3. Cơ sở lý thuyết
3.2.3.ảnh h−ởng của một số thông số (chế độ hàn và kỹ thuật hàn đến chất
chất l−ợng lớp hàn) [20]
Nh− đ1 biết, trong các công nghệ hàn thì các yếu tố vật liệu và thiết bị có ảnh h−ởng rất nhiều đến chất l−ợng của mối hàn. Tuy nhiên do các yếu tố này đ1 đ−ợc tiêu chuẩn hoá và đ−ợc nghiên cứu, chế tạo theo h−ớng đáp ứng tốt nhất những yêu cầu của thực tế sản xuất và đặc biệt là yêu cầu về chất l−ợng mối hàn. Nh− vậy đối với các nhà quản lý sản xuất cũng nh− đối với chính ng−ời sử dụng công nghệ thì công việc cần quan tâm nhất lại là lựa chọn áp đặt chế độ cũng nh− kỹ thuật hàn một cách tối −u nhất để có mối hàn đạt yêu cầu về mặt chất l−ợng. Chính vì lý do này mà có thể khẳng định việc lựa chọn chế độ hàn và kỹ thuật thực hiện mối hàn có tầm ảnh h−ởng lớn hơn cả đến chất l−ợng của mối hàn so với các yếu tố khác, hay nói cách khác thì chế độ hàn, kỹ thuật hàn là yếu tố quyết định đến chất l−ợng mối hàn.
Chế độ hàn là tập hợp các thông số liên quan trực tiếp đến quá trình hàn nhằm tạo ra mối hàn. Các thông số này đ−ợc lựa chọn và áp đặt dựa trên nhiều cơ sở khác nhau. Khi vật liệu hàn và thiết bị hàn là các yếu tố cố định thì các thông số chế độ hàn đ−ợc coi là biến số của quá trình hàn.
Đối với các mối hàn đắp bằng ph−ơng pháp hàn MAG thì các thông số sau thuộc chế độ hàn, kỹ thuật hàn có ảnh h−ởng lớn và mang tính quyết định đến chất l−ợng lớp đắp, đó là:
1. Điện áp hồ quang (Uhq). 2. C−ờng độ dòng điện hàn (Ih). 3. Tốc độ hàn (Vh).
5. L−u l−ợng khí bảo vệ. 6. H−ớng của điện cực. 7. T− thế hàn.
Ngoài ra còn một số yếu tố khác có ảnh h−ởng tới chất l−ợng mối hàn đắp nh−: cực tính, đ−ờng kính điện cực...
1. ảnh h−ởng của dòng điện hàn
Trong hàn MAG, khi tất cả các thông số khác đ−ợc giữ nguyên không đổi thì c−ờng độ dòng điện hàn biến đổi theo tốc độ cấp dây và mối quan hệ giữa chúng là phi tuyến. Nh− vậy khi tốc độ cấp dây thay đổi cộng với một nguồn điện áp không đổi thì c−ờng độ dòng điện hàn sẽ thay đổi, hình 3.16 d−ới đây sẽ mô tả mối quan hệ này khi hàn thép cacbon với các kích cỡ điện cực khác nhau.
Hình 3.16. Quan hệ giữa dòng điện và tốc độ cấp dây với các dây hàn thép cacbon có đ−ờng kính khác nhau
Với tất cả các thông số khác không đổi khi dòng điện hàn tăng (tốc độ cấp dây lớn) dẫn tới các hiện t−ợng sau:
- Chiều rộng và bề sâu của vũng kim loại nóng chảy tăng lên. - Tốc độ điền đầy mối hàn tăng lên.
- Kích th−ớc mối hàn tăng.
Khi tăng dòng điện hàn quá mức có thể dẫn đến hiện t−ợng thiếu hụt khí bảo vệ làm cho mối hàn bị rỗ xốp, ngoài ra do sự nén của hồ quang tăng nên sự bắn toé của kim loại lỏng tăng và hình dạng vũng hàn không đều.
