Đề tài Cơ sở lý thuyết hàn điện nóng chảy

Chương 1 Cơ sở lý thuyết hàn điện nóng chảy 1.1 Khái quát chung về hàn. 1.1.1 Lịch sử phát triển nghề hàn. 1.1.2 Thực chất đặc điểm và công dụng của hàn. a) Thực chất : Hàn là quá trình công nghệ nối hai hoặc nhiều phần tử (chi tiết, bộ phận) thành một khối thống nhất bằng cách dùng nguồn nhiệt nung nóng chỗ cần nối đến trạng thái lỏng (hoặc dẻo), sau đó kim loại tự kết tinh (hoặc dùng lực ép) tạo thành mối hàn. b) Đặc điểm và ứng dụng: + Liên kết hàn là một liên kết ‘’cứng’’ không tháo rời được. + So với đinh tán tiết kiệm (10 á 20)% khối lượng kim loại, so với đúc tiết kiệm khoảng 50%. + Hàn chế tạo được các chi tiết có hình dáng phức tạp, liên kết các kim loại có cùng tính chất hoặc khác tính chất với nhau. + Mối hàn có độ bền và độ kín cao, đáp ứng yêu cầu làm việc quan trọng của các kết cấu quan trọng (vỏ tàu, bồn chứa, nồi hơi,..v.v…). + Có thể cơ khí hóa và tự động hóa quá trình hàn. + Giá thành chế tạo kết cấu rẻ. Tuy vậy, hàn còn có một số nhược điểm : sau khi hàn tồn tại ứng suất và biến dạng dư, xuất hiện vùng ảnh hưởng nhiệt làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu. 1.1.3 Phân loại các phương pháp hàn. a) Căn cứ dạng năng lượng sử dụng, hàn được phân ra các phương pháp hàn sau * Các phương pháp hàn điện : dùng điện năng biến thành nhiệt năng (hàn điện hồ quang, hàn điện tiếp xúc,..v.v…). * Các phương pháp hàn cơ học : sử dụng cơ năng làm biến dạng kim loại tại khu vực hàn (hàn nguội, hàn ma sát, hàn siêu âm,..v.v…). * Các phương pháp hàn hóa học : sử dụng năng lượng do các phản ứng hóa học tạo ra để nung nóng kim loại mối hàn (hàn khí, hàn hóa nhiệt,..v.v…). * Các phương pháp hàn kết hợp : sử dụng kết hợp các dạng năng lượng nêu trên (hàn các vật liệu có tính hàn khó). b) Căn cứ vào trạng thái kim loại mối hàn tại thời điểm hàn. * Hàn nóng chảy : bao gồm các phương pháp hàn : hàn khí, hàn điện xỉ, hàn hồ quang,..v.v… Kim loại mối hàn ở trạng thái lỏng trong quá trình hàn. * Hàn áp lực : bao gồm các phương pháp hàn : hàn siêu âm, hàn nổ, hàn khuếch tán, hàn điện trở tiếp xúc,..v.v… trong quá trình hàn, kim loại mối hàn ở trạng thái chảy dẻo. 1.2 Sự tạo thành mối hàn và tổ chức kim loại mối hàn . Các yếu tố ảnh hưởng tới sự chuyển dịch KL lỏng từ điện cực vào vũng hàn 1 Tác dụng của trọng lực giọt kim loại lỏng. Kim loại lỏng dưới tác dụng của trọng lực luôn có xu hướng đi về vũng hàn (có tác dụng lớn đối với hàn bằng). 2 Sức căng bề mặt . Sức căng bề mặt được tạo nên do tác dụng của lực phân tử. Lực phân tử luôn có xu hướng làm cho bề mặt chất lỏng thu nhỏ lại, tạo cho bề mặt kim loại lỏng có một năng lượng tự do bé nhất. Sức căng bề mặt làm cho các giọt kim loại lỏng có dạng hình cầu và giữ ở trạng thái này trên suốt đoạn đường chuyển vào vũng hàn, khi vào vũng hàn sẽ bị sức căng bề mặt kéo vào để tạo thành một khối thống nhất (có tác dụng lớn đối với mối hàn trong không gian). 3 Lực từ trường. Lực từ trường sinh ra xung quanh điện cực khi có dòng điện chạy qua que hàn và vật hàn. Lực này tác dụng lên kim loại lỏng điện cực làm giảm tiết diện ngang, trong khi đó Ih = const, nên tại chỗ thắt mật độ dòng điện J tăng lên nhanh chóng làm kim loại lỏng đạt đến nhiệt độ sôi, cắt đứt phần kim loại lỏng khỏi điện cực. Mặt khác, vì diện tích vũng hàn lớn nên cường độ từ trường trên bề mặt vũng hàn rất nhỏ và mật độ dòng điện J nhỏ, do đó kim loại lỏng luôn có xu hướng đi về vũng hàn với mọi vị trí hàn. 4 áp lực khí. Do nhiệt độ hồ quang cao, các phản ứng hóa học xảy ra rất mạnh, thuốc bọc que hàn (thuốc hàn) nóng chảy sẽ sinh ra nhiều khí tạo nên áp lực đẩy kim loại lỏng từ điện cực vào vũng hàn (có tác dụng lớn đối với mối hàn trong không gian). 