc sử d ng hỗn hợp này chỉ h n chế cho các hợp kim Ni, Ni-Cu, thép không gỉ.
Nitơ đôi khi đ ợc đ a vào argon để hàn Cu và các hợp kim Cu, N2 tinh khiết đôi khi đ ợc dùng làm khí b o vệđể hàn thép không rỉ.
3.1.1.6. Kimălo iăđi năđ yă(rodăhƠn)
Kim lo i điền đầy để liên kết nhiều kim lo i và hợp kim khác nhau sử d ng với
ph ơng pháp hàn hồ quang vônfram trong khí b o vệ là rất sẵn có. Nếu sử d ng kim lo i điền đầy cần ph i t ơng tự, mặc dù không cần thiết ph i gi ng hệt kim lo i cơ b n. Khi liên kết các kim lo i cơ b n không t ơng tự thì kim lo i điền đầy sẽ khác so với một trong hai kim lo i cơ b n.
Nhìn chung, thành phần hóa học c a kim lo i cơ b n đ ợc điều chỉnh để t ơng
hợp với cơ tính c a kim lo i cơ b n trong điều kiện hàn. Những kim lo i điền đầy nh
thếđ ợc s n xuất với sự kiểm soát về thành phần hóa học, độ tinh khiết, và chất l ợng chặt hơn là kim lo i cơ b n. Các chất khửth ng đ ợc đ a thêm vào để đ m b o m i hàn chất l ợng t t. Những sửa đổi bổ sung thêm đ ợc thực hiện đ i với thành phần hóa học c a một s kim lo i điền đầy để c i thiện sự đáp ng với các xử lý nhiệt sau khi hàn[6].
33
3.1.1.7. u,ăkhuy tăđi măc aăph ngăpháp
uăđi m:
- Chất l ợng m i hàn cao - Dễđiều khiển vũng hàn
- Hàn đ ợc mọi vị trí
- Có thể không cần làm s ch m i hàn sau khi hàn - Có thể ng d ng trong hàn tựđộng
Khuy tăđi m
- Năng suất thấp
- Đòi h i tay nghề thợ cao - Thiết bị cồng kềnh đắt tiền
- Tần s cao có thể gây nhiễu các thiết bị không dây
3.1.2. Ph ngăphápăhƠnăđi năc cănóngăch yătrongămôiătr ngăkhíăb oăv ă (GMAW).
3.1.2.1. Kháiăni măvƠănguyênălỦăho tăđ ng
Hàn hồ quang bằng điện cực nóng ch y trong môi tr ng khí b o vệ là quá trình hàn nóng ch y trong đó nguồn nhiệt hàn đ ợc cung cấp b i hồ quang t o ra giữa
điện cực nóng ch y (dây hàn) và vật hàn: hồ quang và kim lo i nóng ch y đ ợc b o vệ
kh i tác d ng c a oxi và nitơ trong môi tr ng xung quanh b i một lo i khí hoặc một hỗn hợp khí.
34
3.1.2.2. Dây hàn
Dây hàn thép carbon là dây rắn có hàm l ợng hợp kim thấp, đ ợc kéo với độ chính xác cao có đ ng kính từ Ø0,6 mm đến Ø2,4 mm. Dây hàn đ ợc quấn thành cuộn 15 đến 20kg hoặc ch a sẳn trong thùng (tr ng hợp hàn tự động. Dây hàn đ ợc m một lớp đồng để dẫn điện và ch ng oxýt hóa. Thành phần dây hàn nh sau: carbon(C: 0,06 đến 0,08%), mangan (Mn: 1,0 đến 1,5%), silic (Si: 0,6 đến 0,9%), L u
hùynh (S: 0,025%) và phospho (P: 0,025%)[16].
Mật độ dòng điện : Mật độ dòng điện là c ng độ đi qua 1 mm2 tiết diện dây hàn.
Tiêu chuẩn dây hàn theo AWS A5.18[12] gồm các lo i phổ biến sau:
- ER70S-2: lo i có ch a các chất khử đặc biệt. Cho m i hàn chất l ợng
cao, t ơng thích hầu hết các lo i mác thép carbon.
- ER70S-3: Dây hàn đa d ng. Silicon và mangan là hai thành phần khử
oxyt ch yếu thích hợp cho công việc hàn vị trí nghịch với kiểu chuyển dịch ngắn m ch dùng khí b o vệ là Ar – CO2. Hàn t t trên thép cán và thép bị gỉ sét với khí CO2.