Khi giảm c−ờng độ dòng điện hàn, l−ợng nhiệt từ hồ quang giảm do vậy chiều rộng mối hàn giảm, sự truyền kim loại từ điện cực vào vũng hàn diễn ra chậm hơn, tốc độ hàn do đó sẽ giảm. Nếu sử dụng một dòng điện hàn quá nhỏ thì hồ quang sẽ cháy không ổn định, sự đoản mạch tăng và diễn ra trong khoảng thời gian dài hơn dẫn đến mối hàn có nhiều khuyết tật. tất cả các hiện t−ợng trên đều dẫn đến một mối hàn có chất l−ợng không tốt, đặc biệt là đối với mối hàn đắp. Chính vì vậy trong quá trình hàn cần áp đặt một c−ờng độ dòng điện hàn hợp lý, thông th−ờng ng−ời ta xác định thông số này thông qua tốc độ cấp điện cực. Việc chọn c−ờng độ dòng điện hàn đ−ợc xác định căn cứ vào đ−ờng kính điện cực, kiểu truyền kim loại và chiều dày kim loại cơ bản. Bảng d−ới đây nêu lên khoảng c−ờng độ dòng điện hàn cũng nh− tốc độ cấp dây hàn khi hàn MAG:
Bảng 3.3. C−ờng độ dòng điện hàn với kích cỡ điện cực khác nhau. C−ờng độ đòng điện (tốc độ cấp dây- m/phút) Đ−ờng kính điện cực
(mm) Hồ quang kiểu bụi Hồ quang kiểu ngắn mạch 0.8 1.2 1.6 2.4 150 – 250 A (5.0 – 15) 200 – 350 A (5.0 – 15) 350 – 500 A (5.0 – 8.8) 500 – 750 A (3.8 – 7.5) 60 – 160 A (2.5 – 7.5) 100 – 175 A (2.0 – 3.8) 120 – 180 A (1.5 – 2.0) 150 – 200 A (1.25 – 1.6)
2. ảnh h−ởng của điện áp hồ quang
Điện áp hồ quang có ảnh h−ởng lớn đến bản chất của quá trình hàn nói chung và quá trình hàn đắp nói riêng. Điện áp hồ quang và chiều dài hồ quang là những thuật ngữ có thể sử dụng thay thế cho nhau. Với ph−ơng pháp hàn hồ quang trong môi tr−ờng khí bảo vệ thì chiều dài hồ quang là một thông số quan trọng cần đ−ợc kiểm soát chặt chẽ. Nếu chiều dài hồ quang quá lớn nó sẽ có xu h−ớng bị lệch làm ảnh h−ởng tới độ thấu và hình dáng bề mặt mối hàn, lớp khí bảo vệ lúc này bị phá vỡ gây nên sự bắn toé nhiều và sự rỗ khí. Nừu hồ quang quá ngắn đầu điện cực sẽ có hiện t−ợng ngắn mạch, điều này làm hồ quang cháy không ổn định.
Điện áp hồ quang phụ thuộc vào chiều dài hồ quang và nhiều thông số khác nh− thành phần hoá học của điện cực, đ−ờng kính điện cực, khí bảo vệ, kỹ thuật hàn và chiều dài của cáp điện hàn. Điện áp hồ quang là đại l−ợng đặc tr−ng cho chiều dài vật lý của hồ quang, cần phải nói thêm rằng điện áp hồ quang còn bao gồm cả điện áp rơi trên phần chiều dài nhô ra của điện cực (le). Khi khảo sát, với tất cả các thông số khác không đổi đ1 cho thấy rằng điện áp của hồ quang tỷ lệ thuận với chiều dài hồ quang. Do chiều dài hồ quang là yếu tố cần quan tâm và điều khiển trong quá trình hàn, nh−ng điện áp lại dễ giám sát hơn nhiều nên trong các quy trình hàn ng−ời ta sẽ áp đặt và quản lý điện áp hồ quang thay cho chiều dài hồ quang.
