Điện cực hàn

2.2.5.1 Đặc tính chung của các cực và dây làm điện cực a. Đặc tính chung của các điện cực

Đa số trường hợp hàn điện nóng chảy mối hàn được hình thành do kim loại điện cực và một phần kim loại cơ bản nóng chảy tạo nên, chỉ có hàn bằng điện cực không nóng chảy những chi tiết có chiều dầy nhỏ, liên kết không vát mép mối hàn mới do phần kim loại cơ bản nóng chảy tạo nên mà thôi.

Điện cực (Que hàn, dây hàn...) và các vật liệu khác dùng khi hàn điện nóng chảy để nhận được mối hàn thỏa mãn những yêu cầu nhất định được gọi là vật liệu hàn.

Trong quá trình hàn vật liệu hàn thực hiện một số chức năng sau đây. 1. Gây và duy trì hồ quang cháy ổn định.

2. Bổ sung kim loại cho mối hàn.

3. Bảo vệ kim loại nóng chảy không tác dụng với ôxy, nitơ kim loại của môi trường xung quanh.

4. Hợp kim hóa mối hàn để nâng cao cơ tính.

5. Tinh luyện mối hàn khử và các tạp chất có hại như: Phốt pho, lưu huỳnh, các ôxít kim loại và các khí ( nitơ, ôxy, hyđrô...) tránh các khuyết tật như lỗ khí, lẫn xỉ, nứt... Ngoài những chức năng ở trên ra, vật liệu hàn nói chung và các điện cực (nhất là các điện cực nóng chảy) nói riêng cần phải thỏa mãn 1 số yêu cầu cơ bản sau đây:

+ Bảo đảm hình dáng, kích thước hình học và tính chất của mối hàn ở mọi vị trí không gian.

+ Có tính công nghệ tốt, nghĩa là dễ gây hồ quang.

+Có tính kinh tế cao, tức là bảo đảm năng suất hàn cao được đặc trưng bằng hệ số đắp lớn, giá thành thấp.

+ Không gây ra độc hại trong khi chế tạo cũng như trong quá trình hàn.

b. Dây làm điện cực:

Dây hàn được chế tạo bằng phương pháp cán nóng hay kéo sợi sau đó đem cán nóng. Đối với hàn tự động và bán tự động dây hàn được dùng ở dạng

40

cuộn, còn đối với hàn hồ quang tay, hàn khí nó được cắt ra thành từng đoạn có chiều dài xác định 300500(mm).

2.2.5.2 Phân loại que hàn

Tác dụng: - Mồi hồ quang.

- Bổ xung kim loại mối hàn. Cấu tạo:

- Lõi thép (kim loại) ở trong là những đoạn dây kim loại có chiều dài khoảng từ 250 

450(mm) và đường kính (1  12)mm

- Lớp thuốc bọc là hỗn hợp các hóa chất, các ferô hợp kim và chất kết dính.

Hiện nay có rất nhiều loại, tùy theo vật liệu lõi que mà ta có que hàn thép, que hàn gang, que hàn đồng...cụ thể ta có thể phân loại như sau

a. Phân loại theo công dụng.

- Que hàn để hàn các thép các bon thấp và thép hợp kim thấp. Nhóm này thường được dùng các loại lõi dây CB- 08; CB- 08A; CB-10A để chế tạo các loại que hàn như: 34; 42; 46, hoặc N45; N46 của Việt Nam.

- Que hàn để hàn thép các bon thấp và thép các bon cao, thép hợp kim : Loại này thường dùng các loại dây CB- 08C; CB-18X CA... để chế tạo các loại que hàn như: 60;  85F...

- Que hàn để hàn các loại thép hợp kim cao thép không gỉ. Loại này thường dùng cho các loại lõi thép hợp kim cao như: SB - 2X25T; CB - 40 X19H9...