- ER70S-6: Hàm l ợng các chất khử oxyt mangan và silicon cao nhất, cho phép hàn trong CO2 với dòng điện cao nhất. Đồng th i cũng có thể hàn với hổn hợp Ar
– CO2. Kh năng hàn bám t t, thích hợp khi hàn các m i hàn vị trí nghịch với kiểu chuyển dịch ngắn m ch.
3.1.2.3. Khíăb oăv
Nhìn chung mọi kim lo i đều có xu h ớng kết hợp với Oxy để t o nên các oxyt kim lo i. Một s ít l i kết hợp với nitơ t o ra các nitric kim lo i. Oxy cũng kết hợp với
carbon để t o ra khí monoxide carbon. Tất c các ph n ng này là tr ng i chính cho công việc hàn b i chúng hình thành nên các khuyết tật nh rỗ khí, làm giòn kim lo i hàn. Mặc khác không khí l i ch a 80% nitơ và 20% oxy nên lẽ tự nhiên là không thể
tiến hành hàn mà không có biện pháp nào để b o vệvũng ch y. Nhiệm v c a khí b o vệ trong hàn GMAW là t o ra khí quyển có tính trơ hoặc khửđểngăn chặn các khí có h i từ không khí vào trong vũng hàn[7].
Đồng th i khí b o vệcòn đ m nhiệm các vai trò sau:
- Mồi hồ quang dễ dàng và hồ quang cháy ổn định
- Tác động đến các kiểu chuyển dịch kim lo i trong hồ quang hàn - nh h ng đến độ ngấu và tiết diện ngang c a m i hàn
- T c độ hàn
- Kh năng t o ra các khuyết biên - Tẩy s ch bề mặt và biên đ ng hàn
35
Khí trơ sử d ng trong hàn GMAW có argon và heli. Heli có độ dẫn nhiệt lớn
hơn argon và t o ra cột hồquang có năng l ợng phân tán đều hơn.
Với bất kỳ t c độ cấp dây nào thì điện áp c a hồ quang argon cũng thấp hơn đáng kể so với hồ quang heli. Có nghĩa là hồ quang argon cháy ổn định hơn hồ quang heli. Hồ quang argon sẽ có chuyển dịch phun dọc tr c trị s ngay trên trị s dòng
điện quá độ. Hồ quang heli có xu thế t o ra kiểu chuyển dịch giọt cầu kích th ớc lớn kho ng dòng điện trung bình do đó hồ quang heli cho nhiều tia văng tóe hơn, bề mặt
đ ng hàn xấu gồ ghềhơn so với hồ quang argon.
Sự pha trộn argon và heli, th ng đ ợc áp d ng khi hàn kim lo i không chất sắt
và inox cũng nh thép hợp kim thấp. Khi đó nâng cao đ ợc tính hợp lý c a tiết diện ngang m i hàn đồng th i không đánh mất các u việt c a đặc tính hồ quang argon.
Sự pha trộn oxy và CO2 vào argon và heli. Argon và heli không là môi tr ng b o vệ t t nhất khi hàn trên thép, với heli hồ quang chuyển dịch khó kiểm soát do các giọt văng tóe, còn argon thì đ ng hàn rất dễ khuyết biên. Thêm vào argon từ 1 – 5% oxy hoặc từ 3 – 10% CO2 sẽ c i thiện chất l ợng hàn đáng kể.
Carbon dioxide, khí CO2 là khí ho t hóa đ ợc áp d ng rộng r i trong hàn GMAW trên thép carbon và thép hợp kim thấp. đây là lo i khí không trơ duy nhất
đ ợc dùng một mình để b o vệ vũng hàn. Đặc tr ng c a quá trình hàn CO2 là t c độ hàn cao, độ ngấu sâu.
Khi hàn với khí CO2 chỉ có hai kiểu chuyển dịch là ngắn m ch và cầu. chuyển dịch phun dọc tr c là đặc điểm riêng c a hàn trong môi tr ng khí argon. Kiểu chuyển dịch cầu có năng l ợng t ơng đ i cao và hồ quang m nh nên văng tóe nhiều hơn.
