- Đưa que hàn hình tam giác cân, thích hợp khihàn đứng cĩ vát cạnh và
c. Kết thúc mối hàn:
7.2. Hàn hồ quang trong mơi trường khí bảo vệ (MAG, MIG, TIG)
7.2.1- Khái niệm về hàn trong mơi trường khí bảo vệ
Để nhận được mối hàn cĩ chất lượng cao thì hồ quang hàn và vùng kim loại nĩng chảy phải được bảo vệ chống ảnh hưởng cĩ hại của khơng khí, và trong một số trường hợp kim loại mối hàn cần phải được hợp kim hĩa và xử lý luyện kim. Trong hàn hồ quang khí bảo vệ, hồ quang và kim loại nĩng chảy được bảo vệ bởi khí.
Hàn trong mơi trường khí bảo vệ được chia thành hai nhĩm
* Hàn trong mơi trường khí trơ:
Khí trơ gồm cĩ khí argon (Ar), khí hêli (He) hoặc là hỗn hợp Ar + He. Khí trơ bảo vệ tốt vùng hồ quang và cho mối hàn chất lượng cao. Tuy nhiên khí trơ là loại khí hiếm, khĩ sản xuất và đắc tiền cho nên giá thành hàn cao. Hàn trong mơi trường khí trơ được chia làm hai loại:
− Hàn hồ quang Wolfram - khí trơ, gọi tắt là hàn TIG (Tungsten Inert-Gas Arc Welding).
− Hàn hồ quang kim loại - khí trơ, gọi tắt là hàn MIG (Metal Inert-Gas Arc Welding).
* Hàn trong mơi trường khí hoạt tính:
Khí hoạt tính gồm cĩ khí cacbonic (CO2), hỗn hợp khí cacbonic + argon, . . . trong đĩ phổ biến là dùng khí CO2. Khí hoạt tính dễ sản xuất, giá thành rẻ cho nên
Hàn trong môi trường khí bảo vệ
Hàn điện cực không nóng chảy (TIG) Hàn điện cực nóng chảy Hàn MIG Hàn MAG Hàn bằng tay Hàn tự động
N ¾ p c h ơ p D © y k i m l o ¹ i ® i Ị n ® Ç y K i m l o ¹ i m è i h µ n ® « n g ® Ỉ c è n g k Đ p ® i Ư n c ù c § i Ư n c ù c k h « n g n ã n g c h ¶ y K h Ý b ¶ o v Ư B Ĩ h µ n n ã n g c h ¶ y C « n g t ¾ c T a y c Ç m C ¸ p h µ n D © y k h Ý C ¸ p ® i Ị u k h i Ĩ n
được sử dụng rộng rãi. Hàn trong mơi trường khí hoạt tính được gọi tắt là hàn MAG (Metal Active-Gas Arc Welding).
Trong kỹ thuật hàn hiện đại, hàn trong mơi trường khí bảo vệ chiếm vị trí rất quan trọng. Nĩ khơng những hàn các loại thép thơng thường mà cịn cĩ thể hàn các loại thép khơng rỉ, kim loại màu, hợp kim đặc biệt.
Phương pháp hàn này cĩ thể sử dụng được ở mọi vị trí trong khơng gian, cĩ thể hàn các vật hàn cĩ bề dày từ 0,4 - 25mm.