Đối với công nghệ hàn MAG, điện áp hồ quang có quan hệ tuyến tính với chiều rộng mối hàn. Khi thay đổi điện áp hồ quang chiều rộng của mối hàn thay đổi kèm theo một số hiện t−ợng xuất hiện. Cụ thể:
-Khi tăng điện áp hồ quang có xu h−ớng làm mối hàn xẹp xuống đồng thời chiều rộng mối hàn tăng lên. Nừu điện áp tăng quá mức có thể xuất hiện sự rỗ khí, sự bắn toé của kim loại lỏng, mối hàn có thể bị lõm xuống và cháy cạnh. Điều này thực sự không có lợi cho quá trình hàn đắp.
tăng lên, chiều sâu ngấu lớn hơn. Nừu điện áp hồ quang quá nhỏ có thể làm cho dây điện cực nóng chảy chậm và bị vấp khi di chuyển dọc trục mối hàn.
Hình ảnh d−ới dây minh họa cho sự thay đổi hình dạng mối hàn khi thay đổi điện áp hồ quang [21].
* Tr−ờng hợp chuyển dịch dạng cầu (dòng điện hàn cao)
Hình 3.17a. Hiệu ứng của điện áp hồ quang tới hình dạng mối hàn [Ghi chú]: 1. Nhỏ giọt từ đầu dây hàn; 2. Chùm hồ quang giống nh− hình cầu; 3. Thông th−ờng có tiến kêu “j”; 4. Thỉnh thoảng đầu dây hàn cắm vào bể hàn; 5. Đầu giây liên tục cắm vào bể hàn.
* Tr−ờng hợp chuyển dịch dạng cầu (dòng điện hàn cao)
Hình 3.17b. Hiệu ứng của điện áp hồ quang tới hình dạng mối hàn [Ghi chú]: 1. Nhỏ dọt từ đầu dây hàn; 2. Hồ quang cháy d−ới bề mặt kim loại cơ bản; 3. Thỉnh thoảng đầu dây cắm vào bể hàn
3. Vận tốc hàn
Vận tốc hàn là tốc độ tuyến tính dịch chuyển của hồ quang dọc theo đ−ờng hàn. Vận tốc hàn có ảnh h−ởng lớn nhất đến kích th−ớc mối hàn và chiều sâu nóng chẩy.
Khi các thông số khác giữ nguyên không đổi thì tốc độ hàn ở một giá trị trung bình nào đó sẽ cho chiều sâu của mối hàn là lớn nhất. Nếu tốc độ hàn giảm đi, sự điền đầy của kim loại dây hàn vào vùng hàn trên một đơn vị chiều dài tăng lên. Khi tốc độ hàn quá chậm hồ quang sẽ tác động mạnh hơn lên vũng kim loại nóng chẩy thay vì tác động vào kim loại cơ bản vì vậy vũng hàn trở nên rộng và nông hơn. Khi tốc độ di chuyển tăng, đầu tiên sự nóng chẩy của kim loại cơ bản tăng sau đó lại giảm đi, vì vậy mối hàn có chiều sâu nóng chẩy giảm và chiều rộng cũng giảm. Nếu tốc độ hàn tăng quá cao còn có thể dẫn đến hiện t−ợng khoét nghách (cháy cạnh) ở mối hàn do không đủ kim loại điền đầy vào vùng kim loại cơ bản nóng chẩy mà hồ quang đ1 tạo ra. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4. Tầm với điện cực
Tầm với điện cực là khoảng chiều dài nhô ra của dây hàn từ đầu ống tiếp điện. Tầm với điện cực tỷ lệ thuận với l−ợng nhiệt Jun – Lenxơ sinh ra (Q= I2R). Tầm với điện cực lớn hay nhỏ đ−ợc chọn phụ thuộc vào đ−ờng kính dây hàn, loại dây hàn, loại khí bảo vệ và kiểu chuyển kim loại vào mối hàn.
Khi tầm với điện cực quá lớn, điện trở của nó tăng lên làm tăng nhiệt độ điện cực và làm tăng tốc độ nóng chảy của dây hàn. Đi kèm với hiện t−ợng trên là mức độ bắn toé tăng, hồ quang kém ổn định. Hơn nữa khi tăng tầm với điện cực điều kiện bảo vệ vũng hàn kém đi nhất là khi nghiêng súng hàn.
