Tuy vậy, việc tiến hành tạo hồ quang để hỡnh thành bể xỉ, quỏ trỡnh truyền nhiệt, quỏ trỡnh núng chảy và hỡnh thành mối hàn là rất phức tạp, phụ
thuộc rất nhiều vào chế độ hàn như: cường độ dũng điện hàn, điệp ỏp hàn, thời gian hàn và ỏp lực ộp đối đầu cốt thộp,…
Cỏc thụng số cụng nghệ hàn điện xỉ - ỏp lực này hiện chưa được nghiờn cứu chuyờn sõu, đú là thụng số dũng điện hàn, thời gian hàn được chọn trong miền cỏc giỏ trị phự hợp đối với mỗi loại đường kớnh danh nghĩa cốt thộp hàn (dd.n), đặc biệt chưa nghiờn cứu về ảnh hưởng của ỏp lực hàn đến chất lượng mối hàn.
Hỡnh 1.14. Hàn điện - xỉ ỏp lực thử nghiệm tại cụng trường xõy dựng Ngoài ra, chưa làm chủ được cụng nghệ và thiết bị chuyờn dụng, đặc biệt là chưa cú tiờu chuẩn quốc gia về lĩnh vực này, cũn chất lượng mối hàn thử nghiệm đối với cỏc loại đường kớnh cốt thộp khỏc nhau cũn chưa được ổn định.
Tại Trường đại học Bỏch khoa Hà Nội, năm 2016 cú Luận văn thạc sỹ kỹ thuật nghiờn cứu về quy trỡnh cụng nghệ hàn điện xỉ ỏp lực, cỏc mối liờn hệ giữa
dũng điện, thời gian tạo bể xỉ và thời gian điện xỉ tới hỡnh dỏng mối hàn. Tuy nhiờn, cỏc kết quả vẫn chưa được kiểm chứng trong thực tế, chưa xột đến thụng số cụng nghệ ỏp lực hàn, chưa xỏc định được sự ảnh hưởng của cỏc thụng số cụng nghệ hàn đến độ bền mối hàn.
Chớnh vỡ những lý do trờn, mà việc nghiờn cứu tỡm ra giải phỏp xỏc định được chế độ hàn tối ưu và hoàn thiện cụng nghệ hàn điện xỉ - ỏp lực phự hợp với tranh thiết bị hiện cú tại Việt Nam, để khắc phục cỏc nhược điểm đang tồn tại, từng bước ứng dụng hiệu quả vào cỏc cụng trỡnh xõy dựng ở nước ta là vấn đề rất cấp thiết và cú ý nghĩa khoa học, thực tiễn cao.
1.2.2.2. Nước ngoài
Từ trước những năm 1900, việc hàn nối cỏc tấm thộp dầy được tiến hành bằng cỏch tạo bể kim loại lỏng giữa khe hở hai tấm thộp. Thành bể được tạo bởi cỏc tấm graphite, đồng hoặc gốm. Điện cực graphite sẽ tạo hồ quang làm chảy cỏc cạnh trong của tấm thộp và kim loại bự để tạo ra bể kim loại lỏng, sau khi nguội sẽ tạo thành mối hàn.
Hỡnh 1.15. Hàn điện xỉ nối thộp tấm
Năm 1950, cỏc nhà khoa học Liờn Xụ ở Viện hàn Paton, Kiev đó nghiờn cứu thành cụng thiết bị hàn điện xỉ để hàn nối một đường theo phương thẳng đứng cỏc tấm thộp dầy. Với phương phỏp này, trờn bề mặt bể hàn sẽ được bao phủ bởi một lớp xỉ lỏng. Lớp xỉ lỏng sẽ làm núng chảy mộp cỏc tấm thộp và dõy hàn được cấp từ bờn ngoài vào. Phương phỏp hàn điện xỉ cú thể ỏp dụng để hàn đường cỏc tấm thộp cú độ dầy từ 13-500mm [26].
Tới đầu những năm 2000, việc ứng dụng cụng nghệ hàn điện xỉ đó bắt đầu được ứng dụng tại Trung Quốc để hàn nối cốt thộp tại hiện trường cỏc tũa nhà cao tầng yờu cầu cao về chất lượng.