7.2.2- Hàn hồ quang wolfram - khí trơ (hàn TIG) 7.2.2.1- Thực chất, đặc điểm và phạm vi áp dụng
Hàn hồ quang điện cực khơng nĩng chảy trong mơi trường khí trơ (Gas Tungsten Arc Welding - GTAW) là quá trình hàn nĩng chảy, trong đĩ hồ quang được tạo thành giữa điện cực khơng nĩng chảy (wolfram) và vật hàn. Vùng hồ quang được bảo vệ bằng mơi trường khí trơ (Ar, He hoặc Ar + He) để ngăn cản những tác động cĩ hại của ơxy và nitơ trong khơng khí
Hồ quang trong hàn TIG cĩ nhiệt độ rất cao, cĩ thể đạt tới hơn 6100oC. Kim loại mối hàn được tạo thành từ kim loại vật hàn và được bổ sung từ que hàn phụ. Tồn bộ bể hàn được bao bọc bởi khí trơ thổi ra từ chụp khí
Phương pháp này cĩ một số ưu điểm đáng chú ý:
Tạo mối hàn cĩ chất lượng cao đối với hầu hết kim loại và hợp kim
Sau khi hàn khơng cần gỏ xỉ
Hồ quang và bể hàn cĩ thể quan sát được trong khi hàn
Khơng cĩ sự bắn tĩe kim loại
Cĩ thể hàn ở mọi vị trí trong khơng gian
7.2.2.2- Vật liệu và thiết bị hàn TIG a. Vật liệu hàn
Khí bảo vệ
− Khí Argon: được điều chế từ khí quyển bằng phương pháp hĩa lỏng khơng khí và tinh chế đến độ tinh khiết 99,99%. Khí Ar được chứa trong các bình áp suất cao hoặc ở dạng lỏng với nhiệt độ dưới -184oC
Sau khi ra khỏi chụp khí ở mỏ hàn, Ar tạo thành lớp bảo vệ phía trên bể hàn. Đặc điểm của khí Ar là mức độ ổn định hồ quang như nhau đối với dịng điện hàn một chiều và xoay chiều, và cĩ tác dụng làm sạch tốt đối với dịng xoay chiều. Do đĩ khi hàn Al, Mg bằng dịng xoay chiều thì nên dùng Ar.
− Khí Hêli: He được điều chế từ khí tự nhiên, nhẹ hơn Ar, do đĩ sau khi ra khỏi
chụp khí ở mỏ hàn khí He cĩ xu hướng dâng lên tạo thành cuộn xốy chung quanh hồ quang. Để bảo vệ hiệu quả, lưu lượng khí He phải gấp 2 - 3 lần so với Ar.
Để sử dụng các ưu điểm của hai loại khí này, người ta sử dụng hỗn hợp khí Ar + He với tỷ lệ 75%He. Cĩ thể bổ sung khí H2 vào khí Ar khi hàn các hợp kim Ni, Ni - Cu, thép khơng rỉ.
Điện cực wonfram
Wolfram được dùng làm điện cực hàn do cĩ khả năng chịu được nhiệt độ cao (nhiệt độ nĩng chảy là 3410oC), phát xạ điện tử tương đối tốt, làm ion hĩa hồ quang và duy trì tính ổn định hồ quang. Nếu cĩ thêm vài phần trăm nguyên tố thori (Th) vào wolfram thì khả năng mồi hồ quang rất tốt và hồ quang rất ổn định.
Sử dụng điện cực wolfram trong hàn TIG cần theo một số yêu cầu sau: - Dịng điện hàn phải phù hợp với đường kính điện cực đang sử dụng. - Đầu điện cực phải cĩ hình dáng hợp lý theo các hướng dẫn sử dụng.
- Điện cực phải được sử dụng và bảo quản cẩn thận, tránh bị nhiễm bẩn, khơng để cho điện cực đang nĩng tiếp xúc với bể hàn.
- Dịng khí bảo vệ phải được duy trì trước khi mồi hồ quang cho tới khi điện cực nguội sau khi tắt hồ quang.
- Phần nhơ ra của điện cực ở phía ngồi mỏ hàn (chụp khí) phải được giữ ở mức ngắn nhất để bảo đảm được bảo vệ tốt bằng khí trơ.
- Chụp khí phải được bảo vệ và làm sạch. Đầu chụp khí bị bẩn sẽ ảnh hưởng tới khí bảo vệ, ảnh hưởng tới hồ quang hàn, do đĩ làm giảm chất lượng mối hàn.
