Phân loại tư thế hàn theo góc của mặt phẳng chứa mối hàn và vị trí tương quan với que hàn. Theo cách phân chia này, người ta chia các tư thế hàn thành
(hình 2.3a): Hàn sấp, còn gọi là hàn bằng (0 đến 60º), hàn đứng (trên 60 đến 120º) và hàn trần (còn gọi là hàn ngửa, trên 120 đến 180º).
Hàn đứng còn được chia thành hàn đứng từ trên xuống, hàn đứng từ dưới lên và hàn ngang (khi mối hàn có phương song song với mặt phẳng ngang). Hàn sấp dễ thực hiện nhất và khó nhất là hàn đứng từ trên xuống và hàn trần.
16
Tiêu chuẩn quốc tế ISO 6947 cũng như tiêu chuẩn ASME của Mỹ quy định ký hiệu tư thế hàn cho các mối hàn tấm phẳng (hình 2.3b)
2.2.1. Tƣ thế hàn tấm phẳng đối với mối hàn giáp mối
- PA (1G theo ASME): Hàn sấp.
- PG (3Gd theo ASME): Hàn đứng từ trên xuống. - PF (3Gu theo ASME): Hàn đứng từ dưới lên. - PC (2G theo ASME): Hàn ngang.
- PE (4G theo ASME): Hàn trần.
60o ÷ 120o
II
Hình 2.3a. Sơ đồ vị trí mối hàn trong không gian
Trong đó: I. Vị trí hàn sấp II. Vị trí hàn đứng III. Vị trí hàn ngửa
17
Hình 2.3b. Ký hiệu tư thế hàn các mối hàn tấm phẳng
2.2.2. Tƣ thế hàn tấm phẳng đối với mối hàn góc
- PA (1F): Hàn sấp.
- PG (3Fd): Hàn đứng từ trên xuống. - PF (3Fu): Hàn đứng từ dưới lên. - PB (2F): Hàn ngang.
18
2.3. Hệ thống trang thiết bị trong hàn MIG/MAG
Hình 2.4. Hệ thống thiết bị hàn MIG/MAG
Trang thiết bị cơ bản đối với bất kỳ hệ thống hàn MIG, MAG nào cũng bao gồm như sau:
- Súng hàn
- Mô tơ cấp dây và các thiết bị kết hợp hoặc các bánh xe cuộn - Bộ điều khiển
- Nguồn hàn
- Van giảm áp và chỉnh lưu lượng khí - Các trang thiết bị cho dây điện cực - Cáp điện và các đường dẫn khí bảo vệ - Vỏ chai khí CO2
2.4. Mỏ hàn và vật liệu hàn
2.4.1. Vai trò của mỏ hàn (súng hàn ) và vật liệu hàn
Mỏ hàn MIG/MAG còn gọi là súng hàn dùng để dẫn hướng cho dây hàn, cung cấp dòng điện hàn cho dây hàn và cung cấp khí bảo vệ cho vũng hàn đồng thời cũng là bộ phận để cầm và điều khiển các chuyển động khi hàn.
19
Yêu cầu của súng hàn:
Súng hàn cần có yêu cầu: Tiếp điện cho dây hàn, dẫn khí hàn đến đầu mỏ hàn, bộ chia khí, cổ cong cách nhiệt, ruột gà ….
Phần tay cầm cần có yêu cầu: Cách điện, cách nhiệt, thoải mái khi tao tác.…
Hình 2.5. Mỏ hàn (súng hàn)
Trong hàn hồ quang MIG/MAG dây hàn có vai trò như là một điện cực để tạo ra hồ quang và duy trì hồ quang làm nóng chảy vật hàn.
2.4.2. Vật liệu hàn 1) Dây hàn 1) Dây hàn
Trong hàn tự động, bán tự động dưới lớp thuốc, trong môi trường khí bảo vệ, hàn điện xỉ…dây hàn là phần kim loại bổ sung vào mối hàn, đồng thời đóng vai trò điện cực để gây hồ quang và duy trì sự cháy của hồ quang.
Dây hàn ở dạng cuộn, các sợi dây hàn có đường kính từ 0,3 đến 12mm, tương ứng trọng lượng mỗi cuộn từ 5 đến 80kg (bảng 1.a) cho biết kích thước, khối lượng các cuộn dây hàn).