Hỡnh 1.16. Hàn nối cốt thộp tại cụng trường xõy dựng Trung Quốc
Trung Quốc đó sản xuất cỏc thiết bị và đồ gỏ điều khiển bằng tay để phục vụ cho việc ứng dụng cụng nghệ hàn điện xỉ - ỏp lực tại hiện trường. Đó đưa ra được quy trỡnh hàn cũng như dải chế độ hàn tựy thuộc vào từng loại đường kớnh cốt thộp từ 16-32mm. Việc ứng dụng phương phỏp hàn này đó được nhà nước Trung Quốc cho phộp và được quy định trong tiờu chuẩn ngành xõy dựng JGJ18- 2003, JGJ107-2003.
Hỡnh 1.17. Mỏy hàn điện xỉ ỏp lực Trung Quốc chế tạo Trung Quốc chế tạo
Hỡnh 1.18. Đồ gỏ hàn do Trung Quốc chế tạo
Tuy nhiờn, trong thực tế sản xuất, việc quản lý chất lượng mối hàn là rất khú khăn và khụng ổn định. Chất lượng mối hàn cũng cú nhiều vấn đề như khụng ngấu, ngậm xỉ, nứt rỡa mối hàn…Đặc biệt, Mối hàn cú hỡnh dỏng khụng cõn đối, hay bị chảy xệ về một bờn, kớch thước to nhỏ khụng đều, mối hàn khụng khống chế được kớch thước nờn thường to hơn rất nhiều so với yờu cầu, ảnh hưởng lớn đến hiệu quả kinh tế của mối hàn.
a) b)
c) d)
Chế độ hàn cũng chưa được nghiờn cứu chuyờn sõu để tỡm ra giỏ trị tối ưu, chưa đưa ra được thụng số về ỏp lực hàn khi hàn điện xỉ - ỏp lực. Chưa cú đồ gỏ chuyờn dụng để cài đặt được cỏc thụng số chế độ hàn mà đặc biệt là ỏp lực hàn, ỏp lực hàn khi đú phụ thuộc hoàn toàn vào sức khỏe của người cụng nhõn vận hành đồ gỏ hàn.
1.2.3. Cỏc vấn đề hạn chế, tồn tại và hướng nghiờn cứu.
Qua đỏnh giỏ hiện trạng nghiờn cứu và ứng dụng cụng nghệ hàn điện xỉ - ỏp lực trong nước và quốc tế, vẫn cũn nhiều vấn đề tồn tại ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn như sau:
- Hỡnh dỏng mối hàn chưa đồng đều, nhiều trường hợp bị lệch tõm hoặc chảy xệ. Kớch thước mối hàn thường quỏ to so với yờu cầu, lượng phỡnh ra của mối hàn lớn hơn nhiều so với tiờu chuẩn (Δd >4mm) [8]. Việc này dẫn đến lóng phớ về vật liệu, năng lượng, thời gian hàn.
Nguyờn nhõn: Thời gian hàn quỏ dài, dũng điện hàn quỏ lớn. - Mối hàn bị chảy xệ, nứt vành ngoài…
Nguyờn nhõn: Dũng hàn quỏ lớn, thời gian hàn quỏ dài. - Mối hàn khụng ngấu, bị ngậm xỉ, rỗ khớ
Nguyờn nhõn: Dũng hàn thấp, thời gian hàn ngắn, ỏp lực hàn chưa đủ
- Vận hành đồ gỏ hàn bằng tay nờn việc thiết lập cỏc chế độ hàn khụng chớnh xỏc, phụ thuộc nhiều vào tay nghề cụng nhõn.
- Khoảng điều chỉnh trong bảng chế độ hàn quỏ rộng nờn chưa xỏc định được miền tối ưu của cỏc thụng số hàn : Ih, Th…
- Chưa nghiờn cứu đến sự ảnh hưởng của ỏp lực hàn Ph đến chất lượng và hỡnh dỏng mối hàn, ỏp lực hàn khụng được khống chế mà phụ thuộc hoàn toàn vào sức khỏe của người cụng nhõn.