- Ngoài ra còn có loại que hàn chuyên dùng để hàn đắp, que hàn gang, que hàn kim loại mầu…

Tóm lại: Căn cứ vào tính chất vật liệu hàn và yêu cầu kỹ thuật của mối hàn để lựa chọn que hàn cho thích hợp. Do vậy tính chất của mối hàn khi sử dụng các que hàn khác nhau thì khác nhau.

b. Phân loại theo thành phần hoá học

Căn cứ vào tính chất của lớp thuốc bọc que hàn chia thành: que hàn tính axít, bazơ.

- Que hàn có tính bazơ: Là loại có thể hài hòa ở mọi vị trí, mối hàn ít bị nứt, thường dùng hàn các kết cấu đòi hỏi có tính an toàn cao, có chiều dầy lớn có độ cứng vững cao. Thuốc bọc là đá hoa, huỳnh thạnh, hợp kim sắt để làm

41

chất khử O2 và chất hợp kim. Khi hàn đá hoa phân giải ra khí cácboníc (CO2) để làm thể khí bảo vệ. Tuy nhiên khi sử dụng loại que hàn này yêu cầu người thợ hàn phải có kinh nghiệm và có tay nghề cao vì hồ quang hàn rất ngắn.

- Que hàn có tính a xít: Thành phần thuốc bọc là ôxít sắt, ôxít mangan, ôxít titan và chất khi hàn dễ thải ô xy. Chất hữu cơ trong thuốc bọc là chất tạo khí, khi hàn sinh ra loại khí thể bảo vệ.

- Que hàn loại "Rutin" là loại que hàn thường gặp cho phép tạo được những mối hàn đẹp ở mọi vị trí, xỉ dễ làm sạch.

c. Phân loại theo cường độ chống kéo của que hàn:

/Căn cứ vào cường độ chống kéo của que hàn để phân loại: 42; 46; 50; 55... + : chỉ que hàn hồ quang.

+ Các con số đằng sau chỉ cường độ chống kéo của kim loại que hàn (kG/mm2) hoặc N/mm2.

Ví dụ: 42 biểu thị que hàn có cường độ chống kéo là 420(N/mm2), 42(kG/mm2).

2.2.5.3 Thuốc bọc que hàn - dây điện cực a. Thuốc bọc que hàn

Khoảng 100 loại nguyên liệu dạng bột được sử dụng làm thuốc bọc gồm các ôxít cácbonat, silicat, hợp chất hữu cơ, floric và hợp kim sắt, hỗn hợp trợ dung... Thuốc bọc que hàn có các tác dụng sau:

- Phải có tính ổn định và ion hóa tốt để đảm bảo cho hồ quang cháy ổn định trong quá trình hàn. Que hàn trần tuy vẫn có khả năng duy trì cho hồ quang đốt cháy được nhưng không ổn định đối với dòng 1 chiều. Với dòng xoay chiều thì que hàn trần không mồi được hồ quang. Que hàn có lớp thuốc bọc hồ quang hoàn toàn cháy ổn định ở mọi dòng điện.

- Bảo vệ cho mối hàn không tác dụng với ôxy và nitơ của môi trường xung quanh. Khi hàn thuốc bọc sinh ra một loại thể khí, phủ lên hồ quang để bảo vệ vật liệu nóng chảy cách ly với không khí. Sau khi cháy thuốc bọc tạo thành lớp xỉ phủ lên trên bề mặt mối hàn để bảo vệ cho kim loại mối hàn tránh ôxy hóa, nitơ hóa và sự xâm nhập của các tạp chất khác. Đồng thời làm cho kim loại mối hàn nguội dần thúc đẩy thể khí thoát ra, tránh bị lỗ hơi.

- Có khả năng khử ôxy trong quá trình hàn. Thuốc bọc sinh ra thể khí để không cho không khí tiếp xúc với kim loại nóng chảy, nhưng không đạt được mức tuyệt đối mà vẫn còn một số ít không khí xâm nhập vào vùng kim loại nóng chảy, làm cho kim loại nóng chảy bị ôxy hóa dẫn đến chất lượng mối hàn giảm

42

xuống. Cho nên trong thuốc bọc phải có chất hoàn nguyên (như Mn, Si) để đuổi ôxy trong ôxít kim loại ra mới đảm bảo được chất lượng mối hàn.

