2. Hàn hồ quang bằng điện cực khụng núng chảy trong mụi trường khớ bảo vệ (TIG) 1 Th ực chất đặc điểm và phạm vi ứng dụng
2.2.Vật liệu hàn (TIG)
2.2.1. Điện cực và que hàn bự
2.2.1.1. Điện cực
Tungsten (Wolfram) được dựng làm điện cực do tớnh chịu nhiệt lớn, nhiệt độ núng chảy cao ( 34100C) phỏt xạ điện tử tương đối tốt, làm ion húa hồ quang và duy trỡ tớnh ổn định hồ quang, cú tớnh oxy húa rất cao.
a. Phõn loại
- Tungsten nguyờn chất (EWP) chứa 99,5% tungsten nguyờn chất, giỏ rẻ song cú
mật độ dũng cho phộp thấp, khả năng chống nhiễm bẩn thấp, dựng khi hàn với dũng xoay chiều (AC) ỏp dụng khi hàn nhụm hoặc hợp kim nhẹ
- Tungsten thorium (EWTh): cú khảnăng bức xạelectron cao do đú dũng hàn cho phộp cao hơn và tuổi thọ được nõng cao đỏng kể. Khi dựng điện cực này hồ quang dễ mồi và chỏy ổn định, tớnh năng chống nhiễm bẩn tốt, dựng với dũng một chiều ỏp dụng khi hàn thộp hoặc inox.
- Tungsten zirconium (EWZr) cú đặc tớnh hồ quang và mật độ dũng hàn định mức trung gian giữa tungsten pure và tungsten thorium, thớch hợp với nguồn hàn AC khi hàn Al.
- Tungsten cerium (EWCe): nú khụng cú tớnh phúng xạ, hồ quang dễ mồi và ổn định, cú tuổi bền cao hơn, dựng tốt với dũng DC hoặc AC
- Tungsten Lathanum (EWLa) cú tớnh năng tương tự tungsten cerium. Cỏc điện cực tungsten thường được cung cấp với đường kớnh 0.25 - 6.35 mm, dài từ 70 - 610 mm, cú bề mặt đó được làm sạch hoặc được mài.
Bảng 3. Phõn loại và thành phần điện cực Tungsten theo tiờu chuẩn AWS A5.12
Tiờu chuẩn AWS W(min) % CeO2 % La2O3 % ThO2 % ZrO2 % Tạp chất (max) %
98 EWP 99.5 - - - - 0.5 EWCe-2 97.3 1.8 - 2.2 - - - 0.5 EWLa-1 98.3 - 0.8 - 1.2 - - 0.5 EWLa-1.5 97.8 - 1.3 - 1.7 - - 0.5 EWLa-2 97.3 - 1.8 - 2.2 - - 0.5 EWTh-1 98.3 - - 0.8 - 1.2 - 0.5 EWTh-2 97.3 - - 1.7 - 2.2 - 0.5 EWZr-1 99.1 - - - 0.15 - 0.4 0.5
Bảng 4. Bảng mó màu điện cực tungsten
EWP Xanh lỏ cõy (green)
EWCe-2 Da cam (Orange)
EWLa-1 Đen (Black)
EWLa-1.5 Vàng (gold)
EWLa-2 Xanh lam (Blue)
EWTh-1 Vàng (Yellow)
EWTh-2 Đỏ (Red)
EWZr-1 Nõu (Brown)
Bảng 5. Chọn dũng điện ứng với kớch thước điện cực Đường kớnh điện cực Đường kớnh mỏ phun
Cường độdũng điện phun
DCEN DCEP Xung khụng đối xứng Xung đối xứng EWP EWCe-2 EWLa-1 EWTh-2 EWP EWCe-2 EWLa-1 EWTh-2 EWP EWCe-2 EWLa-1 EWTh-2 EWTh-1 EWZr-1 EWP EWCe-2 EWLa-1 EWTh-2 EWTh-1 EWZr-1
99 0.25 6.4 Đến 15 (2) Đến 15 Đến 15 Đến 15 Đến 15 0.5 6.4 5 - 20 (2) 5 – 15 5 - 20 10 – 20 5 - 20 1 9.5 15 – 80 (2) 10 – 60 15 – 80 20 – 30 20- 60 1.6 9.5 70 – 150 10 – 20 50 – 100 70 – 150 30 – 80 60 – 120 2.4 12.7 150 – 250 5 – 30 100 – 160 140 - 235 60 – 130 100 – 180 3.2 12.7 250 - 400 25 – 40 150 – 210 225 – 325 100 – 180 160 – 250 4 12.7 400 – 500 45 - 55 200 – 275 300 – 400 160- 240 200 – 320 4.8 16.9 500 – 750 55 – 80 250 – 350 400 – 500 190 – 300 290 – 390 6.4 19 750 - 1000 80 - 125 325 - 450 500 - 630 250 - 400 340 - 525