Dây hàn để sử dụng trong lớp khí bảo vệ chia làm hai dạng chính:
- Dây hàn đặc sử dụng trong hàn khí bảo vệ. Dây hàn này có nhiều loại, đươc sản xuất từ nhiều nước trên thế giới
20
Bảng 1.a. Kích thước, khối lượng các cuộn dây hàn
Đường kính dây hàn (mm)
Đường kính trong cuộn dây
(mm)
Khối lượng cuộn dây
Thép cacbon Thép hợp kim Thép hợp kim cao 0,3 ÷ 0,5 0,8 1,0 ÷ 1,2 1,4 1,6 ÷ 2,0 2,5 ÷ 3,0 4,0 ÷ 10 12,0 150 ÷ 300 200 ÷ 350 200 ÷ 400 300 ÷ 600 300 ÷ 600 400 ÷ 600 500 ÷ 750 500 ÷ 800 2 5 15 25 30 30 40 40 2 5 15 15 20 20 30 30 15 3 10 10 15 15 20 20
Bảng 1.b. Một số loại dây hàn đặc thường dùng và phạm vi ứng dụng
Kí hiệu dây Nƣớc sản xuất Kim loại hàn thích hợp
K-08 MnSiA H-10 MnSi CB-08Г2C CB-08ГC MG-51T ER-4043 Ha-A5 Ha-Man Ha-AMg3 BrKMn3-1 Autrod 19.12 AuCutrod 19.40 Trung Quốc Trung Quốc Liên Xô cũ Liên Xô cũ Thái Lan Thái Lan Nga Nga Nga Nga Thụy Điển Thụy Điển Thép cacbon thấp, trung bình Thép cacbon thấp Thép cacbon, hợp kim thấp Thép hợp kim thấp, trung bình Thép cacbon,hợp kim thấp Thép cacbon,hợp kim thấp Thép hợp kim (Inox) Hợp kim (AL+Mn) Hợp kim (AL+Mg+Mn) Đồng, hợp kim đồng Đồng, hợp kim đồng Đồng, hợp kim đồng
- Dây hàn có lõi thuốc (dây hàn bột) sử dụng hàn trong lớp khí bảo vệ: Là loại dây hàn gồm vỏ kim loại và ruột thuốc
21
Ruột dây là hỗn hợp các quặng, muối kim loại, hợp kim và bột kim loại khác. Có tác dụng duy trì tính ổn định của hồ quang với phạm vi rộng của chế độ hàn, khắc phục những nhược điểm của dây hàn đặc thường xảy ra như bắn tóe kim loại; bảo vệ mối hàn kém khi sử dụng dòng điện hàn lớn. Đồng thời làm tăng khả năng cơ học của mối hàn, góp phần tạo dáng cho mối hàn đẹp hơn, tăng tốc độ hàn, khử các tạp chất có hại cho mối hàn.
Việc sử dụng dây hàn bột được quyết định bởi loại sản phẩm cần hàn. Dây hàn bột dùng để hàn thép cacbon và thép hợp kim ngày càng được sử dụng rộng rãi. Còn dây hàn bột được dùng để hàn thép hợp kim, gang, kim loại màu hiện tại ít sử dụng.
2) Khí bảo vệ
Khí bảo vệ có tác dụng ngăn không cho sự tác dụng của ôxy và nitơ của môi trường ngoài vào mối hàn. Giúp duy trì hồ quang ổn định.
Hàn MAG thường dùng khí bảo vệ là CO2; hàn MIG thường dùng khí bảo vệ Ar.
2.4.3. Cấu tạo của mỏ hàn
Mỏ hàn (súng hàn) bao gồm bép tiếp điện để chuyển dòng điện hàn đến dây hàn, đường dẫn khí và chụp khí để hướng dòng khí bảo vệ bao quanh vùng hồ quang, bộ phận làm nguội có thể bằng khí hoặc nước tuần hoàn, công tắc đóng ngắt đồng bộ dòng điện hàn, dây hàn và dòng khí bảo vệ (hình 2.6)
22
Các phụ tùng cơ bản của súng hàn gồm có:
- Ống kẹp điện cực: Được nối với nguồn điện hàn và tiếp điện cho dây hàn để tạo hồ quang khi hàn.
- Chụp khí bảo vệ: Có nhiệm vụ hướng cột khí bảo vệ vào vùng hàn.
- Ống dẫn dây hàn: Được nối với bộ cấp dây hàn và có tác dụng đỡ và dẫn hướng dây hàn vào tới ống kẹp điện cực.
- Ngoài ra còn có: Ống dẫn nước làm mát (nếu có), cáp hàn, công tắc điều khiển.