- Có khả năng hợp kim hóa mối hàn để nâng cao cơ tính của mối hàn.

Khi hàn, do nhiệt độ cao của hồ quang một số nguyên tố hợp kim trong kim loại vật hàn và lõi thép que hàn bị cháy, làm cho cơ tính của kim loại mối hàn giảm xuống. Để khắc phục người ta cho một ít nguyên tố hợp kim vào thuốc bọc que hàn. Khi nóng chảy các nguyên tố hợp kim này theo vào kim loại mối hàn làm cơ tính của nó tăng, có khi còn cao hơn cả cơ tính vật hàn.

- Làm cho quá trình hàn dễ tiến hành và nâng cao hiệu suất công tác.

Tốc độ nóng chảy của lớp thuốc bọc chậm hơn lõi que hàn, ở đầu que hàn hình thành ống dạng phễu lõm vào trong, làm cho kim loại nóng chảy rất dễ chảy vào vũng hàn, thuận tiện cho hàn trần, đứng. Mặt khác nhiệt lượng tập trung kim loại bắn ra ngoài bị giảm bớt, độ sâu nóng chảy cao, hiệu suất lao động cao.

- Bảo đảm độ bám chắc của thuốc lên lõi que hàn nhưng không gây ra các khí độc hại khi hàn.

Tóm lại: Tính công nghệ, tính hàn, hiệu suất của quá trình hàn được nâng cao hơn khi sử dụng thuốc bọc. Như khi hàn thép có độ bền tính cao, thép hợp kim thấp, thép không gỉ, hàn đắp bề mặt, hàn gang và hàn hợp kim thấp thì lại cần chú ý đến tính hàn để tránh vết nứt có nghĩa sau khi hàn phải đạt thành phần hóa học và tính chất cơ học hơn là tính công nghê.

b. Một số kiểu que hàn có thuốc bọc

* Kiểu Imenite (D4301)

Kiểu que hàn này được chế tạo với 1/3 khối lượng chất phụ gia là quặng Imenite (của nhật).

- Hồ quang mạnh dẫn đến độ ngấu cao. - Hàn ở mọt tư thế.

- Mối hàn đẹp, chống nứt cao, tính công nghệ, tính hàn và hiệu suất tốt. - Hàn mọi chiều dầy, mỏng, ít tạo khói.

* Kiểu vôi-ti tan (D4303).

Thuốc bọc chính ôxít titan (quặng nhẹ) và đá vôi. - Tính công nghệ cao hơn loại ilmenite.

- Tính khử xỉ tốt khi hàn những khe hẹp - Kim loại kết tinh độ sít chặt cao. - Độ xuyên thấu tia X hơi thấp.

43

* kiểu Xellulose cao (D4311).

- Lớp thuốc bọc mỏng với chất phụ gia chứa 2030 % hợp chất hữu cơ. - Hay bị bắn tóe dẫn đến mối hàn không đẹp nên ít dùng, nhưng tạo xỉ tốt khi hàn đứng (hàn leo hoặc hàn rơi) đề có thể thực hiện dễ dàng và thường dùng khi hàn bằng dòng điện một chiều để hàn các đường ống.

* Kiểu ô xít ti tan (D4313)

Chất phụ gia chứa 30-40% ôxít Titan tạo hồ quang ổn định ít bắn tóe tính công nghệ tốt, độ ngấu mối hàn thấp, mối hàn có bề mặt đẹp thích hợp hàn thép tấm mỏng. Tính dẻo thấp nên không dùng để hàn các cấu trúc chịu lực lớn và các tấm dầy.

* Kiểu bột sắt - O xít titan (D4324)

Chứa 50% bột sắt trong hỗn hợp thuốc bọc gần giống (D4313) nhưng có tốc độ mối hàn cao hơn, bề mặt mối hàn tốt. Chỉ thích hợp khi hàn bằng, hàn ngang.

c. Lõi thép que hàn: (dây hàn)

Dây thép dùng làm que hàn hay được dùng như là kim loại phụ, gọi chung là dây thép hàn.