b. Một số yờu cầu khi sử dụng điện cực W
- Cần chọn dũng điện thớch hợp với kớch cỡ điện cực được sử dụng. Dũng điện quỏ cao sẽ làm hỏng đầu điện cực, dũng quỏ thấp sẽ gõy ra sự ăn mũn, nhiệt độ thấp và hồ quang khụng ổn định
- Đầu điện cực phải được mài hợp lý theo cỏc hướng dẫn kốm theo điện cực - Điện cực phải sử dụng và bảo quản cẩn thận trỏnh nhiễm bẩn
- Dũng khớ bảo vệ phải được duy trỡ khụng chỉ trước và trong khi hàn mà cả sau khi ngắt hồ quang cho đến khi điện cực nguội
- Phần nhụ điện cực ở phớa ngoài mỏ hàn phải được giữ ở mức ngắn nhất, tựy theo ứng dụng và thiết bịđểđảm bảo được bảo vệ tốt bằng dũng khớ trơ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Cần trỏnh sự nhiễm bẩn điện cực, sự tiếp xỳc giữa điện cực núng với kim loại mối hàn
- Thiết bị đặc biệt là chụp khớ phải được bảo vệ và làm sạch. Đầu chụp khớ bẩn sẽảnh hưởng tới khớ bảo vệ, ảnh hưởng tới hồ quang hàn.
2.2.1.2. Que hàn bự (Que hàn phụ)
Que hàn phụ cú cỏc kớch thước tiờu chuẩn theo ISO/R564 như sau: chiều dài từ 500mm - 1000mm với đường kớnh 1,2 ; 1,6 ; 2 ; 2,4 ; 3,2mm. Cú cỏc loại: đồng và hợp kim
100
đồng, thộp khụng gỉ Cr cao và Cr - Ni, nhụm và hợp kim nhụm, thộp cacbon thấp, thộp hợp kim thấp…
2.2.2. Khớ bảo vệ
Bất kỡ loại khớ trơ nào cũng cú tỏc dụng bảo vệ khi hàn TIG, song Argon (Ar) và Heli (He) được ưa chuộng hơn cả vỡ giỏ thành tương đối thấp, trữ lượng dồi dào.
a. Khớ Argon (Ar): là khớ khụng màu, khụng mựi, khụng vị và khụng độc. Nú khụng hỡnh thành hợp chất húa học với bất cứ vật chất nào khỏc ở mọi nhiệt độ hoặc ỏp suất. Ar được trớch từ khớ quyển bằng phương phỏp húa lỏng khụng khớ và tinh chếđến độ tinh khiết 99,9% cú tỷ trọng với khụng khớ là 1,33. Ar được cung cấp trong cỏc bỡnh ỏp suất cao hoặc ở dạng khớ húa lỏng với nhiệt độ - 1840C trong cỏc bồn chứa. Trong cụng nghiệp hiện nay sản xuất ba loại Ar cú độ tinh khiết khỏc nhau:
Loại A : Dựng để hàn kim loại cú hoạt tớnh hoỏ học mạnh như : Titan, Zircon, Niobi và hợp kim của chỳng.
Loại B : Dựng để hàn kim loại nhụm, magiờ và hợp kim của chỳng. Loại C : Dựng để hàn thộp khụng gỉ, thộp đặc biệt
b. Khớ Heli (He): là loại khớ trơ khụng màu, mựi, vị. Tỷ trọng so với khụng khớ là 0,13 được khai thỏc từ khớ thiờn nhiờn cú nhiệt độ húa lỏng rất thấp -2720C, thường chứa trong cỏc bỡnh ỏp suất cao.