Hình 2.7. Các loại mỏ hàn
2.4.4. Cách lắp dây hàn vào mỏ hàn
- Bộ cấp dây: kiểu đẩy thường được dùng song khoảng cách từ thiết bị đến nơi dây hàn không quá (3- 4) m. Cấp dây kiểu kéo thường được bố trí trong súng hàn và nó cho phép khoảng cách đến thiết bị xa hơn. Khi phải hàn trên cao hoặc không thể bố trí thiết bị nơi cần hàn có thể sử dụng loại súng hàn có gắn cuộn dây
23
- Mô tơ cấp dây thường là loại có tốc độ điều chỉnh vô cấp. Bộ cấp dây có tốc độ điều chỉnh không đổi có trang bị mạch điện tử để điều khiển quá trình mồi hồ quang, tự động hiệu chỉnh khi có sự thay đổi điện áp nguồn, tự hiệu chỉnh khi xảy ra sự trượt dây. Kết quả là hồ quang mồi và cháy ổn định hơn, hạn chế đáng kể lượng kim loại bắn tóe. Thiết bị được bố trí trong hộp kín để hạn chế bụi bặm, tăng tuổi thọ và nhu cầu bảo trì.
- Sau khi gá dây vào cơ cấu dự trữ thông qua bộ phận đẩy dây hoặc kéo dây tùy loại thì dây hàn sẽ được đưa đến súng hàn.
Hình 2.9. Dây hàn được đẩy vào súng hàn
2.5. Các thông số chế độ hàn
2.5.1. Đƣờng kính dây hàn
Đường kính dây tiêu chuẩn có các loại: 0,8; 0,9; 1; 1,1; 1,2; 1,6 (mm). Chọn đường kính dây hàn theo chiều dày tấm, loại liên kết và tư thế hàn. Các đường kính dây được sử dụng nhiều nhất là 1,0 đến 1,2 mm. Các dây nhỏ hơn chủ yếu để hàn các tấm mỏng.
2.5.2. Cƣờng độ dòng điện hàn
- Dòng điện hàn được chọn phụ thuộc vào kích thước 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
24
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 ngược lại
- Khi chọn cường độ dòng điện hàn thường chọn bằng cách tăng dần cường độ dòng hàn với chiều dày nhất định của tấm, với điều kiện có xét đến tốc độ cấp dây. Khi hàn đắp không nên chọn cường độ dòng hàn lớn.
- Giới thiệu ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn tới hình dáng mối hàn (Hình 2.10). Qua đó ta thấy cường độ dòng điện hàn ảnh hưởng trực tiếp đến chiều sâu ngấu. Khi cường độ dòng điện hàn tăng thì chiều sâu ngấu tăng và ngược lại.
Hình 2.10. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn tới hình dáng mối hàn
Cường độ dòng điện hàn được xác định theo mật độ dòng điện hàn cho phép:
Ih = πd2/4.j (2.1)
Trong đó: d - Đường kính đây hàn [mm]. J - Mật độ dòng điện [A/mm2].
25
Cường độ dòng hàn thường nằm trong khoảng 60-800 hoặc 900A thông thường giá tri I hàn trong thực tế nằm trong khoảng 100-400A.
2.5.3. 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 trí hàn, ..v.v… Chọn điện áp hàn quá lớn làm tăng rỗ khí và bắn tóe, làm tăng kích thước vũng hàn. Nếu chọn điện áp quá thấp làm cho hồ quang kém ổn định, mối hàn hẹp và lồi quá mức, dẫn đến hàn không ngấu các cạnh hàn.
Ảnh hưởng của điện áp hàn đến hình dạng mối hàn được thể hiện trên (hình 2.11)
Hình 2.11. Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của điện áp
Trên đồ thị ta thấy khi U tăng thì bề rộng mối hàn tăng lên, chiều sâu ngấu giảm. Để có được 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 đường hàn để chọn giá trị điện áp thích hợp.
26
Chọn điện áp hàn theo tính toán. Dải điện áp dùng cho hàn MIG/MAG thường là từ 16 ÷ 45V.
Điện áp hàn 16÷ 22V thích hợp với hàn tấm mỏng, ở chế độ dịch chuyển ngắn mạch và đường kính dây hàn nhỏ, chiều sâu chảy tối thiểu.
Điện áp hàn 30 ÷ 45V được sử dụng chủ yếu cho hàn tự động, theo dạng dịch chuyển tia, khi hàn các tấm dày,liên kết hàn sấp, đường kính dây hàn lớn, tốc độ đắp lớn.