1.7 Quá trình luyện kim khi hàn điện nóng chảy. 1.7.1 Khái niệm về vũng hàn, mối hàn và liên kết hàn. a) Khái niệm vũng hàn. Vũng hàn là phần kim loại lỏng được tạo ra trong quá trình hàn dưới tác dụng của nguồn nhiệt hàn. Vũng hàn gồm hai phần : + Phần đầu (A) : xảy ra quá trình nóng chảy kim loại cơ bản và kim loại bổ sung. + Phần đuôi (B): xảy ra quá trình kết tinh và hình thành mối hàn (hình vẽ). Hình dạng và kích thước vũng hàn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất của nguồn nhiệt, phương pháp và chế độ hàn, tính chất lý nhiệt của kim loại vật hàn,.v.v... b) Mối hàn : Là phần kim loại lỏng được kết tinh trong quá trình hàn, nó ở trạng thái lỏng.Theo tiết diện ngang, mối hàn phân thành hai loại : mối hàn giáp mối và mối hàn góc. Hình dạng mối hàn giáp mối được coi là hợp lý khi hệ số ngấu của mối hàn nằm trong khoảng : Yn = và Yn/c = . c) Liên kết hàn . Liên kết hàn được hiểu bao gồm mối hàn, vùng ảnh hưởng nhiệt và kim loại cơ bản. Các dạng liên kết hàn : liên kết hàn góc, liên kết hàn chồng nối, liên kết hàn giáp mối (hình vẽ). Các dạng liên kết hàn cơ bản khi hàn hồ quang tay. 1.7.2 Quá trình luyện kim khi hàn nóng chảy. 1 Đặc điểm . Quá trình luyện kim khi hàn nóng chảy rất phức tạp, nó khác với quá trình luyện kim thông thường ở một số yếu tố sau : + Nhiệt của hồ quang cao hơn nhiều so với nhiệt độ các lò luyện kim thông thường và phân bố ở các vùng của cột hồ quang khác nhau. + Sự tương tác hóa lý xảy ra mạnh giữa kim loại lỏng với xỉ, với khí và với kim loại cơ bản. + Thể tích kim loại lỏng rất nhỏ và thời gian kim loại tồn tại ở trạng thái lỏng ngắn, do đó các phản ứng hóa học xảy ra trong vũng hàn không đi đến trạng thái cân bằng. + Nhiệt độ vũng hàn cao nên tạo điều kiện cho nhiều phản ứng hóa học xảy ra như : sự tương tác giữa kim loại lỏng với xỉ, với khí ; sự ôxy hóa hay hoàn nguyên kim loại, sự phân ly của các hợp chất khí (H2 đ 2H ; CO2 đ CO + O2 ; ..v..v….). Để nhận được mối hàn có chất lượng theo yêu cầu cần phải tạo ra xung quanh vũng hàn môi trường bảo vệ để bảo vệ kim loại lỏng khỏi tác dụng xấu của không khí, bằng cách hàn bằng que thuốc bọc dầy, hàn trong môi trường khí bảo vệ, hàn dưới lớp thuốc,..v.v…. 2 Xỉ hàn. Xỉ hàn được tạo ra từ que hàn, thuốc hàn nóng chảy, nó mang tính phi kim. Trong xỉ hàn có chứa các ôxit axit : SiO2, TiO2, P2O5,… (xỉ hàn axit), hoặc ôxit bazơ : CaO, MnO, BaO,…..(xỉ hàn bazơ). Xỉ tạo nên trong quá trình hàn không chỉ bảo vệ kim loại mối hàn khỏi tác dụng xấu của không khí mà còn tác dụng với các nguyên tố trong vũng hàn tạo điều kiện điều chỉnh thành phần hóa học của mối hàn. Do vậy tính chất của xỉ có ảnh hưởng lớn đến chất lượng mối hàn sau khi hàn. Thực tế cho thấy, chất lượng mối hàn nhận được tốt nhất khi xỉ có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng 11000C á 12000C. Xỉ càng loãng, độ nhớt càng nhỏ thì hoạt tính của nó càng mạnh, tạo điều kiện cho các phản ứng hóa học và các quá trình vật lý xảy ra càng nhanh. Tuy nhiên, để đảm bảo phủ kín và đều bề mặt mối hàn thì yêu cầu xỉ không được có tính chảy loãng quá cao, điều này đặc biệt quan trọng khi hàn ở vị trí hàn đứng và hàn trần. 3 Môi trường khí bảo vệ. Xung quanh hồ quang và vũng hàn có nhiều loại khí gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng mối hàn như : O2, N2,….. Vì vậy, để nhận được mối hàn có chất lượng đảm bảo theo yêu cầu cần phải có các biện pháp bảo vệ kim loại lỏng vũng hàn khỏi tác dụng xấu của môi trường không khí bằng cách : + Hàn trong môi trường chân không. + Hàn bằng que thuốc bọc dầy, dây hàn có lõi thuốc hoặc hàn dưới lớp thuốc. Thuốc hàn và thuốc bọc