HÀN HỒ QUANG TRONG MễI TRƯỜNG KHÍ BẢO VỆ

2.3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN TRONG MễI TRƯỜNG KHÍ BẢO VỆ. Hàn trong mụi trường khớ bảo vệ là một trong những phương phỏp thớch ứng với nhiều kết cấu hàn cho năng suất và chất lượng cao. Hiện nay phương phỏp cụng nghệ này cú thể phõn theo sơ đồ Hỡnh 16 (Giỏo trỡnh Hàn trong mụi trường khớ bảo vệ - Phạm Trọng Khu và Trần Quang Long)

Hỡnh 16: Sơđồ phõn loại hàn trong mụi trường khớ bảo vệ.

2.3.2. ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN TRONG MễI TRƯỜNG KHÍ BẢO VỆ.

Hiện nay phương phỏp này được chia thành 3 loại:

- Hàn MIG (Metal Inerte Gaz): Là phương phỏp hàn hồ quang điện trong lớp khớ bảo vệ là khớ trơ như argon, hờli…

- Hàn MAG (Metal Actif Gaz): Là phương phỏp hàn hồ quang điện trong lớp khớ bảo vệ hoạt tớnh như CO2 hoặc hỗn hợp khớ CO2 với argon, hờli…

- Hàn TIG (Tungste Inerte Gaz): Là phương phỏp hàn hồ quang điện trong lớp khớ trơ, điện cực Wolfram là loại điện cực khụng núng chảy.

Khi hàn thỡ khớ thụng qua miệng phun hỡnh ống tạo thành cột khớ thẳng đứng (Dõy hàn hoặc điện cực nằm giữa). Cột khớ này đẩy khụng khớ ở bốn cung quanh rộng ra bảo vệ cho lớp kim loại núng chảy.

Hỡnh 17. Nguyờn lớ hàn trong khớ bảo vệ điện cực núng chảy

Hỡnh 18. Nguyờn lớ hàn trong khớ bảo vệ điện cực khụng núng chảy

1. Cột hồ quang 4. Miệng phun khớ 1. Vật liệu cơ bản 4. Dõy hoặc que hàn 2. Luồng khớ bảo vệ 5. Cơ cấu đẩy dõy hàn 2.Điện cực khụng núng chảy 5. Miệng phun khớ 3.Điện cực (dõy hàn) 6.Ống tiếp xỳc 3. Cột hồ quang 6. Luồng khớ bảo vệ 2.3.3. CÁC LOẠI KHÍ THƯỜNG DÙNG BẢO VỆ KHI HÀN. 2.3.3.1. Khớ trơ

Là loại khớ khụng tỏc dụng với cỏc phản ứng hoỏ học, khụng hoà tan trong kim loại. Khớ argon, hờli và hỗn hợp những khớ trơ dựng cho hàn.

- Khớ Argon (Ar): Khớ trơ khụng màu, khụng mựi, khụng chỏy và khụng nổ. Sụi ở

nhiệt độ 185,5⁰C, dưới ỏp suất bỡnh thường Argon nặng hơn khụng khớ nờn bảo vệ

rất tốt vựng kim loại núng chảy khi hàn. Theo tiờu chuẩn mó cỏc nước SN6, Argon

được chia thành 3 loại A, B, C. Khi sử dụng để hàn thộp người ta dựng loại

C (99,90% Argon). Bỡnh chứa khớ Argon được sơn đen phần dưới, sơn trắng phần trờn ghi chữ “Argon”.

- Khớ Hờli (He): Khớ trơ khụng màu, khụng mựi, nhẹ hơn so với khụng khớ và Argon. Do vậy việc bảo vệ vựng núng chảy khú hơn, đũi hỏi lượng khớ tiờu thụ lớn hơn. Cỏc bỡnh chứa Hờli được sơn màu nõu và in chữ trắng “Hờli”.

- Hỗn hợp khớ trơ: Bao gồm khớ argon và heli, hỗn hợp chứa 70%Ar và 30%He cú khả năng bảo vệ tốt nhất.

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

VIỆN CKNL VÀ MỎ - TKV PHềNG VẬT LIỆU

2.3.3.2. Khí hoạt tính.

Khí hoạt tính là loại khí có khả năng bảo vệ vùng hàn khỏi sự xâm nhập của không khí nh−ng vẫn có khả năng tác dụng với kim loại và hoà tan trong nó.

- Khí Cacbonic (CO₂): Là khí hoạt tính không màu, nặng hơn không khí. D−ới áp suất 760 mmHg và ở nhiệt độ 00C thì khí Cacbonic có trọng l−ợng 1,9768 (g/lit), lớn hơn trọng l−ợng không khí 1,5 lần. Cacbonic có tỷ trọng thay đổi mạnh khi nhiệt độ thay đổi. Do vậy nó đ−ợc tính theo trọng l−ợng chứ không tính theo thể tích. Cacbonic đ−ợc vận chuyển và bảo quản ở trạng thái lỏng. Khi hoá hơi 1 kg khí CO₂ trong điều kiện 760 mmHg và 00C tạo thành 506,8 lít khí CO₂. Một bình tiêu chuẩn với dung tích 40 lít chứa đ−ợc 25 kg khí CO₂ lỏng, khi hoá hơi tạo thành 12600 lít khí. Bình chứa khí CO₂ đ−ợc sơn màu đen và sơn chữ “CO₂” màu vàng. Khi dùng để hàn có độ tinh khiết 99,5; 99,0 trong 1m³ khí.

+ Ưu điểm:Khí CO₂ dễ kiếm, dễ sản xuất, giá rẻ, năng suất hàn cao, có thể hàn mọi vị trí trong không gian. Chất l−ợng mối hàn cao vì khí CO₂ bảo vệ tốt vùng hàn, không phát sinh khí độc.

+ Nh−ợc điểm: Khi hàn làm rỗ mối hàn, nh−ợc điểm này dễ khắc phục khi dùng dây hàn chứa nhiều Silic.

- Khí Nitơ (N): Khí không màu, không mùi, không duy trì sự cháy. Nitơ không hoà tan trong đồng nóng chảy và không tác dụng với nó. Vì vậy th−ờng đ−ợc sử dụng để bảo vệ khi hàn đồng.

Khí Nitơ đ−ợc bảo quản trong bình thép d−ới áp suất 150 at. Bình đ−ợc sơn màu ghi, có dải nâu bao quanh và in chữ Nitơ ở phần trên. Trong điều kiện bình th−ờng 1 kg Nitơ lỏng cho 0,86 m3 nitơ khí. Độ tinh khiết khí nitơ 99,9; 99,5; 99,0 trong 100m3 khí.

- Khí Hiđrô (H): Khí không màu, không mùi, dễ cháy. Các hỗn hợp của khí Hiđrô với không khí hoặc ôxy dễ gây nổ. Vì vậy khi sử dụng chúng phải tuân thủ các quy định về an toàn lao động. Hiđrô kỹ thuật đ−ợc bảo quản trong bình thép d−ới áp suất 150 at, các bình chứa khí, ống dẫn th−ờng bằng vải cao su. Bình chứa Hiđrô đ−ợc sơn màu xanh thẫm với 3 dải đỏ theo chu vi. Độ tinh khiết khí Hiđrô là 99,7; 98,7; 97,5 trong 1000m³ khí.

Bảng 1. Khí, hỗn hợp khí bảo vệ dùng cho hàn MIG, MAG, TIG

Loại khớ và hỗn hợp khớ Phạm vi sử dụng

Ar Hàn TIG, MIG, hàn kim loại màu, thộp

CO2 hợp kim cao, thộp cacbon thấp.

Ar + 0,5%O2 Hàn nhụm với hợp kim.

Ar + 1,0%O2 Hàn thộp khụng gỉ, thộp chịu nhiệt, đồng.

Ar + 3,0%O2 Thộp hợp kim thấp, thộp cacbon cao.

Ar + 5,0%O2

Ar + (15 ữ 20)%H2 Hàn thộp hợp kim cao, cho hàn tựđộng.

Ar + 0,2%N₂ Hàn hợp kim nhụm khụng chứa mangan.

Ar + (5 ữ 7)%H2 Hàn plasma, đồng, niken, thộp hợp kim.

2.3.4. DÂY HÀN.

Dõy hàn là phần kim loại bổ xung vào mối hàn đồng thời đúng vai trũ đện cực để

gõy hồ quang và duy trỡ sự chỏy nổ của hồ quang.

Dõy hàn ở dạng cuộn, sợi dõy hàn cú đương kớnh từ 0,3 đến 12mm tương ứng trọng lượng mỗi cuộn từ 5 đến 80 kg.

Bảng 2. Kớch thước và khối lượng của cỏc cuộn dõy.

Khối lượng cuộn dõy (kg) Đường kớnh dõy hàn (mm) Đường kớnh trong cuộn dõy (mm) Thộp cacbon Thộp hợp kim Thộp hợp kim cao 0,3 ữ 0,5 150 ữ 300 2 2 15 0,8 200 ữ 350 5 5 3 1,0 ữ 1,2 200 ữ 400 15 15 10 1,4 ₃₀₀ ữ 600 25 15 10 1,6 ữ 2,0 300 ữ 600 30 20 15 2,5 ữ 3,0 400 ữ 600 30 20 15 4,0 ữ 10 500 ữ 750 40 30 20 12,0 500 ữ 800 40 30 20

Dây hàn sử dụng trong lớp khí bảo vệ chia thành hai dạng chính.

- Dây hàn đặc.Dây hàn có nhiều loại, đ−ợc sản xuất từ nhiều n−ớc trên thế giới. Công dụng của chúng đ−ợc tham khảo theo bảng sau.

Bảng 3. Một số loại dây hàn đặc th−ờng dùng và phạm vi ứng dụng.

Kớ hiệu dõy Nước sản xuất Kim loại hàn thớch hợp H-08 MnSiA Trung Quốc Thộp cacbon thấp, trung bỡnh H-10 MnSi Trung Quốc Thộp cacbon thấp CB-08Γ2C Liờn Xụ cũ Thộp cacbon, hợp kim thấp CB-08ΓC Liờn Xụ cũ Thộp hợp kim thấp, trung bỡnh MG-51T Thỏi Lan Thộp cacbon, hợp kim thấp

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

VIỆN CKNL VÀ MỎ - TKV PHềNG VẬT LIỆU

Kớ hiệu dõy Nước sản xuất Kim loại hàn thớch hợp ER-4043 Thỏi Lan Thộp cacbon, hợp kim thấp Ha - A5 Nga Thộp hợp kim (Inox) Ha - MAn Nga Hợp kim (AL + Mn) Ha - AMg3 Nga Hợp kim (AL + Mg + Mn) BrKMn3-1 Nga Đồng, hợp kim đồng Autrod 19.12 Thụy Điển Đồng, hợp kim đồng AuCutrod 19.40 Thụy Điển Đồng, hợp kim đồng

- Dõy hàn cú lừi thuốc ( dõy hàn bột ): Là loại dõy gồm vỏ kim loại và ruột thuốc. + Vỏ cú tỏc dụng điện, đúng vai trũ điện cực.

+ Ruột là hỗn hợp cỏc quặng, muối kim loại, hợp kim và bột kim loại khỏc. Tỏc dụng duy trỡ tớnh ổn định của hồ quang với phạm vi rộng, khắc phục được những nhược điểm khi sử dụng dõy hàn đặc thường xẩy ra như: Bắn toộ kim loại, bảo vệ

mối hàn kộm khi sử dụng dũng điện lớn. Đồng thời tăng khả năng cơ học của mối hàn, tăng tốc độ hàn, khử tạp chất cú hại cho mối hàn.

Dõy hàn bột thường dựng để hàn thộp C và thộp hợp kim được sử dụng rộng rói. Cũn dựng hàn bột để hàn gang, kim loại màu ớt sử dụng.

Hỡnh 19. Một số dạng cấu tạo của dõy hàn bột.

2.3.5. THIẾT BỊ HÀN.

2.3.5.1. Mỏy hàn bỏn tựđộng MIG, MAG.

Cú thể chia thành 3 nhúm (Theo Giỏo trỡnh Hàn trong mụi trường khớ bảo vệ - Phạm Trọng Khu và Trần Quang Long)

- Nhúm cú mỏy hàn đường kớnh dõy từ 1,6 ữ 2,8 mm, dũng hàn tới 500 A. - Nhúm cú mỏy hàn đường kớnh dõy từ 0,8 ữ 1,4 mm, dũng hàn tới 315 A.

Hỡnh 20. Sơđồ quỏ trỡnh hàn hồ quang kim loại cú khớ bảo vệ.

2.3.6. CHẾĐỘ HÀN TRONG MễI TRƯỜNG KHÍ BẢO VỆ.

Để mối hàn đạt được chất lượng tốt và năng suất cao, người thợ phải chọn chếđộ

hàn. Đặc trưng cơ bản của chế độ hàn cơ bản gồm cú: cường độ dũng điện, điện thế hồ quang, đường kớnh điện cực. Ngoài ra yếu tố cụng nghệ cũng ảnh hưởng tới chất lượng mối hàn.

2.3.6.1. Cường độ dũng điện.

Khi tăng cường độ dũng điện hàn, nhiệt lượng do hồ quang sinh ra cũng tăng lờn, tốc độ núng chảy của dũng hàn cũng tăng lờn nờn chiều rộng mối hàn khụng tăng mà chỉ tăng chiều cao mối hàn. Cường độ dũng điện càng lớn dễ làm cho kim loại hai bờn mối hàn khuyết cạnh, thậm chớ bị chỏy thủng, đồng thời cấu tạo của kim loại do núng mà bị thay đụỉ.

Nếu cường độ dũng điện hàn quỏ nhỏ thỡ độ sõu của núng chảy và mối hàn rộng, mối hàn chưa ngấu, cường độ, cơ tớnh của mối hàn giảm.

Vỡ vậy khụng nờn điều chỉnh cường độ dũng điện hàn quỏ lớn hoặc quỏ nhỏ, đảm bảo đủđịnh mức.

2.3.6.2. Điện thế hồ quang.

Điện thế hồ quang do chiều dài hồ quang quyết định, hồ quang dài thỡ điện thế

cao và hồ quang ngắn thỡ điện thế thấp.

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

VIỆN CKNL VÀ MỎ - TKV PHềNG VẬT LIỆU

hoạt động của cột hồ quang tăng lờn làm chiều rộng vựng núng chảy tăng theo, chiều cao mối hàn cũng giảm xuống tương ứng.

Khi hàn MIG, MAG điều chỉnh tốc độ ra dõy sẽ làm thay đổi điện thế hồ quang. Tốc độ ra dõy nhanh thỡ điện thế hồ quang giảm và ngược lại tốc độ ra dõy chậm thỡ điện thế hồ quang tăng.

2.3.6.3. Tốc độ hàn.

Tốc độ hàn là tốc độ di chuyển về phớa trước của điện cực.

Nếu tốc độ hàn nhanh thỡ nhiệt lượng hồ quang trong một đơn vị chiều dài mối hàn giảm, độ sõu núng chảy giảm, chiều rộng của mối hàn cũng giảm theo.

Nếu tốc độ hàn chậm thỡ kớch thước tiết diện mối hàn tăng lờn, kim loại mối hàn sẽ tạo thành đống, cú thể làm thủng vật hàn.

2.3.6.4. Đường kớnh điện cực.

Đường kớnh điện cực tăng lờn thỡ đường kớnh của cột hồ quang tăng lờn, phạm vi nung núng của cột hồ quang mở rộng làm cho bề rộng vựng núng chảy tăng lờn nhưng chiều sõu núng chảy lại giảm xuống tương ứng.

Đường kớnh điện cực giảm bớt thỡ hồ quang sẽ ăn sõu vào kim loại vật hàn tạo thành mối hàn hẹp nhưng sõu.

Khi chọn đường kớnh điện cực thường dựa vào yếu tố cơ bản sau: Chiều dày vật hàn, vị trớ mối hàn, thứ tự lớp hàn.

2.3.6.5. Nhõn tố cụng nghệ.

Nhõn tố cụng nghệ chủ yếu là chế độ lồi ra của dõy hàn (hàn MIG, MAG) và dũng điện hàn.

Độ lồi ra của dõy hàn tớnh từ miệng ống tiếp xỳc cũn gọi là cuốn với điện cực lồi ra. Độ lồi tăng lờn, tỏc dụng nung núng trước khi vào vựng hồ quang sẽ tăng lờn. Dũng hàn chảy nhanh, dũng điện hàn giảm xuống làm cho quỏ trỡnh hàn khụng thực hiện được.

Độ lồi ra của dõy hàn phụ thuộc vào cỏc yếu tố như: tốc độ ra dõy, cường độ

dũng điện, điện thế hồ quang.

Bảng 4. Giới thiệu cỏc thụng số chếđộ hàn bỏn tựđộng trong mụi trường khớ bảo vệ CO2.

Chiều dày vật hàn (mm) Số lớp hàn Khe hở hàn (mm) Đường kớnh dõy hàn (mm) Dũng điện hàn (A) Điện thế hàn (V) Tốc độ hàn (một/giờ) Tiờu hao khớ (lớt/phỳt) 0,6 ữ 1,0 1 _0,5 ữ 0,8 0,5 ữ 0,8 50 ữ 60 18 ữ 20 20 ữ 30 6 ữ 7 1,2 ữ 2,0 1 ữ 2 0,8 ữ 1,0 0,8 ữ 1,0 70 ữ 120 18 ữ 21 18 ữ 25 10 ữ 12 3,0 ữ 5,0 1 ữ 2 1,6 ữ 2,2 1,4 ữ 2,0 280 ữ 320 22 ữ 39 20 ữ 25 14 ữ 16 6,0 ữ 8,0 1 ữ 2 1,8 ữ 2,2 2,0 280 ữ 380 28 ữ 35 18 ữ 24 16 ữ 18 8,0 ữ 12 2 ữ 3 1,8 ữ 2,2 2,5 280 ữ 450 27 ữ 35 16 ữ 30 18 ữ 20

tố quan trọng đũi hỏi người thợ phải cú khả năng xử lý tốt ngay từđầu: Cài đặt chếđộ tựđộng cho mỏy và quỏ trỡnh thực hiện mối hàn

2.3.7. HÀN HỒ QUANG TỰ ĐỘNG VÀ BÁN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC HÀN.

Phương phỏp này sử dụng hồ quang chỏy giữa điện cực (dõy hàn) và vật liệu cơ

bản, được tạo nờn dưới một lớp thuốc hàn chảy lỏng. Ởđõy, bể hàn và toàn bộ cột hồ quang điện được bảo vệ khỏi sự tỏc động của mụi trường khụng khớ (Hỡnh 21)

Hỡnh 21. Hàn tựđộng dưới lớp thuốc

1.Hồ quang hàn 2.Bể hàn 3.Kim loại hàn 4.Vật liệu cơ sở 5.Xỉ 6.Thuốc hàn 7.Phễu thuốc 8.Phễu hỳt thuốc thừa 9.Nguồn hàn 10.Đầu mỏ hàn dẫn điện 11.Con lăn truyền dõy 12.Động cơ kộo dõy 13.Tang dõy hàn.

2.3.7.1. Đặc điểm.

- Nhiệt l−ợng hồ quang rất tập trung và nhiệt độ cao, cho phép hàn với tốc độ lớn. Vì vậy ph−ơng pháp này có thể cho phép hàn đ−ợc chi tiết có chiều dày lớn mà không cần vát mép.

- Chất l−ợng mối hàn cao do bảo vệ tốt kim loại mối hàn khỏi tác dụng của ôxy và nitơ trong không khí. Kim loại mối hàn đồng nhất về thành phần hoá học. Thuốc hàn và xỉ hàn làm mối hàn nguội chậm ít bị thiên tích. Mối hàn có hình dạng tốt đều đặn, ít bị khuyết tật nh−; rỗ khí, nứt.

- Giảm tiêu hao dây hàn. Vì quá trình hàn liên tục không phải thay cực hàn.

- Hồ quang đ−ợc bao bọc kín bởi thuốc hàn nên không làm hại mắt và da của thợ hàn. L−ợng khói sinh ra trong quá trình hàn rất ít so với hàn hồ quang tay.

- Dễ cơ khí hoá và tự động hoá quá trình hàn.

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

VIỆN CKNL VÀ MỎ - TKV PHềNG VẬT LIỆU

2.3.7.2. Ứng dụng.

- Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ được ứng dụng rộng dói trong lĩnh vực cơ

khớ chế tạo như: Chế tạo kết cấu thộp dạng tấm với kớch thước lớn, cỏc dầm thộp cú khẩu độ và chiều cao lớn, cỏc ống thộp cú đường kớnh lớn, cỏc bỡnh bể chứa và bỡnh chịu ỏp lực. Hàn được chi tiết cú chiều dày từ vài mm đến hàng trăm mm

- Năng suất hàn cao từ 2 ữ 5 lần so với hồ quang tay.

2.3.7.3. Dõy hàn.

Chất lượng của mối liờn kết hàn dưới lớp thuốc được xỏc định bằng tổng hợp sự

cõn bằng của dõy hàn và thuốc hàn. Cỏc yếu tố dõy và thuốc được lựa chọn dựa trờn cơ sở trạng thỏi ban đầu của thộp hàn, cỏc yờu cầu đối với mối hàn về cơ lý tớnh cũng như yờu cầu làm việc của nú.

Dõy hàn dựng để hàn thộp cacbon và thộp hợp kim thấp. Khi hàn dưới lớp thuốc là CB - 08, CB - 08A hoặc dõy mangan như CB - 08Γ, CB - 08Γ2 … thành phần cacbon trong dõy này khụng quỏ 0,12%. Nếu hàm lượng cacbon cao dễ làm giảm tớnh dẻo và tăng khả năng gõy nứt trong mối hàn.