Bảng 1. So sỏnh hai loại khớ Ar và He
Ar Heli
Dễ mồi hồquang do năng lượng ion thấp Nhiệt độ hồ quang thấp hơn
Bảo vệ tốt hơn do nặng hơn Lưu lượng cần thiết thấp hơn
Điện ỏp hồ quang thấp hơn nờn năng lượng hàn thấp hơn
Giỏ thành rẻ hơn
Chiều dài hồ quang ngắn, mối hàn hẹp
Khú mồi hồ quang do năng lượng ion húa cao Nhiệt độ hồ quang cao hơn
101 Cú thể hàn chi tiết mỏng
Lưu lượng sử dụng cao hơn
Điện ỏp hồ quang cao hơn nờn năng lượng hàn lớn hơn
Giỏ thành đắt hơn
Chiều dài hồ quang dài, mối hàn rộng Thường dựng hàn chi tiết dày, dẫn điện tốt
Sự pha trộn hai khớ Ar và He cú ý nghĩa thực tiễn lớn, nú cho phộp kiểm soỏt chặt chẽ năng lượng hàn cũng như hỡnh dạng của tiết diện mối hàn. Khi hàn chi tiết dày hoặc tản nhiệt nhanh, sự trộn Ar và He cải thiện đỏng kể quỏ trỡnh hàn.
c. Hỗn hợp Ar - H2: việc bổ sung H2 vào Ar làm tăng điện ỏp hồ quang và cỏc ưu điểm tương tự He. Hỗn hợp với 5%H2 đụi khi làm tăng độ làm sạch của mối hàn bằng tay. Hỗn hợp với 15% được sử dụng để hàn cơ khớ húa tốc độ cao cho cỏc mối hàn giỏp mối với thộp khụng gỉ dày đến 1,6mm. Ngoài ra cũn được dựng để hàn cỏc thựng bia bằng thộp khụng gỉ với mọi chiều dày, với khe hở đỏy của đường hàn từ 0.25 - 0.5mm, khụng nờn dựng nhiều H2 do cú thể gõy rỗ xốp ở mối hàn. Việc sử dụng hỗn hợp này chỉ hạn chế cho cỏc hợp kim Ni, Ni - Cu, thộp khụng gỉ.
* Lựa chọn khớ bảo vệ:
Hồ quang và kim loại núng chảy sẽ được bảo vệ trong cỏc khớ trơ như Ar hoặc He hoặc trong hỗn hợp cả hai khớ. Ar được sử dụng rộng rói hơn do: nú là loại khớ rẻ tiền, dễ điều chế và Ar nặng hơn He do đú nú cú khả năng bảo vệ tốt ngay cả khi lưu lượng phun khớ thấp. Khi trộn thờm He vào Ar, hỗn hợp này làm tăng nhiệt lượng hồ quang, mặc dự dũng điện và chiều dài hồ quang là như nhau. Vỡ lý do này nờn hỗn hợp hai khớ thường được sử dụng để hàn những vật dày với ngoại lệ là khi hàn trờn cỏc vật cực mỏng thỡ phải sử dụng khớ Ar. Ar cung cấp hồ quang ờm hơn He thờm vào đú chi phớ đơn vị thấp hơn và những yờu cầu vềlưu lượng thấp của Ar đó làm cho Ar được sử dụng nhiều từ quan điểm kinh tế.
Bảng 2. Lựa chọn khớ bảo vệ phụ thuộc vào vật liệu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vật liệu Khớ bảo vệ Khớ bảo vệ chõn
Thộp hợp kim và hợp kim thấp Argon 100% Argon 100% N2 90% + H2 10%
102
Thộp Autenit CrNi Argon 100%
Ar 98% + H2 2% Ar 95% + H2 5%
Argon 100% N2 90% + H2 10% Ar 90% + H2 10% Thộp hợp kim cao bền nhiệt, axit, thộp
hợp kim cao và dai lạnh.
Argon 100% Argon 100%
N2 90% + H210% Ar 90% + H2 10% Nhụm và hợp kim Nhụm,Đồng và hợp
kim Đồng, Niken và hợp kim Niken.