que hàn nóng chảy sẽ tạo ra lớp xỉ và khí bảo vệ vũng hàn, đồng thời cũng là chất trợ dung tốt cho quá trình luyện kim của mối hàn. + Hàn trong môi trường khí bảo vệ : Ar, He, CO2 , và hỗn hợp của chúng để đẩy không khí ra khỏi vũng hàn, ngăn chặn tác hại của nó. 4 Ôxy hóa kim loại vũng hàn. Mặc dù đã có nhiều biện pháp công nghệ nêu trên nhưng không thể ngăn ngừa triệt để tác dụng của O2 tới kim loại vũng hàn, kết quả là xảy ra sự hòa tan của ôxy vào sắt tạo ra các ôxit sắt: 2Fe + O2 = 2FeO + Q 4 Fe + 3O2 = 2Fe2O3 + Q 3Fe + 2O2 = Fe3O4 + Q Trong đó, ôxit sắt II (FeO) hòa tan vào kim loại lỏng (còn lại vào xỉ), nồng độ có thể đạt 0,5%, ôxy hòa tan vào sắt nồng độ có thể đạt tới 0,22%. Ngoài sắt ra, trong vũng hàn còn xảy ra sự ôxy hóa các nguyên tố khác, chủ yếu là C, Si, Mn và xảy ra trong các giọt kim loại lỏng trên đường tới vũng hàn ; phản ứng xảy ra chủ yếu với ôxy nguyên tử : C + O đ {CO}. Mn + O đ (MnO). Si + O đ (SiO2). Trong vũng hàn, xảy ra phản ứng với FeO. C + FeO đ Fe + {CO} Si + FeO đ Fe + (SiO2) Mn + FeO đ Fe + (MnO) Do có sự ôxy hóa các nguyên tố nên hàm lượng các nguyên tố khác giảm: C giảm (50 á 60)%, Mn giảm (40 á 50)%. * Các biện pháp khử ôxy : Để khử ôxy có thể thực hiện bằng hai cách sau : - Khử ôxy bằng xỉ hàn : khi xỉ hàn mang tính axit, sự khử ôxy sẽ xảy ra theo các phản ứng sau : FeO + SiO2 = FeO.SiO2 2FeO + SiO2 = 2FeO.SiO2 Các silicat được tạo thành sẽ không hòa tan vào kim loại lỏng mà đi vào xỉ, do vậy hàm lượng FeO trong kim loại mối hàn sẽ giảm đáng kể. - Dùng nguyên tố có ái lực với ôxy mạnh hơn sắt để hoàn nguyên sắt từ ôxit hòa tan của nó. Các chất khử ôxy thường là các nguyên tố : C, Si, Mn, Ti,..v.v… + Các bon : các bon đi vào vũng hàn từ kim loại cơ bản, dây hàn, thuốc hàn và thuốc bọc que hàn. ở nhiệt độ hàn, các bon là chất khử ôxy mạnh hơn silic, mangan. FeO + C = Fe + {CO}. Ôxit các bon (CO) không hòa tan vào thép nhưng nếu hàm lượng quá lớn thì một phần CO sẽ nằm lại trong vũng hàn gây rỗ khí. + Mangan : là chất khử ôxy mạnh, được đưa vào vũng hàn qua thuốc bọc, thuốc hàn, kim loại cơ bản và dây hàn. Mn + FeO đ Fe + (MnO). Mangan ôxit thực tế không hòa tan vào kim loại mà liên kết với các ôxit axit tạo thành các hợp chất nhẹ nổi lên thành xỉ. Ngoài việc khử ôxy, mangan còn có tác dụng khử lưu huỳnh và làm tăng độ bền mối hàn khi hàm lượng của nó dưới 1%. + Silic : là chất khử ôxy mạnh, được đưa vào vũng hàn tương tự như mangan: Si + 2 FeO = 2 Fe + (SiO2). Ôxit silic không hòa tan vào kim loại lỏng mà đi vào xỉ nổi lên bề mặt vũng hàn. Ngoài tác dụng khử ôxy, silic còn có tác dụng làm tăng cơ tính của mối hàn khi hàm lượng của nó vào khoảng (0,2 á 0,3 )%. + Titan : là chất khử ôxy rất mạnh, được đưa vào vũng hàn từ thuốc bọc, thuốc hàn dưới dạng ferôtitan. Ti + 2FeO = TiO2 + 2Fe. Thực tế ôxit titan không hàn tan vào sắt, khi kết hợp với nitơ tạo thành nirit titan (cũng không hòa tan vào sắt), có tác dụng làm nhỏ hạt kim loại, do đó làm tăng cơ tính của kim loại mối hàn. Ngoài các nguyên tố trên, nhôm cũng là chất khử ôxy mạnh nhưng ít được sử dụng vì ôxit nhôm có nhiệt độ nóng chảy khoảng 20500C không tan vào thép mà chuyển vào xỉ với tốc độ rất chậm, tạo điều kiện cho sự ôxy hóa các bon, dễ dẫn đến hiện tượng rỗ khí trong mối hàn. 5 Hợp kim hóa kim loại mối hàn . Để đạt được độ bền mối hàn tương đương kim loại cơ bản, trong quá trình hàn phải hợp kim hóa kim loại mối hàn nhằm bù đắp các nguyên tố hợp kim bị mất do tham gia các phản ứng hóa học hoặc đưa vào kim loại mối hàn các nguyên tố mới không có trong thành phần kim loại cơ bản để nâng cao độ bền mối hàn. Người ta thường đưa các nguyên tố như Cr, Mo, W, V, Ti, .v.v… vào