Như vậy, từ cỏc nghiờn cứu tổng hợp tỡnh hỡnh thực tiễn về cỏc cụng nghệ nối cốt thộp trong xõy dựng trỡnh bày ở phần trờn, vấn đề tỡm ra cỏc giải phỏp cụng nghệ đảm bảo khắc phục những hạn chế đú là rất cần thiết. Điều đú dẫn đến việc lựa chọn một số thụng số cụng nghệ hàn điện xỉ - ỏp lực cú ảnh hưởng mạnh đến quỏ trỡnh hỡnh thành và chất lượng mối hàn và phạm vi khảo sỏt của chỳng phải thực hiện bằng cỏc thớ nghiệm chuyờn sõu. Đặc biệt là thụng số cụng nghệ ỏp lực ộp giữa hai đầu cốt thộp cần phải được nghiờn cứu khảo sỏt định lượng để đỏnh giỏ ảnh hưởng của nú đến hàm mục tiờu đầu ra trong cụng trỡnh luận ỏn này.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Qua nghiờn cứu tài liệu tham khảo và đỏnh giỏ khỏi quỏt về tỡnh hỡnh nghiờn cứu, ứng dụng cỏc phương phỏp nối cốt thộp trong kỹ thuật xõy dựng trờn đõy ta cú kết luận sau:
1. Cụng nghệ hàn điện xỉ - ỏp lực là phương phỏp hàn nối cốt thộp tiờn tiến cú nhiều ưu điểm nổi trội so với cỏc phương phỏp nối truyền thống. Cụng nghệ hàn này đảm bảo được chất lượng mối hàn nối cốt thộp tốt, khả năng chịu tải của kết cấu cụng trỡnh cao, giỏ thành thi cụng kết cấu hợp lý và đặc biệt là đỏp ứng được cỏc yờu cầu kỹ thuật ngày càng cao của cỏc cụng trỡnh xõy dựng quan trọng ở trong và ngoài nước.
2. Ở Việt Nam và Trung Quốc gần đõy đó cú nghiờn cứu và ứng dụng cụng nghệ hàn điện xỉ - ỏp lực vào cỏc cụng trỡnh xõy dựng, bước đầu cú kết quả khả quan. Tuy nhiờn, vẫn cũn rất nhiều vấn đề hạn chế, tồn tại cần giải quyết đặc biệt là chất lượng mối hàn chưa ổn định, chế độ hàn chưa được lựa chọn phự hợp nhất, thiết bị hàn chưa được tự động húa… Vỡ vậy, cỏc vấn đề này cần được tiếp tục nghiờn cứu chuyờn sõu để cú cơ sở khoa học minh chứng cho việc làm chủ cụng nghệ và đưa vào ứng dụng tại cỏc cụng trỡnh xõy dựng với chất lượng và hiệu quả kinh tế cao.
Chương 2.
CƠ SỞ Lí THUYẾT HÀN ĐIỆN XỈ VÀ HÀN ĐIỆN XỈ - ÁP LỰC
2.1. Cơ sở lý thuyết Cụng nghệ hàn điện xỉ
2.1.1 Nguyờn lý cơ bản của Cụng nghệ hàn điện xỉ
Hàn điện xỉ là một dạng hàn núng chảy, dựa trờn sự tỏa nhiệt khi dũng điện chạy qua xỉ lỏng. Cỏc mộp vật hàn bị nung núng tới nhiệt độ núng chảy và khoảng khụng gian giữa chỳng được điền đầy bởi kim loại bự núng chảy.
Quỏ trỡnh hàn được bắt đầu bằng việc tạo hồ quang của điện cực, hồ quang sẽ đốt núng và nung chảy thuốc hàn để hỡnh thành bể xỉ. Hồ quang sẽ bị dập tắt bởi bể xỉ dẫn điện. Dũng điện chạy từ điện cực qua bể xỉ tới bể kim loại lỏng sẽ đốt núng bể xỉ và duy trỡ nú ở nhiệt độ cao và cú tớnh dẫn điện cao. Nhiệt độ bể xỉ phải cao hơn nhiệt độ núng chảy của kim loại cơ bản và kim loại bự. Bể xỉ sẽ làm núng chảy điện cực và cỏc mộp vật hàn. Kim loại núng chảy chỡm xuống đỏy bể xỉ và tạo nờn bể kim loại, sau khi từ từ đụng đặc lại nú trở thành mối hàn liờn kết hai vật hàn với nhau [1].
a) b)
Hỡnh 2.1. Sơ đồ quỏ trỡnh hàn điện xỉ ở vị trớ đứng [26] a) Sơ đồ tổng quỏt ; b) mặt cắt ngang liờn kết hàn a) Sơ đồ tổng quỏt ; b) mặt cắt ngang liờn kết hàn
Quỏ trỡnh hàn và sơ đồ của phương phỏp hàn điện xỉ thụng thường được thể hiện ở hỡnh 2.1.