Argon 100% Ar 75% + He 25% Ar 50% + He 50% Ar 25% + He 75% Helium 100% Argon 100% Vật liệu nhạy cảm khớ như Titan, tantal ... Argon 100% Argon 100% 2.3. Thiết bị hàn TIG 2.3.1. Cấu tạo và nguyờn lý hoạt động 2.3.1.1. Cấu tạo Hỡnh 2.1. Thiết bị hàn TIG
103
Hỡnh 2.2. Thiết bị hàn TIG làm mỏt bằng nước
a. Mỏ hàn: Mỏ hàn cú ba nhiệm vụ chớnh: - Kẹp giữ điện cực
- Cung cấp khớ bảo vệ vào làm nguội điện cực - Bảo đảm dũng điện hàn liờn tục và ổn định
Hỡnh 2.3. Cấu tạo mỏ hàn
Hàn TIG sinh nhiệt lớn, dõy dẫn thường cú đường kớnh nhỏ chịu được mật độ dũng thấp do vậy phải làm nguội dõy dẫn khi hàn với dũng cao và chu kỳ hàn lớn. Thụng thường cú thể cỏc mỏ hàn khụ được thiết kế sao cho lưu lượng khớ đi bao quanh dõy dẫn điện để vừa làm nguội dõy vừa nung núng khớ. Khi hàn với dũng lớn hơn từ ất thiết phải dựng mỏ hàn giải nhiệt bằng nước.
Bảng 6. Đặc tớnh kỹ thuật của mỏ hàn
Loại Kiểu làm mỏt
Dũng điện định (A)mức Đường kớnh
điện cực (mm) Chiều dài điện cực (mm)
Chiều dài ống dẫn (m) AC, chu kỳ tải DC, chu kỳ tải
60% 100% 60% 100% A Khớ 115 90 150 110 1,6/ 2,4/ 3,2 75 3 B Nước 270 195 300 225 1,6/ 2,4/3,2/ 4 150 5 C Nước 400 310 450 350 1,6/ 2,4/ 3,2/ 4/ 4,8/ 6,3 150 5 * Cỏc loại mỏ hàn Mỏ hàn làm mỏt bằng khớ
104 Mỏ hàn làm mỏt bằng nước
Mỏ hàn sử dụng ống hội tụ để giảm sự cuộn xoỏy của
dũng khớ bảo vệ
Chụp khớ cú ba loại:
- Loại bằng gốm ceramic (màu hồng hoặc nõu sỏng) - Loại bằng oxit nhụm (màu hồng)
- Loại bằng oxit silic (màu trắng)
Đường kớnh trong của chụp khớ đồng thời là chỉ số và lưu lượng khớ cần hiệu chỉnh (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 7. Chọn mỏ phun theo dũng hàn
Dũng hàn, A Đường kớnh trong của mỏ phun, mm
Thấp hơn 70A Từ 5 đến 9 mm
Từ 70A đến 150A Từ 9 đến 11mm
Từ 15A đến 200A Từ 11 đến 13mm
Từ 200A đến 250A Từ 13 đến 15mm
Từ250A đến 350A Từ 15 đến 19mm
105
Khớ trơ được đúng chai và cung cấp tới mỏ hàn thụng qua hệ thống van giảm ỏp, lưu lượng kế và ống dẫn.
- Loại dựng vật nổi: Trong hàn TIG, khớ bảo vệ ra đầu mỏ hàn khụng đo theo đơn vị đo ỏp suất mà đo theo đơn vị đo lưu lượng là "cfh" (cubic feed pẻ hour - phớt khối trờn giờ - đơn vị đo hệ Anh-Mỹ) hoặc m3/h (1cfh=28,3.10-3m3/h). Cfh được đo bằng lưu lượng kế, khi lưu lượng khớ tăng, viờn bi chỉ thị được đẩy lờn cao hơn trờn thang đo, từ đú ta biết được lưu lượng khớ qua đồng hồ là bao nhiờu cfh. Một chiếc đồng hồ khỏc được dựng để đo lượng khớ cũn lại trong chai giống như trong hàn khớ.