Dây thép hàn thường có đường kính: 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,6; ....12mm

Theo thành phần hóa học dây thép hàn được chia ra 3 nhóm chính:

- Nhóm cácbon (5 mã hiệu): CB0,8; CB0,8A; CB0,8A; CB10A; CB102C; CB12C; CB10x2A; CB10 2A... Có hàm lượng C  0,12%, dùng để hàn thép các bon thấp và trung bình.

- Nhóm hợp kim (23 mã hiệu): CB0,8C; CB12 C; CB10x2C ...Dùng để hàn thép kết cấu, thép hợp kim thấp, thép chịu nhiệt.

- Thép hợp kim cao: (28 mã hiệu) CB1013; CB0,219H9....Dùng để hàn thép crôm và thép crôm ni ken, thép không gỉ.

Giải thích ký hiệu: + CB: Dây thép.

+ Hai số tiếp theo chỉ hàm lượng % C trong thép.

+ Các số và chữ cái chỉ hàm lượng các nguyên tố hợp kim: W (Vônfram), Mn (mangan), Mo(molitđen), He(hê li), Si(silic),Va(vanađi)...

+ Không có con số nghĩa là  0,1%

44 * Tác dụng và ảnh hưởng các nguyên tố.

- Các bon:

Nếu cácbon nhiều quá thao tác không chính xác, vật liệu nóng chảy bị nguội tương đối nhanh làm cho thể khí sinh ra khó thoát ra dễ tạo thành lỗ hơi, rỗ khí, làm cho điểm nóng chảy của lõi que hàn hạ xuống, tính lưu động và điện trở suất tăng lên, tính dẻo giảm, tính giòn tăng. Các bon chứa trong lõi thép  0,18%

Tác dụng của cácbon là chất khử ôxy rất tốt, ở nhiệt độ cao sinh ra khí (CO, CO2), nó không hòa tan trong kim loại lại đẩy ôxy, nitơ và tạo luồng hơi đẩy kim loại nóng chảy từ que hàn vào bể hàn.

- Man gan:

Là chất khử ôxy tốt, khi kết hợp với lưu huỳnh tạo thành Sunfát mangan (MnS) để giảm nứt nóng và là chất tăng cường cơ tính của mối hàn, hàn lượng Mangan từ (0,4  0,6%)

- Si lic:

Chất khử ôxy tốt mạnh hơn Mn nhưng có nhược điểm: Là ô xít si lic ( SiO2) có điểm nóng chảy cao làm cho xỉ hàn đặc dễ lẫn vào kim loại mối hàn. Khi vùng nóng chảy đông đặc cácbon bị ôxy hóa và rất khó thoát ra được làm cho mối hàn bị rỗ khí. Nếu xỉ nhiều quá làm kim loại nóng chảy bắn tóe ra cho nên hàm lượng Silic được khống chế  0,03%.

- Crôm:

Là tạp chất vì sau khi bị ôxy hoá thành ôxít Crôm (Cr2O3) khó cháy tăng lượng xỉ hàn, nên hàm lượng Crôm hạn chế  0,30%

- Ni ken:

Là tạp chất nhưng không làm ảnh hưởng lớn tới mối hàn, hàm lượng Niken thường  0,30%

- Lưu huỳnh, phốt pho:

Là tạp chất có hại, lưu huỳnh kết hợp với sắt tạo thành Sunfát sắt (FeS) làm cho mối hàn bị nứt ở nhiệt độ cao. Phôtpho kết hợp với sắt sẽ thành phốtpho sắt (Fe2P) và (Fe3P) làm tăng tính lưu động của kim loại ở nhiệt độ bình thường biến giòn (giòn nguội). Hàm lượng phốtpho và lưu huỳnh thường khống chế 

0,04%, vật hàn quan trọng  0,03%.