mối hàn thông qua dây hàn, thuốc bọc que hàn và thuốc hàn; trong đó việc hợp kim hóa kim loại mối hàn bằng dây hàn là có hiệu quả nhất. 6 Tạp chất xỉ trong mối hàn. Thành phần tạp chất xỉ bao gồm các hợp chất hóa học của ôxy và nitơ với các nguyên tố kim loại khác nhau, các ferô hợp kim,…. có ảnh hưởng xấu đến chất lượng mối hàn, làm cho kim loại mối hàn không đồng nhất. Các ôxit : SiO2 , Al2O3 có trong thuốc bọc que hàn và thuốc hàn bị kẹt lại tác dụng với các ôxit sẵn có trong mối hàn (MnO , FeO,….) tạo thành các tạp chất phức hợp dễ nóng chảy có kích thước khác nhau. Đặc biệt khi hàn thép, trong kim loại mối hàn chứa một lượng không nhỏ lưu huỳnh từ vật liệu hàn tạo thành FeS làm tăng khả năng nứt nóng của kim loại mối hàn. Tạp chất xỉ là các nitrit (đặc biệt là Fe2N) làm tăng độ cứng nhưng lại làm giảm mạnh tính dẻo của kim loại mối hàn. Tạp chất xỉ không những làm giảm cơ tính của kim loại mối hàn mà còn có tác dụng thúc đẩy quá trình ăn mòn. Vì vậy, khi hàn phải ngăn ngừa sự xuất hiện các tạp chất xỉ bằng cách : + Làm sạch bẩn gỉ, dầu mỡ ở khu vực cần hàn. + Hàn nhiều lớp phải vệ sinh sạch xỉ hàn lớp trước. + Giảm tốc độ nguội của kim loại đắp (hàn dưới lớp thuốc, chế độ hàn hợp lý,..) + Đưa vào vỏ bọc que hàn thành phần có khả năng giảm nhiệt độ nóng chảy của các ôxit và tạo ra các hợp chất dễ bong khỏi mối hàn sau khi nguội. 7 Rỗ khí trong mối hàn Rỗ khí là sự xuất hiện trong kim loại mối hàn và trên bề mặt mối hàn các lỗ trống và bọt khí, đó là sự thoát khí không triệt để khỏi kim loại mối hàn. Rỗ khí có thể tồn tại ở dạng cầu đơn lẻ hoặc dạng chuỗi kéo dài, do một số nguyên nhân sau : + Sự thoát khí ồ ạt khi kim loại mối hàn kết tinh. + Vật liệu hàn (dây hàn, que hàn, thuốc hàn,….) bị ẩm. + Bề mặt chi tiết không được làm sạch trước khi hàn. + Mức độ khử ôxy chưa triệt để. + Hàm lượng FeO trong kim loại mối hàn cao. Rỗ khí trong mối hàn gây nên hiện tượng tập trung ứng suất và có ảnh hưởng lớn đến sự phá hủy liên kết hàn, làm tăng độ cứng, độ giòn và giảm tính dẻo của kim loại đắp. 8 Sự kết tinh kim loại mối hàn : Sự kết tinh của kim loại mối hàn rất khác với sự kết tinh của kim loại vật đúc ở các điểm sau: + Quá trình kết tinh xảy ra khi có nguồn nhiệt di động. Tốc độ kết tinh trung bình của mối hàn bằng tốc độ dịch chuyển vũng hàn. + Thể tích vũng hàn nhỏ được bao bọc bởi đường đẳng nhiệt và kim loại cơ bản ở trạng thái rắn xung quanh nên nguội rất nhanh. Với vật đúc, sự kết tinh của kim loại xảy ra một cách liên tục cùng với sự giảm nhiệt độ, còn với kim loại vũng hàn xảy ra một cách chu kỳ. + Tổ chức kim loại mối hàn sau khi kết tinh gần giống tổ chức của kim loại đúc (gồm có 3 lớp), nhưng chất lượng mối hàn cao do được thực hiện bằng que hàn thuốc bọc dầy, dưới lớp thuốc hoặc trong môi trường khí bảo vệ. + Khi kết tinh, vùng nằm sát với kim loại cơ bản (lớp ngoài) do nguội nhanh, tổ chức kim loại nhỏ mịn, lớp tiếp theo vì hướng tỏa nhiệt thẳng góc với bề mặt ngoài và nguội chậm nên tổ chức kim loại có dạng hình trụ, còn ở lớp trung tâm do hướng tỏa nhiệt không rõ ràng, lại nguội chậm hơn nên tổ chức hạt thô to, đồng thời lẫn một số tạp chất phi kim (hình vẽ). 