Bảng phân loại điện cực wolfram
Ký hiệu điện cực Thành phần Màu sắc
EWCe - 2 97,3%W, 2% oxit ceri Da cam
EWLa - 1 98,3%W, 1% oxit lantan Đen
EWTh - 1 98,3%W, 1% oxit thơri Vàng
EWTh - 2 97,3%W, 2% oxit thơri Đỏ
EWZa - 1 99,1%W, 0,25% oxit zircon Nâu
EWG 94,5%W Xám
Que hàn phụ
Que hàn phụ cĩ kích thước tiêu chuẩn theo ISO/R564 như sau: chiều dài từ 500 - 1000mm với đường kính 1,2 ; 1,6 ; 2,0 ; 2,4 ; 3,2mm. Vật liệu que hàn phụ gồm cĩ: thép cacbon thấp, thép hợp kim thấp, thép khơng rỉ Cr cao và Cr - Ni, đồng và hợp kim đồng, nhơm và hợp kim nhơm. . . .
b. Thiết bị hàn TIG
* Sơ đồ thiết bị hàn TIG bằng tay
Thiết bị dùng cho hàn TIG cĩ các bộ phận chính như sau:
- Nguồn điện hàn bao gồm cả hệ thống điều khiển khí bảo vệ, nước làm mát, dịng điện và điện thế hàn
- Mỏ hàn
- Bình chứa khí trơ và van điều khiển lưu lượng khí
Nhiệm vụ của mỏ hàn TIG là dẫn dịng điện và khí trơ vào vùng hàn. Điện cực wolfram dẫn điện được giữ chắc chắn trong mỏ hàn, chụp khí được lắp vào đầu mỏ hàn để hướng dịng khí bảo vệ vào vùng hàn
7.2.3- Hàn hồ quang nĩng chảy trong mơi trường khí bảo vệ 7.2.3-1. Thực chất, đặc điểm và phạm vi ứng dụng
a- Thực chất và đặc điểm
Hàn hồ quang nĩng chảy trong mơi trường khí bảo vệ là quá trình hàn nĩng chảy trong đĩ hồ quang được tạo ra giữa điện cực nĩng chảy (dây hàn) với vật hàn. Hồ quang và bể hàn được bảo vệ khỏi tác dụng của ơxy và nitơ trong khơng khí bởi một loại khí hoặc một hỗn hợp khí. GMAW (Gas Metal Arc Welding).
Khí
bảo vệ cĩ thể là
khí trơ (Ar,
He hoặc hỗn
hợp Ar + He) khơng tác dụng với kim loại lỏng trong bể hàn, hoặc là các loại khí hoạt tính (CO2, CO2 + O2,… ) cĩ tác dụng chiếm chỗ đẩy khơng khí ra khỏi vùng hàn và hạn chế tác dụng xấu của nĩ.
Khi dây hàn được cấp tự động vào bể hàn thơng qua cơ cấu cấp dây và sự dịch chuyển hồ quang dọc theo mối hàn được thực hiện bằng tay thì gọi là hàn hồ quang bán tự động trong mơi trường khí bảo vệ. Nếu tất cả các chuyển động cơ bản được cơ khí hĩa thì gọi là hàn hồ quang tự động trong mơi trường khí bảo vệ.
Hàn hồ quang bằng điện cực nĩng chảy trong mơi trường khí trơ (Ar, He) phương pháp hàn MIG (Metal Inert Gas). Vì các loại khí trơ cĩ giá thành cao nên khơng được sử dụng rộng rãi, chỉ dùng để hàn kim loại màu và thép hợp kim.
N g u å n h µ n D C N è i ® Ê t C ¸ p ® i Ị u k h i Ĩ n d ß n g ® i Ư n C ¸ p m ¸ t V Ë t l i Ư u c ¬ b ¶ n C h a i k h Ý - C O 2 ( M A G ) A r h o Ỉ c H e , . . . ( M I G ) B é c Ê p d © y B é ® i Ị u k h i Ĩ n C ¸ p d É n S ĩ n g h µ n C ¸ p h µ n
Hàn hồ quang bằng điện cực nĩng chảy trong mơi trường khí hoạt tính (CO2, CO2 + O2, … ) phương pháp hàn MAG (Metal Active Gas). Phương pháp hàn MAG sử dụng khí bảo vệ CO2 được phát triển rộng rãi do cĩ nhiều ưu điểm:
− CO2 là loại khí dễ kiếm, dễ sản xuất và giá thành thấp.
− Năng suất hàn trong CO2 cao, gấp 2,5 lần so với hàn hồ quang tay.