Khi tầm với điện cực quá nhỏ sẽ làm cho ống tiếp điện quá tải về nhiệt, các giọt kim loại bắn toé dính và miệng chụp khí ở mỏ hàn cản trở khí bảo vệ gây rỗ xốp trong mối hàn.
5. L−u l−ợng khí bảo vệ
L−u l−ợng khí bảo vệ là l−ợng khí tiêu hao trong quá trình hàn đ−ợc tính bằng lít/phút. Việc áp đặt thông số này phụ thuộc kiểu liên kết hàn, vị trí hàn và kiểu dịch chuyển của hồ quang. Nh− đ1 phân tích khí bảo vệ có vai trò đặc biệt quan trọng đối với công nghệ hàn này, nó ảnh h−ởng trực tiếp đến chất l−ợng mối hàn.
Khi l−u l−ợng khí quá nhỏ quá trình hàn sẽ thiếu hụt khí bảo vệ, các thể khí oxy và nitơ xâm nhập vào vùng hàn làm cho mối hàn xuất hiện các vết rỗ, thậm chí cả các vết nứt. Khi l−u l−ợng khí quá lớn sẽ làm cho bề mặt mối hàn không bình th−ờng do áp lực của khí lên vũng hàn, đi kèm theo là hiện t−ợng xoáy và các bẫy khí cũng có thể làm cho mối hàn bị rỗ.
6. H−ớng của điện cực
Vị trí của điện cực so với trục của đ−ờng hàn kết hợp với h−ớng di chuyển của điện cực đ−ợc coi là h−ớng của điện cực. Cũng nh− các ph−ơng pháp hàn hồ quang khác, h−ớng của điện cực có ảnh h−ởng lớn đến hình dáng và chiều sâu mối hàn.
Đối với hàn trong môi tr−ờng khí góc của điện cực th−ờng nằm trong khoảng 10 – 20o so với chiều thẳng đứng. Tuỳ theo góc nghiêng của mỏ hàn và h−ớng di chuyển của mỏ hàn cũng nh− điện cực mà có kỹ thuật hàn thuận tay hay nghịch tay. H−ớng của điện cực và sự ảnh h−ởng của nó đến chiều rộng và chiều sâu mối hàn đ−ợc minh hoạ ở hình 3.18.
Nh− vậy, nhìn chung với kỹ thuật hàn thuận tay sẽ cho chiều rộng mối hà lớn, chiều sâu nóng chảy nhỏ. Ng−ợc lại khi hàn bằng kỹ thuật nghịch tay sẽ cho mối hàn có chiều rộng nhỏ, bề mặt mối hàn hẹp hơn. Đối với các mối hàn đắp thì thông số này ít ảnh h−ởng tới chất l−ợng lớp đắp.
Hình 3.18. Hiệu ứng của h−ớng điện cực và kỹ thuật hàn.
7. T− thế hàn
T− thế hàn hay đ−ợc hiểu là vị trí của mối hàn khi thực hiện chúng. T− thế hàn có ảnh h−ởng lớn đến việc chọn kiểu chuyển kim loại và hình dạng mối hàn.
Kiểu chuyển kim loại dạng bụi chỉ thực hiện đ−ợc ở t− thế hàn bằng, các kiểu chuyển kim loại khác nh− hàn hồ quang xung hay chuyển kim loại dạng đoản mạch có thể áp dụng cho mội t− thế. Trong tất cả các t− thế hàn thì hàn bằng đ−ợc −u tiên sử dụng vì ở vị trí này mối hàn cho chất l−ợng cao nhất. ở các vị trí khác hình dạng mối hàn th−ờng không đều, chiều sâu nóng chảy giảm, có thể xuất hiện nhiều khuyết tật tại mối hàn. Khi hàn đắp thông th−ờng chi tiết đắp đ−ợc đ−a về vị trí với t− thế hàn bằng vì vậy nhìn chung sẽ có lớp đắp với chất l−ợng tốt khi các thông số khác lựa chọn phù hợp và giữ nguyên không đổi