1.7.3 Tổ chức kim loại mối hàn – vùng ảnh hưởng nhiệt 1 Tổ chức kim loại mối hàn. Khi hàn điện nóng chảy, mối hàn tạo nên có thể chỉ do kim loại cơ bản nóng chảy nếu hàn bằng điện cực không nóng chảy và không dùng que hàn phụ hoặc do cả kim loại điện cực và kim loại vật hàn tạo nên nếu dùng que hàn nóng chảy hay điện cực không nóng chảy có dùng que hàn phụ. Vì vậy thành phần và tổ chức kim loại mối hàn đều khác với thành phần và tổ chức của kim loại cơ bản và kim loại điện cực. Quá trình kết tinh của kim loại lỏng vũng hàn diễn ra qua hai giai đoạn : + Kết tinh lần một : kim loại chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái đặc. + Kết tinh lần hai : kim loại ở trạng thái đặc nhưng vẫn có chuyển biến tổ chức. Nghiên cứu tổ chức thứ hai là tổ chức thực của mối hàn, nó có ý nghĩa rất lớn trong việc xác định mối quan hệ phụ thuộc giữa cơ tính với thành phần hóa học của mối hàn và kim loại cơ bản, sự tác dụng nhiệt trong quá trình hàn. - Với thép các bon thấp và thép hợp kim thấp là vật liệu có tính hàn tốt, có thể hàn bằng mọi phương pháp mà vẫn nhận được mối hàn có chất lượng tốt, song chất lượng có khác nhau tùy thuộc vào điều kiện hàn. - Hàn bằng que thuốc bọc mỏng, tổ chức kim loại mối hàn xấu vì cácbon của nó cháy nhiều và các hạt kim loại có dạng hình trụ, tổ chức của nó là (a +p) phân bố không đều trong mối hàn. - Hàn bằng que thuốc bọc dầy, tổ chức trong trường hợp này tương đối tốt. Các hạt có dạng hình trụ, song lại nhỏ và peclit phân bố đều, cơ tính tốt. - Hàn dưới lớp thuốc, tổ chức kim loại trường hợp này rất tốt, các hạt peclit có dạng hình trụ nằm sâu trong tiết diện mối hàn, tổ chức tương đối đồng đều, cơ tính tốt. 2 Tổ chức vùng ảnh hưởng nhiệt. Vùng ảnh hưởng nhiệt là vùng kim loại cơ bản nằm sát kim loại mối hàn, thay đổi tổ chức và tính chất do tác dụng của nguồn nhiệt hàn. Có thể chia vùng ảnh hưởng nhiệt thành sáu vùng sau : a) Vùng nóng chảy không hoàn toàn (viền chảy) : có kích thước rất nhỏ, là vùng chuyển tiếp giữa kim loại vũng hàn và kim loại cơ bản, được giới hạn bởi đường đẳng nhiệt lỏng và đặc. Vùng này có tổ chức là ôstenit và pha lỏng, kích thước hạt kim loại sau khi hàn khá mịn và có cơ tính rất cao. b) Vùng quá nhiệt : kim loại cơ bản bị nung nóng từ 11000C đến xấp xỉ nhiệt độ nóng chảy. Vùng này xảy ra quá trình kết tinh lại (biến đổi thù hình). Tổ chức hạt ôstenit thô to, cơ tính kém (độ dai va đập và độ dẻo thấp, dễ bị gẫy). Có thể nói đây là vùng yếu nhất của liên kết hàn. c) Vùng thường hóa : Kim loại bị nung nóng từ 9000C đến 11000C. Tổ chức gồm những hạt ferit nhỏ và peclit, vì thế vùng này có cơ tính tổng hợp cao (đôi khi cao hơn kim loại cơ bản). d) Vùng kết tinh lại không hoàn toàn : kim loại bị nung nóng từ 7200C á 9000C. Kim loại có sự kết tinh lại từng phần, tổ chức là ôstenit và ferit. Hai dạng hạt này không đồng đều, ferit hạt to còn ôstenit hạt nhỏ vì thế cơ tính vùng này kém hơn. e) Vùng kết tinh lại hoàn toàn (vùng hóa già) : kim loại bị nung nóng từ 5000Cá7000C. Kim loại qua biến dạng dẻo được kết tinh lại hoàn toàn, tổ chức kim loại đồng đều, cơ tính tốt. f) Vùng giòn xanh : kim loại bị nung nóng từ 1000C á 5000C. Tính chất kim loại vùng này nói chung không có gì thay đổi, nhưng ở nhiệt độ 4000C á 5000C ôxy và nitơ có khả năng khuếch tán vào, do vậy độ dẻo giảm đi một ít. Kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt phụ thuộc vào phương pháp hàn, chế độ hàn, thành phần hóa học cũng như tính chất lý nhiệt của kim loại. Công suất của hồ quang hoặc ngọn lửa hàn khí càng lớn thì kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt càng tăng. Ngược lại, tăng vận tốc hàn (giữ nguyên công suất nhiệt) thì kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt sẽ giảm. Vật liệu có tính dẫn nhiệt thấp, nhiệt dung càng cao thì kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt càng giảm (nhiệt dung là lượng nhiệt cần thiết để làm tăng nhiệt độ của kim loại lên 10C). 