So sánh với hàn trong môi tr ng giàu khí argon thì hàn CO2 cho m i hàn ngấu sâu, gồ ghề, hiệu qu làm s ch biên và bề mặt đ ng hàn kém hơn. Kim lo i đắp sít rất chặt song m i hàn kém dẻo do hồ quang vẫn có tính oxy hóa.
3.1.2.4. Thôngăs ăhƠn
Thông s hàn gồm các thông s sau: - T c độđắp – t c độ hàn
- T c độ cấp dây( c ng độ hàn) - Điện áp hồ quang
- Độnhú điện cực
T căđ đ p là l ợng kim lo i thực sự đắp vào m i hàn trong một đơn vị th i
gian. Đơn vị là kg/h. Cần cân bằng t c độđắp và vận t c hàn b i vì sự cân bằng t t sẽ
36
giữa t c độ hàn và t c độ cấp dây: Kích th ớc m i hàn, kiểu m i n i, s l ợng các lớp hàn, t c độ hàn t i đa kho ng 600 mm/phút (25 in/phút)[7]. Nhìn chung t c độ hàn càng cao thì m i hàn có kích th ớc càng nh .
Dòngăđi n hàn ậ T căđ c p dây, sau khi xác định t c độ đắp t i u, b ớc kế
tiếp là xác định t c độ cấp dây và độ nhú điện cực. C ng độdòng điện đ ợc xác lập thông qua các thông s này. Khi hàn thì chúng ta xác định t c độđắp thông qua t c độ
cấp dây và dòng điện hàn là giá trịdanh nghĩa.
Đi n áp hàn liên quan chặt chẻ đến chiều dài hồ quang xác lập khi cháy ổn
định. Chúng ta cần chọn điện áp hàn phù hợp với t c độ cấp dây để h n chếvăng tóe.
Stick out còn g iălƠăđ nhúăđi n c c. Các thông s cơ b n khi hàn với dây hàn
có điện tr lớn ph thuộc r ràng vào độnhú điện cực. Sựthay đổi độ nhú sẽthay đổi sự cân bằng điện trên hồquang hàn. Khi tăng độ nhú dây hàn bị đ t nóng do điện tr sẽlàm thay đổi t c độ ch y c a dây trị s dòng điện xác lập. Sự cân bằng giữa t c độ
ch y và t c độ cấp dây thay đổi sẽthay đổi điều kiện hàn. Giữđộ nhú không đổi cũng nh góc điện cực không đổi là một kỹnăng c a thợ hàn.
3.1.2.5. uăđi măvƠăkhuy tăđi măc aăph ngăpháp
uăđi m:Ph ơng pháp GMAW có những u điểm chính sau:
- Ph ơng pháp này có đặc điểm là dây hàn đ ợc cấp một cách liên t c, do
đó quá trình thực hiện bằng GMAW sẽnhanh hơn so với quá trình hàn GTAW. - Nó có thể thực hiện đ ợc các liên kết hàn với chiều sâu ngấu ch y lớn. - Nó có thểhàn đ ợc c tấm m ng lẫn tấm dày.
- Quá trình hàn GMAW cho hệ s đắp kim lo i rất lớn - Quá trình này dễ dàng thực hiện (vận hành).
- Không cần sử d ng thu c hàn, s n phẩm hàn GMAW mịn, đẹp, gọn gàng, s ch sẽ, và không có xỉ bắn tóe trên bề mặt do đó không cần yêu cầu làm s ch bề mặt
sau hàn. Điều này giúp cho làm gi m tổng chi phí hàn.
Khuy tăđi m:
- Quá trình này hơi ph c t p hơn so với quá trình hàn GMAW và hàn que, vì một s thông s nh : dính điện cực, góc nghiêng điện cực, thông s chếđộ hàn (U, I,
V,…), kiểu và đ ng kính dây hàn, kiểu tay hàn, … Tất c các thông s này đều yêu cầu đ ợc kiểm soát, lựa chọn đúng và kỹ càng để có thể đ a ra đ ợc một m i hàn có kết qu t t.
37
- Khí b o vệ có thể dễ dàng phát tán nếu điều kiện che chắn không đ ợc t t, do đó hàn GMAW sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong điều kiện hàn ngoài tr i nếu
không đ ợc che chắn t t.
- T c độ nguội c a kim lo i hàn cao hơn so với quá trình lắng xỉ trên bề
mặt kim lo i hàn.