− Tính cơng nghệ của hàn trong CO2 cao hơn so với hàn hồ quang dưới lớp thuốc vì cĩ thể tiến hành ở mọi vị trí khơng gian khác nhau.
− Chất lượng mối hàn cao, sản phẩm hàn ít bị cong vênh do tốc độ hàn nhanh, nguồn nhiệt tập trung, vùng ảnh hưởng nhiệt bé.
b. Phạm vi ứng dụng
Trong cơng nghiệp hiện đại, hàn hồ quang nĩng chảy trong mơi trường khí bảo vệ chiếm một vị trí rất quan trọng. Nĩ cĩ thể hàn các loại thép thơng thường, thép khơng rỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nĩng, các hợp kim đặc biệt, các hợp kim nhơm, magie, niken, đồng, các hợp kim cĩ ái lực mạnh với ơxy.
Phương pháp hàn này cĩ thể ứng dụng với mọi vị trí hàn trong khơng gian. Cĩ thể hàn được các vật hàn cĩ bề dày từ 0,4 - 25mm.
2- Vật liệu và thiết bị hàn nĩng chảy trong mơi trường khí bảo vệ
a. Vật liệu hàn
- Dây hàn: Sự ổn định của quá trình hàn cũng như chất lượng của mối hàn phụ
thuộc rất nhiều vào tình trạng bề mặt dây hàn. Dây hàn khơng được bị rỉ hoặc bẩn, do đĩ thường sử dụng dây cĩ lớp mạ đồng, đường kính dây hàn từ 0,8 - 2,4mm.
- Khí bảo vệ: Khí Ar thường đựơc dùng để hàn các vật liệu thép. Khí He dùng để hàn các liên kết cĩ kích thước lớn, các vật liệu cĩ tính dãn nở nhiệt cao như Al, Cu, Mg, …
CO2 được dùng rộng rãi để hàn thép cacbon trung bình do giá thành thấp, mối hàn ổn định, cơ tính của liên kết hàn đạt yêu cầu, tốc độ hàn cao và cĩ độ ngấu sâu. Nhược điểm của hàn trong khí bảo vệ CO2 là gây bắn tĩe kim loại lỏng.
b. Thiết bị hàn
Hệ thống thiết bị cần thiết dùng cho hàn hồ quang nĩng chảy trong mơi trường khí bảo vệ bao gồm nguồn điện hàn, cơ cấu cấp dây hàn tự động, mỏ hàn (hay súng hàn) đi cùng với đường ống dẫn khí, dây cáp điện, chai chứa khí bảo vệ kèm theo đồng hồ đo áp suất và lưu lượng khí cung cấp (H2.10).
Nguồn điện hàn thường là một biến thế hàn 3 pha một chiều, cĩ bảng điều khiển để chọn các thơng số hàn. Hình 2.11 là sơ đồ điều khiển ở mặt trước của nguồn điện hàn.
Hình 2.11: Sơ đồ điều khiển ở mặt trước của nguồn điện hàn
Mỏ hàn (súng hàn) bao gồm bép tiếp điện để nối điện từ dây cáp đến dây hàn, đường dẫn khí và chụp khí để hướng dịng khí bảo vệ bao quanh vùng hồ quang, bộ phận làm nguội cĩ thể bằng khí hoặc nước tuần hồn, cơng tắt đĩng ngắt đồng bộ dịng điện hàn, dây hàn và dịng khí bảo vệ (H2.12).
Giáo viên biên soạn: Bùi Mạnh Tuấn 88
A V
Ampe kế Volt kế Cầu chì
RUN
ON ON
OFF OFF SET
Đèn báo sự cố (khi máy làm việc quá tải thì có hệ thống tự động ngắt và đèn bật sáng)
Đèn báo có điện vào máy Công tắt chính
Công tắt kiểm tra khí bảo vệ (bấm SET thì có khí thổi ra ở mỏ hàn, bấm RUN để hàn)
Công tắt xử lý rãnh hồ quang (bật ON khi cần xử lý điền đầy rãnh hồ quang)
Hai núm điều chỉnh dòng điện và điện áp để điền đầy rãnh hồ quang (Dòng điền đầy = 60 - 70% dòng hàn)
Dây hàn
Chụp khí Công tắt
Tay cầm
Hộp điều khiển từ xa (hình 2.13) cĩ hai nút điều chỉnh dịng điện và điện thế
hàn, một nút ấn đùn dây hàn. Hộp này được kéo theo gần thợ hàn để tiến hành điều chỉnh khi cần thiết. Điều này cĩ ý nghĩa khi hàn tự động, ngồi ra vì sự bắn tĩe kim loại lỏng cho nên thiết bị hàn thường ở xa vật hàn, cĩ hộp điều khiển từ xa người thợ hàn sẽ hạn chế được việc đi lại khơng cần thiết.
Bộ tiếp dây hàn hoạt động theo nguyên tắc ma sát. Khi ấn nút đùn dây hàn (ở
hộp điều khiển từ xa) hay ấn cơng tắt ở mỏ hàn thì mơtơ tiếp dây sẽ quay làm quay các rulơ tiếp dây. Nhờ ma sát, dây hàn sẽ đùn ra khỏi mỏ hàn. Tốc độ đùn dây hàn (tốc độ cấp dây) tùy thuộc vào sự điều chỉnh lực căng ép dây vào rulơ
7.2.3. Cơng nghệ hàn điện cực nĩng chảy trong mơi trường khí bảo vệ a. Chuẩn bị vật hàn Nút điều chỉnh dòng điện Nút điều chỉnh điện áp Nút đùn dây hàn Hình 2.13: Hộp điều khiển từ xa Dây hàn Đầu nối dây ra mỏ hàn
Cần chỉnh độ ép dây hàn
Rulô tiếp dây Môtơ tiếp dây
Cuộn dây
Nối với cáp điều khiển
Các yêu cầu về hình dáng, kích thước, bề mặt liên kết trong phương pháp hàn hồ quang nĩng chảy trong mơi trường khí bảo vệ giống như trong phương pháp hàn SAW. Tuy nhiên, do đường kính dây hàn nhỏ hơn so với hàn SAW cho nên gĩc vát mép sẽ nhỏ hơn (45 - 60o) do dây hàn cĩ khả năng đưa sâu vào rãnh hàn.
b. Chế độ hàn
Các thơng số của chế độ hàn MIG/MAG như sau:
- Đường kính dây hàn
Nĩi chung, đường kính dây hàn tăng khi tăng bề dày vật hàn. Tuy nhiên, sự lựa chọn đường kính dây hàn cĩ ảnh hưởng rất lớn đến sự chuyển dịch kim loại lỏng vào bể hàn. Đối với dịng điện hàn cho trước, khi giảm đường kính dây hàn sẽ làm tăng tốc độ chuyển dịch kim loại lỏng và tốc độ nĩng chảy sẽ cao hơn do mật độ dịng điện tăng lên.
- Cường độ dịng điện hàn
Cường độ dịng điện hàn phụ thuộc vào bề dày vật hàn, đường kính dây hàn, dạng truyền kim loại lỏng vào bể hàn. Nĩi chung khi dịng điện quá thấp sẽ khơng đảm bảo độ ngấm sâu mối hàn, làm giảm độ bền của mối hàn. Khi dịng điện quá cao sẽ làm tăng sự bắn tĩe kim loại gây ra rỗ xốp, biến dạng, mối hàn khơng ổn định.
- Điện áp hồ quang hàn
Điện áp hồ quang là thơng số rất quan trọng đối với sự chuyển dịch kim loại lỏng từ dây hàn vào bể hàn. Giá trị này được chọn để đạt tần số ngắn mạch cao nhất, tránh sự bắn tĩe kim loại lỏng.
- Chiều dài phần nhơ ra của dây hàn
Chiều dài phần nhơ quá lớn sẽ làm dư kim loại nĩng chảy ở mối hàn, làm giảm độ ngấu và lãng phí kim loại dây hàn. Nếu chiều dài phần nhơ quá nhỏ sẽ gây ra sự bắn tĩe kim loại, kim loại lỏng dính vào mỏ hàn, vào chụp khí làm cản trở dịng khí bảo vệ, gây ra rỗ xốp trong mối hàn.