2.2.5.4 Quy cách nhãn hiệu và tính năng các que hàn thường dùng. a. Quy cách que hàn

45

Chiều dài que hàn thường phụ thuộc vào đường kính que, thành phần và thuốc bọc. Nếu giảm đường kính tăng chiều dài que thì que hàn bị nung nóng lâu, khi làm việc que hàn nóng chảy nhanh gây ra hiện tượng bắn toé, mối hàn không tốt. Nếu tăng đường kính giảm chiều dài thì đầu thừa không hàn lớn, dẫn đến lãng phí kim loại cho nên nó có một chiều dài và đường kính thích hợp: chiều dài của que hàn từ 250 450mm, đường kính 1 12mm (thường dung từ 1 6mm).

b. Nhãn hiệu và tính năng que hàn thường dùng *Tiêu chuẩn và ký hiệu que hàn theo ISO

VD: E513B -160 - 2- 0 - H Giải thích:

* E Chỉ que hàn

* 513 chỉ tính chất cơ học

Ký hiệu Độ bền kéo (N/mm2) Độ dãn dài (%) E430 430510 - E431 430510 20 E432 430510 24 E435 430510 24 E510 510610 - E511 510610 - (Sai số trung bình  40N/mm2). Đặc điểm của lớp thuốc bọc (bắt buộc). A = Axít.

AR = Axít (Rutin) B = Bazơ

C = xenlulô

R = Rutin vỏ bọc trung bình RR = Rutin vỏ bọc dầy S = Các lớp vỏ bọc khác.

* 160% phần trăm kim loại thu hồi không nhỏ hơn 110% * 2 Vị trí mối hàn :

46 1.Tất cả các vị trí .

2.Tất cả các vị trí trừ hàn đứng từ trên xuống (hàn rơi). 3. Mối hàn ngang.

4. Mối hàn giáp mối và gá phẳng .

5. Mối hàn ngang và cho cả mối hàn từ trên xuống . * 0 Kiểu nối cực: (Ký hiệu cho các que hàn một chiều ). * H Lương hiđrô hoà tan trong kim loại

* Ký hiệu que hàn theo tiêu chuẩn AWS

- Que hàn thuốc bọc hàn thép C

+ Quy định về vị trí hàn: 1 - Hàn tất cả mọi vị trí 2 - Hàn bằng và hàn ngang

3 - Hàn bằng, hàn ngang, hàn trần và hàn đứng từ trên xuống. + Quy định về lớp thuốc bọc que hàn:

Số Loại thuốc bọc Loại dòng điện chỉ dẫn

10 Natri, Xellulo DCEP

11 Kali, Xellulo AC hoặc DCEP

12 Natri, Titan AC hoặc DCEN

13 Kali, Titan AC hoặc DCEP hoặc DCEN

14 Bột sắt và Titan AC hoặc DCEP hoặc DCEN

15 Natri, Hyđrô thấp DCEP

16 Kali, Hyđrô thấp AC hoặc DCEP

18 Kali, Hyđrô thấp, bột sắt AC hoặc DCEP

19 Ylmenite AC hoặc DCEP hoặc DCEN

24 Bột sắt, Titan AC hoặc DCEP hoặc DCEN

27 Ô xít sắt, bột sắt AC hoặc DCEN

28 Kali, Hyđrô thấp, bột sắt AC hoặc DCEP 48 Kali, Hyđrô thấp, bột sắt AC hoặc DCEP

47

Ghi chú: AC = Dòng điện xoay chiều

DCEN = Dòng điện một chiều đấu thuận DCEP = Dòng điện một chiều đấu nghịch Phân loại

(AWS ) Giới hàn bền kéo (min) Giới hạn chảy ( min)

Độ dãn dài L= 4d (%) Que hàn E60

Ksi MPa Ksi MPa

E6010 62 430 50 340 22 E6011 62 430 50 340 22 E6012 67 460 55 380 17 E6013 67 460 55 380 17 E6020 62 430 50 340 22 E6022 67 460 Không chỉ định E6027 62 430 50 340 22 Que hàn E70 E7014 72 500 60 420 17 E7015 22 E7016 22 E7018 22 E7024 17 E7027 22 E7028 22 E7048 22

- Que hàn thuốc bọc hàn thép hợp kim thấp: