CHƯƠNG 2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP, CÔNG NGHỆ HÀN
2.1. HÀN HỒ QUANG DƯỚI LỚP THUỐC BẢO VỆ
2.3.2. Vật liệu và thiết bị hàn TIG 1. Vật liệu
Vật liệu sử dụng trong phương phỏp hàn TIG bao gồm khớ bảo vệ, ủiện cực volfram, và que hàn phụ.
1. Khí bảo vệ - khí trơ
Ar là khớ ủược ủiều chế từ khớ quyển bằng phương phỏp húa lỏng khụng khớ và tinh chế ủến ủộ tinh khiết 99,99%. Khớ này ủược cung cấp trong cỏc bỡnh dưới ỏp suất cao hoặc ở dạng lỏng với nhiệt ủộ dưới -1840C trong cỏc thựng chứa lớn.
Biên soạn: Hoàng Văn Thuỷ - ðỗ Quang Quận Mobile: 0912295039 – 0912389159
E–mail: Doquanhh@yahoo.com
Page: 34
He cú trọng lượng riờng bằng khoảng 1/10 so với Ar ủược lấy từ khớ tự nhiờn, thường ủược chứa trong cỏc bỡnh dưới ỏp suất cao.
Sau khi ra khỏi chụp khí ở mỏ hàn, Ar tạo thành lớp bảo vệ phía trên vùng hàn. Do nhẹ hơn, He có xu hướng dân lên tạo thành cuộn xoáy xung quanh hồ quang. ðể bảo vệ hiệu quả, lưu lượng He phải gấp 2-3 lần so với Ar.
ðặc tớnh quan trọng khỏc của He là ủũi hỏi ủiện ỏp hồ quang cao hơn với cựng chiều dài hồ quang và dũng ủiện so với Ar. Hồ quang He núng hơn so với Ar ; He thường dựng ủể hàn cỏc vật liệu cú chiều dày lớn, cú ủộ dẫn nhiệt cao (như Cu) hoặc nhiệt ủộ nóng chảy cao.
ðiểm khỏc biệt nữa là Ar cho tớnh ổn ủịnh hồ quang như nhau ủối với dũng ủiện xoay chiều (AC) và một chiều (DC), và có tác dụng làm sạch tốt với dòng AC. Trong lúc ủú He tạo hồ quang ổn ủịnh với dũng ủiện DC, nhưng tớnh ổn ủịnh hồ quang và tỏc dụng làm sạch với dũng AC tương ủối thấp. Do ủú khi cần hàn Al, Mg bằng dũng AC thỡ nờn dùng Ar.
Cỏc hỗn hợp Ar và He với hàm lượng He ủến 75% ủược sử dụng khi cần sự cõn bằng giữa cỏc ủặc tớnh của hai loại khớ này.
Có thể bổ sung H2 và Ar khi hàn các hợp kim Ni, Ni - Cu, thép không gỉ.
2. ðiện cực wolfram
Wolfram ủược dựng làm ủiện cực do cú tớnh chịu nhiệt cao (nhiệt ủộ núng chảy là 34100C), phỏt xạ ủiện tử tương ủối tốt, làm ion húa hồ quang và duy trỡ tớnh ổn ủịnh hồ quang. Wolfram có tính chống oxi hóa hồ quang. Bảng 2-7 giới thiệu thành phần hóa học của một số loại ủiện cực Wolfram theo tiờu chuẩn AWS A5.12- 80.
Thành phần húa học của một số loại ủiện cực Wolfram Bảng 2-7 Tiêu chuẩn
AWS
W (min) %
Th (%)
Zz (%)
Tổng tạp chất (max)%
EWP EWTh - 1 EWTh -2 EWTh 3 EWZr
99,5 98,5 97,5 98,95
99,2
- 0,8-1,2 1,7-2,2 0,35-0,55
-
- - - - 0,15 - 0,40
0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
Cỏc ủiện cực wolfram cú ủường kớnh 0,25 ữ 6,4 (6,35) mm với chiều dài 76 ữ 610 mm. Cỏc ủiện cực wolfram cú thờm thori (Th) cú tớnh phỏt xạ ủiện tử, dẫn ủiện và chống nhiễm bẩn tốt, mồi hồ quang tốt hơn và hồ quang ổn ủịnh hơn.
Biên soạn: Hoàng Văn Thuỷ - ðỗ Quang Quận Mobile: 0912295039 – 0912389159
E–mail: Doquanhh@yahoo.com
Page: 35
Cỏc ủiện cực wolfram cú thờm zircon (Zr) cú cỏc tớnh chất trung gian giữa ủiện cực W và ủiện cực W - Th.
Bảng 2-8 chỉ ra một số ủặc ủiểm nhận diện của loại ủiện cực theo tiờu chuẩn AWS.
Màu nhận diện một số loại ủiện cực thụng dụng Bảng 2-8
Ký hiệu Thành phần Màu nhận diện
EWP EWCe-2 EWLa - 1 EWTh - 1 EWTh - 2 EWZa - 1 EWG
Wolfram tinh khiết 97,3%W, 2% oxit ceri 98,3%W, 1 % oxit latnan 98,3%W, 1 % oxi thôri 97,3%W, 2 % oxi thôri 99,1%W, 0,25% oxit zircon 94,5%W
Xanh lá cây Da cam ðen Vàng ðỏ Nâu Xám Một số yờu cầu khi sử dụng ủiện cực wolfram:
- Cần chọn dũng ủiện thớch hợp với kớch cỡ ủiện cực ủược sử dụng. Dũng ủiện quỏ cao sẽ làm hỏng ủầu ủiện cực, dũng ủiện quỏ thấp sẽ gõy ra sự ăn mũn, nhiệt ủộ thấp và hồ quang khụng ổn ủịnh.
- ðầu ủiện cực phải ủược mài hợp lý theo cỏc hướng dẫn kốm theo ủiện cực.
- ðiện cực phải sử dụng và bảo quản cẩn thận tránh nhiễm bẩn.
- Dũng khớ bảo vệ phải ủược duy trỡ khụng chỉ trước và trong khi hàn mà cả sau khi ngắt hồ quang cho ủến khi ủiện cực nguội.
- Phần nhụ ủiện cực ở phớa ngoài mỏ hàn (chụp khớ) phải ủược giữ ở mức ngắn nhất, tựy theo ứng dụng và thiết bị, ủể bảo ủảm ủược bảo vệ tốt bằng dũng khớ trơ.
- Cần trỏnh sự nhiễm bẩn ủiện cực, sự tiếp xỳc giữa ủiện cực núng với kim loại mối hàn.
- Thiết bị, ủặc biệt là chụp khớ, phải ủược bảo vệ và làm sạch. ðầu chụp khớ bị bẩn sẽ ảnh hưởng tới khớ bảo vệ, ảnh hưởng tới hồ quang hàn, do ủú làm giảm chất lượng mối hàn.
3. Que hàn phụ.
Que hàn phụ có các kích thước tiêu chuẩn ISO/R564 như sau: chiều dài từ 500mm
ữ100mm với ủường kớnh 1,2; 1,6; 2,0; 2,4; 3,2mm. Cỏc loại que hàn phụ gồm cú: ðồng và hợp kim ủồng, thộp khụng gỉ Cr cao và Cr - Ni; nhụm và hợp kim nhụm; thộp cỏcbon thấp, thép hợp kim thấp v.v..
Biên soạn: Hoàng Văn Thuỷ - ðỗ Quang Quận Mobile: 0912295039 – 0912389159
E–mail: Doquanhh@yahoo.com
Page: 36
2.3.2.2. Thiết bị dùng cho hàn TIG
Thiết bị dùng cho hàn TIC có các bộ phận chính sau :
- Nguồn ủiện hàn, bao gồm cả hệ thống ủiều khiển khớ bảo vệ, nước làm mỏt, dũng ủiện và ủiện ỏp hàn.
- Mỏ hàn.
- Chai chứa khớ trơ và van ủiều khiển lưu lượng khớ.
Mỏ hàn TIG. Chức năng của mỏ hàn TIG là dẫn dũng ủiện và khớ trơ vào vựng hàn. ðiện cực wolfram dẫn ủiện ủược giữ chắc chắn trong mỏ hàn bằng ủai giữ với cỏc vớt lắp bờn trong thõn mỏ hàn (Hỡnh 2.13). Cỏc ủai này cú kớch thước phự hợp với ủường kớnh ủiện cực.
Khớ ủược cung cấp vào vựng hàn qua chụp khớ. Chụp khớ cú ren ủược lắp vào ủầu mỏ hàn, ủể hướng và phõn phối dũng khớ bảo vệ.
Mỏ hàn có các kích thước và hình dáng khác nhau phù hợp với từng công việc hàn cụ thể.
Mỏ hàn TIG ủược phõn làm 2 loại theo cơ cấu làm mỏt:
- Mỏ hàn làm mỏt bằng khớ - tương ứng với cường ủộ dũng ủiện hàn nhỏ hơn 120A.
- Mỏ hàn làm mỏt bằng nước - tương ứng với cường ủộ dũng ủiện lớn hơn 120A.
Hình 2.13. Cấu tạo mỏ hàn TIG
Nguồn ủiện hàn. Nguồn ủiện hàn cung cấp dũng hàn một chiều hoặc xoay chiều, hoặc cả hai. Tựy ứng dụng, nú cú thể là biến ỏp, chỉnh lưu, mỏy phỏt ủiện hàn. Nguồn
Biên soạn: Hoàng Văn Thuỷ - ðỗ Quang Quận Mobile: 0912295039 – 0912389159
E–mail: Doquanhh@yahoo.com
Page: 37
ủiện hàn cần cú ủường ủặc tớnh ngoài dốc (giống như cho hàn hồ quang tay). ðể tăng tốc ủộ ổn ủịnh hồ quang, ủiện ỏp khụng tải khoảng 70 - 80V. Bộ phận ủiều khiển thường ủược bố trớ chung với nguồn ủiện hàn và bao gồm bộ contactơ ủúng ngắt dũng hàn, bộ gõy hồ quang tần số cao, bộ ủiều khiển tuần hoàn nước làm mỏt (nếu cú) với hệ thống cánh tản nhiệt và quạt làm mát, bộ khống chế thành phần dòng một chiều (với máy hàn xoay chiều / một chiều).
1. Nguồn ủiện hàn xoay chiều thớch hợp cho hàn nhụm, manhờ và hợp kim của chỳng. Khi hàn, nửa chu kỳ dương (của ủiện cực) cú tỏc dụng bắn phỏ lớp màng ụxit trờn bề mặt và làm sạch bề mặt ủú. Nửa chu kỳ õm nung kim loại cơ bản. Hiện nay cú hai loại nguồn xoay chiều chớnh dựng cho hàn bằng ủiện cực khụng núng chảy trong mụi trường khí bảo vệ.
Loại nguồn xoay chiều thứ nhất cú dũng hàn dạng súng hỡnh sin, ủiều khiển dũng hàn bằng cảm khỏng bóo hũa (cổ ủiển). Nú cú ưu ủiểm là hồ quang chỏy ờm. Nhược ủiểm là phải thường xuyờn giỏn ủoạn cụng việc hàn khi cần thay ủổi cường ủộ dũng hàn do cú nhu cầu giảm dũng hàn xuống tối thiểu khi hàn ủể vũng hàn kết tinh chậm (khụng cú ủiều khiển từ xa). Với hàn nhụm, do cú hiện tượng tự chỉnh lưu của hồ quang ủặc biệt khi hàn dòng nhỏ nên cần dùng kèm bộ cản thành phần dòng một chiều (mắc nối tiếp bộ ắc quy cú ủiện dung lớn, bộ tụ ủiện cú ủiện dung lớn) nhưng lại cú thể gõy lẫn W nào mối hàn.
Vỡ khi ủiện cực ở cực dương ủể khử màng ụxit nhụm, thỡ nú cú thể bị nung núng quỏ mức nếu bộ cảm khỏng bóo hũa khụng ủược thiết kế thớch hợp ủể hạn chế biờn ủộ tối ủa dũng hàn xoay chiều, làm nó bị xói mòn thành các vụn nhỏ dịch chuyển vào vũng hàn). Phải sử dụng bộ cao tần (cụng suất nhỏ 250 - 300W, ủiện ỏp 2 - 3kV, tần số cao 250 - 1000 kHz bảo ủảm dũng ủiện này chỉ cú tỏc dụng trờn bề mặt, an toàn với thợ hàn) ủể gõy hồ quang khụng tiếp xỳc (khoảng 3mm) và tạo ổn ủịnh hồ quang trong suốt quỏ trỡnh hàn.
Loại nguồn xoay chiều thứ hai có dòng hàn dạng sóng vuông cho phép giảm biên ủộ tối ủa của dũng hàn so với dạng súng hỡnh sin (khoảng 30%) cú cựng cụng suất nhiệt.
Do ủú ớt cú khả năng làm lẫn W vào mối hàn. Một số mỏy hàn cũn cho phộp ủiều chỉnh ủược thời gian tỏc ủộng của từng bỏn chu kỳ của dạng súng vuụng, do ủú cú thể làm sạch oxit nhụm hoặc ủạt tới chiều sõu chảy như mong muốn. Một lợi thế nữa là nú cú thể duy trỡ ủược hồ quang mà khụng cần tiếp tục sử dụng bộ ổn ủịnh hồ quang tần số cao (chỉ cần ủể gõy hồ quang) vỡ tần số ủổi chiều của dũng ủiện hàn là cao hơn nhiều so với dũng hàn dạng sóng hình sin.
2. Nguồn ủiện hàn một chiều khụng gõy ra vấn ủề lẫn W vào mối hàn hay hiện tượng tự nắn dũng (như khi hàn nhụm bằng nguồn hàn xoay chiều). Tuy nhiờn, ủiều quan trọng cần lưu ý khi sử dụng nó là việc gây hồ quang và khả năng cho dòng hàn sẽ tối thiểu. Hầu hết mỏy một chiều ủều sử dụng phương phỏp nối thuận (nờn 2/3 lượng nhiệt
Biên soạn: Hoàng Văn Thuỷ - ðỗ Quang Quận Mobile: 0912295039 – 0912389159
E–mail: Doquanhh@yahoo.com
Page: 38
của hồ quang ủi vào vật hàn). ðiện cực W tinh khiết như trong trường hợp mỏy xoay chiều ớt ủược dựng ủể hàn một chiều cực thuận vỡ khú gõy hồ quang. Thay vào ủú là ủiện cực W + 1,5 ủến 2% ThO2 hoặc ZrO2 hoặc oxit ủất hiếm LaO, v.v.. Nếu dựng dũng một chiều nối nghịch thỡ dũng ủiện tử sẽ bắn phỏ mạnh ủiện cực (2/3 lượng nhiệt của hồ quang ủi vào ủiện cực) và cú khả năng làm núng chảy ủầu ủiện cực. Vỡ vậy ủường kớnh ủiện cực phải lớn hơn so với hàn trường hợp bằng dũng một chiều nối thuận (6,4 mm so với 1,6 mm khi I = 125A). Dòng một chiều nối nghịch cho mối hàn nông và rộng hơn so với thuận. Cụng dụng chủ yếu của dũng một chiều nối nghịch là dựng ủể làm trũn ủầu ủiện cực cho hàn bằng mỏy xoay chiều (thực hiện bờn trờn bề mặt tấm ủồng ủể trỏnh nhiễm W vào vật hàn). Việc gây hồ quang cũng dùng cùng bộ cao tần như với máy xoay chiều (sau khi ủó gõy ủược hồ quang, nú tự cắt chế ủộ tần số cao vỡ khụng cần nữa).
Cỏc nguồn ủiện TIG thụng dụng ở Việt Nam là mỏy hàn TG 160 của hóng WIM (Maysia), máy hàn Kepmi 2500 của hãng Kempi (Phần Lan).
2.3.3. Công nghệ hàn TIG