1. Đồng hồđo ỏp suất chai
2. Ống đo vật nổi
3. Vớt chỉnh ỏp suất
4. Van chỉnh lưu lượng
5. Đường khớ vào 6. Đường khớ ra Hỡnh 2.4. Van giảm ỏp dựng vật nổi - Loại dựng đồng hồ ỏp suất Hỡnh 2.5. Van giảm ỏp dựng đồng hồ ỏp suất c. Nguồn điện hàn
Nguồn điện cung cấp cho hàn TIG thụng qua bộ nguồn, nú cú nhiệm vụ biến đổi điện ỏp, nắn dũng, tạo xung và cỏc cơ cấu điều khiển khỏc. Nguồn điện hàn cung cấp dũng hàn một chiều hoặc xoay chiều hoặc cả hai. Tựy theo ứng dụng, nú cú thể là
1 2 2 5 4 6 3
106
biến ỏp, chỉnh lưu, mỏy phỏt hàn. Nguồn điện hàn cần cú đường đặc tớnh ngoài dốc. Đểtăng tốc độổn định hồquang, điện ỏp khụng tải khoảng 70 - 80V. Bộ phận điều khiển thường được bố trớ chung với nguồn điện hàn, bao gồm contacto ngắt dũng, bộ gõy hồ quang tần số cao, bộ điều kiển tuần hoàn nước làm mỏt (nếu cú) với hệ thống cỏnh tản nhiệt và quạt làm mỏt, bộ khống chế thành phần dũng một chiều.
- Nguồn điện xoay chiều (AC):
Thớch hợp cho hàn nhụm, magie và hợp kim của chỳng. Khi hàn, nửa chu kỳdương của điờn cực cú tỏc dụng bắn phỏ lớp màng oxit trờn bề mặt và làm sạch nú, nửa chu kỳ õm nung kim loại cơ bản. Hiện nay cú hai loại nguồn xoay chiều chớnh dựng hàn bằng điện cực khụng núng chảy trong mụi trường khớ bảo vệ.
Loại cú dũng hàn dạng súng sin, điều khiển dũng hàn bằng cảm khỏng bóo hũa. Nú cú ưu điểm là hồ quang chỏy ờm. Nhược điểm là phải thường xuyờn giỏn đoạn cụng việc khi hàn cần thay đổi cường độ dũng hàn do cú nhu cầu giảm dũng hàn xuống tối thiểu khi hàn để vũng hàn kết tinh chậm (khụng cú điều khiển từ xa). Với hàn nhụm, do cú hiện tượng tự chỉnh lưu của hồ quang đặc biệt khi hàn dũng nhỏ nờn cần dựng kốm bộ cản thành phần dũng một chiều (mắc nối tiếp bộacquy cú điện dung lớn, bộ tụđiện cú điện dung lớn) nhưng lại cú thể gõy lẫn W vào mối hàn. Vỡ khi điện cực ở cực dương để khử màng oxit nhụm, thỡ nú cú thể bị nung núng quỏ mức nếu bộ cảm khỏng bóo hũa khụng được thiết kế thớch hợp để hạn chế biờn độ tối đa dũng hàn xoay chiều, làm nú bị xúi mũn thành cỏc vụn nhỏ dịch chuyển vào vũng hàn. Phải sử dụng bộ cao tần (cụng suất nhỏ 250 - 300W, điện ỏp 2 - 3kV, tần số 250
- 1000kHz đảm bảo dũng điện này chỉ cú tỏc dụng trờn bề mặt, an toàn với thợ hàn) để gõy hồ quang khụng tiếp xỳc (khoảng 3mm) và tạo ổn định hồ quang trong suốt quỏ trỡnh hàn.
Hỡnh 2.6. Dũng hàn dạng súng sin Hỡnh 2.7. Dũng hàn dạng súng vuụng
Loại cú dũng hàn dạng súng vuụng cho phộp giảm biờn độ tối đa của dũng hàn so với dạng súng sin (khoảng 30%) cú cựng cụng suất nhiệt. Do đú ớt cú khảnăng lẫn W vào mối hàn. Một số mỏy hàn cũn cho phộp điều chỉnh được thời gian tỏc động của từng bỏn chu kỳ của dạng súng vuụng, do đú cú thể làm sạch oxit nhụm hoặc đạt tới chiều sõu chảy như mong muốn. Một lợi thế nữa là nú cú thể duy trỡ được hồ quang mà khụng cần tiếp tục sử dụng bộổn định hồ quang tần số cao vỡ tần sốđổi chiều của dũng điện hàn là cao hơn nhiều so với dũng hàn dạng súng sin.
107 - Nguồn điện một chiều (DC)
Khụng gõy lẫn W vào mối hàn hay hiện tượng tự nắn dũng (như khi hàn nhụm