Một hoặc nhiều điện cực được cấp vào mối nối tựy thuộc vào chiều dầy của vật hàn. Cỏc điện cực được đẩy vào thụng qua cỏc mỏ hàn cong ở phớa trờn bể xỉ. Cơ cấu lắc ngang mỏ hàn đụi khi được dựng để hàn những tấm rất dầy. Những tấm ốp cú làm mỏt bằng nước được đặt ở cả 2 bờn mối nối để tạo bể xỉ và bể hàn. Những tấm ốp được gắn với mỏy hàn và chuyển động theo phương thẳng đứng lờn trờn cựng đầu cấp dõy hàn. Tốc độ dịch chuyển của tấm ốp đồng bộ với tốc độ hàn, sự dịch chuyển này được điều khiển tự động nhưng đụi khi cũng được điều chỉnh bởi người vận hành mỏy.
Khi tấm ốp dịch chuyển lờn trờn sẽ làm lộ ra mối hàn. Bề mặt của mối hàn sẽ được che phủ bởi một lớp xỉ mỏng. Do vậy để duy trỡ độ sõu bể xỉ thỡ phải bự một lượng nhỏ thuốc hàn vào trong bể xỉ lỏng trong suốt quỏ trỡnh hàn. Việc cấp thuốc hàn thường được thực hiện bằng tay, đụi khi cú thể dựng dõy lừi thuốc để bự thuốc hàn tự động.
Một trong những điều kiện để cú được quỏ trỡnh hàn điện xỉ là bể xỉ phải cú chiều sõu tương đối lớn. Điều này dễ dàng thực hiện được khi hàn ở vị trớ đứng. Do vậy, thụng thường người ta hàn điện xỉ với cơ cấu tạo hỡnh mối hàn cưỡng bức tức là làm nguội cưỡng bức bề mặt tự do của kim loại bằng cỏc tấm ốp cú nước lưu thụng làm mỏt.
Hàn điện xỉ cú thể thực hiện bằng dũng điện một chiều hoặc xoay chiều, với một điện cực hoặc nhiều điện cực trũn. Cú thể hàn bằng tấm điện cực (điện cực tiết diện lớn).
Hàn điện xỉ là phương phỏp hàn mỏy tự động, chỉ bắt đầu một lần và kộo dài cho đến khi kết thỳc. Vỡ khụng cú hồ quang nờn khụng cú bắn túe và rất yờn tĩnh. Vỡ lượng kim loại núng chảy rất lớn nờn cho phộp hàn những vật hàn rất dầy chỉ bằng một đường hàn. Chất lượng mối hàn tốt và ớt bị biến dạng gúc [26].
2.1.2 Cỏc bước cụng nghệ cơ bản của Cụng nghệ hàn điện xỉ
2.1.2.1. Chuẩn bị mối nối.
Một trong những lợi thế lớn nhất của hàn điện xỉ chớnh là chuẩn bị vật hàn rất đơn giản. Về cơ bản thỡ chỉ là mối nối hỡnh vuụng, do vậy việc chuẩn bị đơn giản chỉ là yờu cầu bề mặt của mỗi tấm thộp phải phẳng và thẳng. Việc này được thực hiện bằng cắt nhiệt khớ hoặc gia cụng cơ khớ. Nếu dựng tấm ốp di chuyển trong
quỏ trỡnh hàn thỡ yờu cầu bề mặt cạnh của tấm thộp phải phẳng để trỏnh xỉ lỏng chảy ra ngoài hoặc kẹt tấm ốp.
Bề mặt hàn cần làm sạch dầu mỡ, gỉ, ẩm…, tuy vậy khụng cần yờu cầu cao như những phương phỏp hàn khỏc. Nếu cắt bằng oxy, bề mặt cần làm sạch xỉ, tuy nhiờn màng mỏng oxit trờn bề mặt thỡ khụng gõy ảnh hưởng đến mối hàn.
Tấm ốp cần được làm sạch khỏi bụi bẩn, cặn nước và phải được sấy khụ trước khi hàn. Cần kiểm tra sao cho tấm ốp khụng bị rũ rỉ nước, nếu khụng sẽ gõy ra rỗ và cỏc khuyết tật khỏc.