1.7.4 Tính hàn của kim loại và hợp kim. a. Khái niệm : Tính hàn dùng để chỉ mức độ dễ hàn hay khó hàn đối với một vật liệu cơ bản nào đó, nó là tổ hợp các tính chất của kim loại hay hợp kim cho phép nhận được liên kết hàn có chất lượng thỏa mãn theo yêu cầu. b. Phân loại tính hàn. - Vật liệu có tính hàn tốt : bao gồm các loại vật liệu cho phép hàn được bằng nhiều phương pháp hàn khác nhau, chế độ hàn điều chỉnh được trong phạm vi rộng, không cần sử dụng các biện pháp công nghệ phức tạp (như nung nóng sơ bộ, nhiệt luyện sau khi hàn,…) mà vẫn đảm bảo nhận được mối hàn có chất lượng theo yêu cầu. Thép các bon thấp và phần lớn thép hợp kim thấp đều thuộc nhóm này. - Vật liệu có tính hàn thỏa mãn : gồm các loại vật liệu chỉ thích hợp với một số phương pháp hàn nhất định, các thông số của chế độ hàn chỉ có thể dao động trong phạm vi hẹp, yêu cầu về vật liệu hàn chặt chẽ hơn. Khi hàn có thể phải sử dụng một số biện pháp công nghệ như : nung nóng sơ bộ, xử lý nhiệt sau khi hàn,.v.v… để nâng cao chất lượng mối hàn. Một số mác thép hợp kim thấp, thép các bon và hợp kim trung bình thuộc nhóm này. - Vật liệu có tính hàn hạn chế : Yêu cầu về công nghệ và vật liệu hàn chặt chẽ hơn. Phải sử dụng các biện pháp xử lý nhiệt, hàn trong môi trường khí bảo vệ đặc biệt (khí trơ, chân không,…), chế độ hàn nằm trong phạm vi rất hẹp. Liên kết hàn có khuynh hướng bị nứt và dễ xuất hiện các loại khuyết tật làm giảm chất lượng kết cấu hàn. Thép các bon cao và thép hợp kim cao thuộc nhóm này. - Vật liệu có tính hàn xấu : phải hàn bằng các công nghệ phức tạp, tốn kém. Tổ chức kim loại mối hàn xấu, dễ bị nứt nóng và nứt nguội, do đó cơ tính và khả năng làm việc thấp hơn kim loại cơ bản. Phần lớn các loại gang và hợp kim đặc biệt thuộc nhóm này. c. Đánh giá tính hàn của kim loại và hợp kim . Các chỉ tiêu đánh giá : - Hàm lượng cácbon tương đương CE : đặc trưng cho tính chất của vật liệu, biểu hiện tính hàn của nó. Đối với thép cácbon thấp và thép hợp kim thấp : Trong đó C, Mn, Cr,.v..v… là hàm lượng các nguyên tố hợp kim trong thép (%). Trong công thức trên, Cu và P chỉ tính khi Cu > 0,5% và P > 0,05%. Nếu CE < 0,45% : thép không cần nung nóng sơ bộ trước khi hàn. Nếu CE ³ 0,45% : phải nung nóng sơ bộ trước khi hàn. Hàm lượng CE càng lớn thì nhiệt độ nung nóng sơ bộ càng cao. Với thép có chiều dầy S = (6-8)mm thì chỉ cần nung nóng sơ bộ trước khi CE > 0,55%. - Thông số đánh giá nứt nóng Hcs : với thép cácbon trung bình và hợp kim trung bình có thể xác định bằng công thức : Trong đó : C, S, P, …..là thành phần hóa học của các nguyên tố có trong thép. Khi Hcs ³ 4, thép có khuynh hướng tạo nứt nóng. - Thông số đánh giá nứt nguội PL: là thông số biểu thị sự ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim tới sự hình thành nứt nguội, công thức tính : PCM là thông số biểu thị sự biến dòn của vùng ảnh hưởng nhiệt. Đối với thép hợp kim thấp : PCM = Trong đó K : hệ số. HD : hàm lượng hiđrô có trong kim loại (ml/100g). Khi PL ³ 0,286 thì thép có khuynh hướng tạo nứt nguội. - Xác định nhiệt độ nung nóng sơ bộ TP : Khi thép phải nung nóng sơ bộ, có thể tính nhiệt độ nung nóng sơ bộ theo hàm lượng các bon tương đương toàn phần : : đương lượng hóa học cácbon. : đương lượng có thứ nguyên của cácbon. Chương 2 Hàn hồ quang tay 2.1 Thực chất, đặc điểm của hàn hồ quang tay. a) Thực chất. Hàn hồ quang tay là một trong những phương pháp hàn nóng chẩy, dùng năng lượng của hồ quang điện nung nóng lim loại chỗ cần nối đến trạng thái chảy để sau khi kết tinh sẽ tạo thành mối hàn nối các chi tiết lại thành một khối bền vững. a) Đặc điểm. Cho đến nay hàn hồ quang tay vẫn được sử dụng rất phổ biến ở tất cả các nước kể cả ở nghững nước có nền công nghiệp phát triển bởi tính ling động, tiện lợi và đa năng của nó. Phương pháp này cho phép thực hiện các mối hàn ở mọi vị trí trong không gian. Thiết bị hàn hồ quang tay dễ vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng và mức đầu tư thấp nhất. Vì mọi chuyển động cơ bản đều được thực hiện bằng tay, nên chất lượng và năng suất hàn phụ thuộc hoàn toàn vào trình độ tay nghề và kinh nghiệm của người thợ hàn. 2.2 Hồ quang hàn và tính chất của nó. 2.2.1 Khái niệm, đặc điểm, cấu tạo hồ quang hàn. * Khái niệm : Hồ quang là hiện tượng phóng điện mạnh và liên tục qua môi trường khí (đã bị ion hóa) giữa hai điện cực. * Đặc điểm : Nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh, có thể làm nóng chảy tất cả các kim loại (nhiệt độ ở tâm cột hồ quang khoảng 60000C). Hình I-2 Trong không gian hồ quang gồm các phần tử tích điện e, ion âm và ion dương, trong đó electrôn đóng vai trò quan trọng nhất vì nó có điện tích âm nhỏ nhất (e = -1,602.10-19C), có khối lượng rất nhỏ, nhỏ hơn khối lượng nguyên tử hiđrô (là nguyên tử nhẹ nhất mH = 1,66.10-27kg) 1840 lần. * Cấu tạo của hồ quang. Cấu tạo của hồ quang gồm 3 vùng : vùng anốt A (cực +), vùng catốt K (cực -) và vùng cột hồ quang. Uh = UA + UK + UC - Vùng katốt : là vùng sản sinh ra các điện tử. Vùng này có điện áp UK, chiều dài khoảng 10-5cm. Nhiệt độ vùng này khoảng 32000C, chiếm 38% tổng nhiệt lượng hồ quang. - Vùng anốt : có điện áp UA, thể tích lớn hơn vùng catốt nhưng điện áp rơi nhỏ hơn, bằng (2-4)V (hàn dưới lớp thuốc). Vùng này có nhiệt độ 34000C, chiếm 42% tổng nhiệt lượng hồ quang. UK UC UA - Vùng cột hồ quang có điện áp UC. Nhiệt độ ở tâm khoảng 60000C, chiếm 20% tổng nhiệt lượng hồ quang. Nhiệt lượng của cột hồ quang làm nhiệm vụ nung nóng chảy que hàn và vật hàn ; cung cấp nhiệt lượng để phát xạ điện tử. Nhiệt ở A cao hơn ở K, do động năng của các điện tử electron lớn (vận tốc ằ vận tốc ánh sáng) va đập mạnh vào bề mặt A sinh ra nhiệt lớn. Khi hàn vật mỏng đấu cực âm vào vật hàn, cực dương vào que hàn. Sau khi hồ quang hình thành, muốn duy trì hồ quang cháy ổn định thì phải đảm bảo chiều dài hồ quang không đổi 2.2.2 Các phương pháp tạo hồ quang và sự cháy của hồ quang. a) Các phương pháp gây hồ quang. 1. Phương pháp mổ thẳng (mổ cò) - Hình a Que hàn tiếp xúc trực tiếp với vật hàn theo phương thẳng đứng (hình vẽ), sau đó nhanh chóng nhấc lên khỏi vật hàn một khoảng từ 2 - 4 mm và duy trì ở một khoảng cách cố định để hồ quang cháy ổn định. (1- 4)mm (1- 4)mm a) b) Phương pháp gây hồ quang và duy trì hồ quang 2. Phương pháp ma sát (quẹt diêm) - Hình b Nghiêng que hàn một góc và vạch nhẹ lên bề mặt vật hàn, sau đó nhanh chóng nhấc que hàn lên cách bề mặt vật hàn từ 2 4 4mm, giữ ở khoảng cách cố định để hồ quang cháy ổn định (hình vẽ). Trong hai phương pháp trên, phương pháp gây hồ quang ma sát dễ thao tác hơn (dễ dàng cho người mới học nghề) nhưng hay tạo vết trên bề mặt vật hàn. Phương pháp gây hồ quang thẳng đứng đòi hỏi thao tác phải nhanh bởi vì que hàn rất dễ bị dính vào vật hàn, không hình thành hồ quang được b) Sự cháy của hồ quang hàn. Như trên ta đã nói, sau khi cho que hàn chạm rất nhanh vào vật hàn rồi đưa lên độ cao 2-4mm thì phát sinh ra hồ quang. Sự cháy của hồ quang phụ thuộc vào : Điện thế giữa hai điện cực lúc máy chưa làm việc, cường độ dòng điện và khoảng cách giữa hai điện cực (chiều dài hồ quang). Quan hệ giữa điện thế và cường độ dòng điện giọ là đặc tính tĩnh của hồ quang. ỉng với một chiều dài hồ quang ta có đặc tính nhất định. Điện thế của hồ quang chủ yếu phụ thuộc vào cường độ và chiều dài hồ quang, ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiều tếu tố khác, ví dụ như vật liệu điện cực, các loại khí chứa trong khoảng không gian của hồ quang cháy và loại dòng điện v.v... Khi hàn hồ quang tay, điện thế chủ yếu phụ thuộc vào chiều dài hồ quang. Qua thực nghiện đã vẽ được