3.1.3. Ph ngăphápăhƠnăh quang tay 3.1.3.1. Kháiăni măvƠănguyênălỦăho tăđ ng
Hàn hồ quang tay là ph ơng pháp hàn hồ quang sử d ng nhiệt c a hồ quang
đ ợc sinh ra giữa điện cực là que hàn và kim lo i hàn. Thu c bọc dùng để ổn định hồ
quang và không cho không khí xâm nhập vào m i hàn làm nh h ng tới chất l ợng m i hàn, còn lõi que hàn cung cấp kim lo i cho m i hàn.
M i hàn đ ợc hình thành từ sự nóng ch y trộn lẫn giữa kim lo i que hàn và kim lo i vật hàn, que hàn và vật hàn đóng vai trò là hai m ch điện đ ợc n i với kềm hàn và kẹp mát nh hình 3.1[6]
Hình 3.4: Máy hàn SMAW và các ph kiện liên quan[6]
Hồ quang hàn là sựphóng điện liên t c qua đ ng dẫn là d ng khí giữa que hàn và vật hàn. Dòng điện hồ quang đ ợc dẫn qua vùng khí bị ion hóa đ ợc gọi là tr ng thái plasma. Nhiệt độ cột hồ quang kho ng 5000- 300000 K, tùy thuộc vào b n chất
plasma và dòng điện di qua hồ quang. Nhiệt độ hồ quang có thể đ ợc tính bằng công th c [7]:
W=V.A.T [3.1]
Trong đó W là nhiệt c a hồ quang (J) V là hiệu điện thế hàn (v)
38
Chiều dài hồ quang là kho ng cách từ đầu que hàn đến vật hàn, chiều dài hồ
quang quyết định đến điện áp hồ quang. Hồ quang ngắn thì điện áp thấp dòng điện cao,
làm tăng t c độ hàn. Hồquang dài điện áp cao, c ng độdòng điện thấp làm gi m năng
suất hàn. Sự ph thuộc giữa điện thế hồ quang, dòng điện và chiều dài hồ quang có thể
biểu thị bằng công th c[7]:
[3.2]
Nếu dòng điện đ lớn thì ta có
Trong đó: Uh là điện thế hàn (V) l là chiều dài hồ quang (mm) I là dòng điện hàn (A)
a, b, c, d là các hệ s ph thuộc vào lo i que hàn, môi tr ng b o vệ, áp lực môi tr ng vv...
Hình 3.5: Nguyên lý hình thành m i hàn [6]
3.1.3.2. Que hàn
Đ ng kính que hàn ph thuộc vào độ dày, lo i m i ghép và vị trí m i hàn trong không gian. Nhìn chung, các que hàn có đ ng kính lớn hơn đ ơc chọn để hàn những vâ ̣t day va ở t thê han băng để lợi dụng tôc độ điên đây cao của t thê han nay.
Khi han ở t thê ngang, đ ng va trân, kim loa ̣i môi han nóng ch y có xu h ớng ch y ra kh i chỗ liên kết do tác d ng c a trọng lực . Xu h ơng này co thể kiểm soat băng cach s ̉ dụng nh ̃ng que han nhỏ để giảm kốch cỡ của vũng han.
Viê ̣c điêu khiển que han va tăng tôc đô ̣ di chu yển que han do ̣c theo môi han cũng hỗ trợ cho việc kiểm soát kích cỡ c a vũng hàn. Có nhiều cách phân lo i que hàn:
39
Hình 3.6: Cấu t o điện cực hàn SMAW[16]
Theo công d ng que hàn đ ợc chia thành các nhóm nh : que hàn thép các bon
thấp, trung bình và cao, que hàn đồng, đồng thau, que hàn Ni hợp kim Ni,vv... - Theo chiều dài lớp v bọc, căn c vào tỷ s D/d quy ớc[7]:
Lo i v thu c m ng: ≤ 1,2; [3.3]
Lo i v thu c trung bình 1,2 < D/d ≤ 1,45; Lo i v thu c dày: 1,45 < D/d ≤ 1,8; Lo i v thu c đặc biệt dày D/d > 1,8.
- Theo tính chất ch yếu c a v thu c ng i ta phân biệt: Que hàn lo i v thu c hệ axit (ký hiệu là A)
Que hàn lo i v thu c hệbazơ (B)