2.1.2.2. Định vị mối nối.
Trước khi hàn cần định vị tấm thộp vào đỳng vị trớ với khe hở phự hợp. Cần một khung dài vững chắc để cố định cỏc tấm thộp hàn.
Cần điều chỉnh khe hở giữa 2 tấm thộp cho phự hợp. Nếu nhỏ quỏ, mối hàn được điền đầy quỏ nhanh sẽ gõy ra nứt mối hàn hoặc khụng ngấu hết cạnh tấm thộp. Nếu khe hở quỏ rộng, đụi khi cần bổ xung thờm điện cực hoặc dựng điện cực dao động để bự lại.
Trục mối hàn thụng thường ở vị trớ thẳng đứng, hoặc gần thẳng đứng với độ nghiờng trong khoảng 10-150. Với độ nghiờng lớn hơn đến 450 thỡ phải cú chế độ hàn đặc biệt nếu khụng sẽ dễ bị ngậm xỉ hoặc khụng ngấu cạnh tấm thộp hàn [26].
Phải cú tấm tỏp đầu và cuối mối hàn. Cú thể dựng thộp tấm cú thành phần và độ dầy tương đương với thộp hàn hoặc dựng tấm ốp đồng nhưng cần phải làm mỏt bằng nước.
Dựng tấm thộp cựng loại với thộp hàn đặt dưới đỏy mối nối phớa đầu tấm tỏp dưới để làm điểm đỏnh hồ quang bắt đầu quỏ trỡnh hàn.
2.1.2.3. Nối cỏc điện cực với thộp hàn
Việc này cũng rất quan trọng vỡ dũng hàn điện xỉ rất cao. Tốt nhất là bắt chặt cỏp hàn trực tiếp vào tấm thộp bằng bulong ở vị trớ bờn dưới dõy hàn, lỳc đú sẽ làm giảm được sự ảnh hưởng của từ trường mạnh gõy ra bởi sự chuyển động cấp dõy hàn đối với mối hàn.
Khụng nờn dựng kẹp hàn để nối cỏp hàn với vật hàn vỡ nú sẽ bị quỏ nhiệt dẫn đến đỏnh lửa chỗ tiếp xỳc làm mất ổn định quỏ trỡnh hàn.
2.1.2.4. Bắt đầu và kết thỳc quỏ trỡnh hàn
Phương phỏp bắt đầu quỏ trỡnh hàn thụng thường là tạo hồ quang giữa điện cực và tấm đỏy bằng 2 cỏch : đặt miếng mồi hồ quang ở giữa rồi bật mỏy hàn hoặc bật mỏy hàn rồi để điện cực tiến về tấm đỏy tạo hồ quang. Ngay khi đỏnh hồ quang, bắt đầu cho thuốc hàn vào từ từ để tạo bể xỉ cho đến khi hồ quang tắt. Sau đú là quỏ trỡnh điện xỉ.
Một điều đặc biệt quan trọng là quỏ trỡnh hàn khụng được ngắt quóng. Nguồn điện, thiết bị hàn được kiểm tra kỹ, dõy hàn và thuốc hàn phải đầy đủ trước khi bắt đầu quỏ trỡnh hàn. Toàn bộ thiết bị hàn phải hoạt động cho tới khi kết thỳc quỏ trỡnh hàn.
Khi mối hàn tiến tới tấm chặn cuối mối hàn, bể xỉ chạm tới tấm chặn trờn thỡ giảm tốc độ cấp dõy hàn để điền đầy vựng lừm cuối mối hàn, lỳc này dũng hàn cũng đồng thời giảm theo. Khi ngừng cấp dõy hàn, tiến hành ngắt nguồn điện.
Sau đú cắt bỏ tấm chặn dưới, tấm chặn trờn và phần mối hàn lồi ra ngoài ra khỏi vật hàn. Sau đú dựng bỳa gừ làm sạch xỉ hàn bỏm trờn bề mặt mối hàn và tấm ốp đồng [26].
Hỡnh 2.3. Mối hàn điện xỉ
2.1.2.5. Kiểm tra mối hàn
Phương phỏp kiểm tra mối hàn khụng những chỉ tuõn theo tiờu chuẩn quy định mà cũn phải đỏp ứng yờu cầu của chủ đầu tư.