Điện áp hàn 24 ÷ 30V có đặc điểm của cả hai loại trên, dùng để hàn tấm trung bình
2.5.4. Tốc độ hàn
Hình 1.12. Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của tốc độ hàn
Tốc độ 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 thước 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 đường hàn.
27
Với thép kết cấu thông dụng, tốc độ hàn thường nằm trong khoảng 10 ÷ 60 cm/ phút với hàn tự động tốc độ hàn có thể lên đến 120 cm/ phút. Tốc độ hàn ảnh hưởng đến năng lượng đường và thường dùng để tăng năng suất hàn. Chọn đúng tốc độ hàn phụ thuộc vào hình dạng mối hàn cũng như điều kiện nhiệt luyện vật hàn.
2.5.5. Tầm với điện cực
- 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 cường 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 rệt.
a) Chiều dài điện cực phía ngoài mỏhàn b) Quan hệ giữa dòng điện và phần nhô điện cực
Hình 2.13. Tầm với điện cực
- Chiều dài phần nhô quá lớn sẽ làm dư kim loại nóng chảy ở mối hàn làm giảm độ ngấu và lãng phí kim loại hàn. Tính ổn định của hồ quang cũng bị ảnh hưởng. Nếu 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. Vì vậy cần chọn tầm với điện cực phù hợp:
Lv = 5 + 5d (mm) với khí CO2 (2.2)
28
Khi hàn hỗn hợp khí trơ, do chiều dài hồ quang lớn cần tăng tầm với điện cực thêm 2 tới 3 mm.
Ảnh hưởng của tầm với điện cực đến hình dạng mối hàn được chỉ ra trên
(hình 2.14).
Hình 2.14. Ảnh hưởng của tầm với điện cực đến hình dạng mối hàn
Trƣờng hợp A, D B, E C, F
Độ ngấu Lớn Trung bình Ít
Công suất hồ quang Lớn Trung bình Nhỏ
Độ bắn tóe Thấp Trung bình Cao
Độ nung điện cực Ít Trung bình Nhiều
2.5.6. Số lớp hàn - Tính số lớp hàn. 1 1 n d F F F n (2.3) Trong đó: n -là số lớp hàn
29
Fn- là diện tích tiết diện ngang của lớp hàn tiếp theo
Fd- là diện tích tiết diện ngang của toàn bộ kim loại đắp (được tính toán theo bản vẽ thiết kế mối hàn)
- Để đơn giản việc tính toán ta có thể coi F2= F3=…….Fn
- Diện tích tiết diện ngang của kim loại đắp sau một lớp hàn phụ thuộc vào đường kính que hàn theo kinh nghiệm ta có:
F1= (6 ÷ 9)d Fn= (8 ÷ 12)d
Trong đó: d- là đường kính que hàn (mm) F1 và Fn tính bằng (mm)
2.5.7. Năng lƣợng đƣờng
Tính toán giải năng lượng đường tối ưu: (Công thức 2.4)
(2.4)
Trong đó:
- δ là chiều dày chi tiết hàn khi hàn một phía.(cm). - λ là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu kim loại cơ bản. - cp là nhiệt dung thể tích của vật liệu kim loại cơ bản. - Tm là nhiệt độ kém ổn định của Austenit.
- T0 là nhiệt độ môi trường.
30
2.6. Kỹ thuật hàn MIG/MAG
2.6.1. Chuyển động của mỏ hàn
Hình 2.15. Các chuyển động cơ bản của mỏ hàn và góc nghiêng của mỏ hàn
- Trong hàn hồ quang que hàn chuyển động theo trục que hàn với tốc độ phù hợp với tốc độ nóng chảy của nó, để tạo ra chiều dài hồ quang không đổi trong suốt quá trình hàn và duy trì tính ổn định của hồ quang. Đối với hàn MIG/MAG chuyển động này đã được cơ khí hóa người thợ hàn không phải đưa mỏ hàn đi xuống nữa mà thay vào đó dây hàn được đẩy tự động vào bể hàn với tốc độ phù hợp với tốc độ cháy của hồ quang tạo nên chiều dài hồ quang ổn định trong suốt quá trình hàn. Chuyển động đẩy dây này gọi là (V1) không thuộc vào chuyển động của mỏ hàn mà trong quá trình hàn mỏ hàn gồm có hai chuyển động sau:
- Chuyển động dọc trục đường hàn (V2): Chuyển động dọc trục đường hàn