đường đặc tính tĩnh của hồ quang. Trên giảng đồ Uh = f(I), Uh thay đổi theo ba khoảng dòng điện, tức là hình dáng đường cong đặc tính thay đổi cùng với sự thay đổi dòng điện. Uh = I.R = r Khoảng dòng điện I < 80A, điện thế hồ quang giảmkhi dòng điện tăng lên. Nguyên nhân là lúc này công suất hồ quang còn bé, tăng dòng điện thì sẽ tăng mặt cắt hồ quang và đồng thời tăng tính dẫn điện của nó. Đường đặc tính tĩnh trong khoảng dòng điện này là giảm dần liên tục. Do điện tăng trong khoảng 80 đến 1000 A thì điện thế hồ quang trở lên không đổi. Lúc này điện thế hồ quang chỉ thay đổi phụ thuộc vào chiều dài hồ quang. Đường đặc tính tĩnh của hồ quang hầu như song song với trục của dòng điện và được gọi là đường đặc tính cứng, loại đường này được dùng nhiều trong hàn hồ quang tay vì hồ quang rất ổn định. II III I 102 103 Ih Hình I-3 Nếu tăng dòng điện lên trên 1000A thì mật độ dòng điện trong que hàn rất cao. Vết cực và mặt cắt hồ quang không tăng được nữa, mặc dầu mật độ dòng điện tỷ lệ với cường độ dòng điện, vết cực không tăng mà chỉ mật độ dòng điện tăng. Bởi thế điện thế tăng và đường cong đặc tính dốc lên. Loại đường đặc tính này dùng trong hàn tự động dưới lớp thuốc và hàn khí bảo vệ. .c) Quá trình hình thành hồ quang: Quá trình hình thành hồ quang xảy ra rất ngắn (khoảng 1/10giây), nhưng nó có thể chia làm 4 giai đoạn sau : Hình I-1 a) b) c) d) - Giai đoạn a : Que hàn tiếp xúc với vật hàn, tại các chỗ nhấp nhô mật độ dòng điện tăng lên rất cao. - Giai đoạn b : do mật độ dòng điện tại chỗ tiếp xúc tăng cao sẽ sinh ra nhiệt lượng lớn làm nóng chảy kim loại và điền đầy khoảng không gian giữa hai điện cực. - Giai đoạn c : khi nhấc que hàn lên khỏi vật hàn, do tác dụng của lực từ trường, cột hồ quang bị kéo dài ra, tiết diện ngang giảm xuống. - Giai đoạn d : Tại chỗ thắt, mật độ dòng điện tăng cao làm kim loại đạt đến nhiệt độ sôi và cắt đứt phần kim loại lỏng đi vào vũng hàn, hồ quang được hình thành. Sau khi hồ quang hình thành, do ảnh hưởng của nhiệt hồ quang sẽ xảy ra hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử trên bề mặt catốt, kèm theo sự tăng đáng kể của điện áp làm cho hiện tượng tự phát xạ tăng lên và hồ quang được duy trì. 2.2.3 Hiện tượng thổi lệch hồ quang và biệm pháp khắc phục. Hồ quang hàn được hình thành trong môi trường khí giữa hai điện cực (Một điện cực có thể là vật hàn), cho nên coi nó như là một dây dẫn mền và dưới tác dụng của một số yếu tố khác nó có thể bị kéo dài và dịch chuyển khỏi vị trí bình thường ta gọi là hiện tượng thổi lệch hồ quang và gây hậu quả xấu cho quá trình hàn.. Hiện tượng này thường xảy ra với dòng một chiều, còn với dòng xoay chiều do chiều dòng điện thay đổi liên tục nên hồ quang ít bị thổi lệch. 2.2.3.1 Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng thổ lệch hồ quang a) ảnh hưởng của từ trường riêng. Khi hàn, xung quanh cột hô quang, điện cực hàn, vật hàn . sẽ sinh ra từ trường . Nếu từ trường xung quanh cột hồ quang phân bố đối xứng, thì nó sẽ không bị thổi lệch (hình b). Nếu từ trường phân bố không đối xứng thì nó sẽ bị thổi lệch về phía có từ trường yếu hơn (hình a,c) cột hồ quang thổi lệch ngược với phía nối dây. b) ảnh hưởng củavật liệu sắt từ. Khi đặt gần hồ quang một vật sắt từ giữa chúng sẽ sinh ra một lực điện từ có tác dụng kéo hồ quang về phía sắt từ đó. Điều này khó khăn khi hàn góc hay khi hàn gần cuối đường hàn. c) ảnh hưởng của góc nghiêng que hàn. Góc nghiêng que hàn cũng ảnh hưởng đến sự phân bố đường sức từ xung quanh hồ quang. Bởi vậy chọn góc nghiêng que hàn thích hợp có thể thay đổi đueoẹc tính chất phân bố đường sức từ và có thể tạo ra từ trường đồng đều, khắc phục hiện tượng thổi lệch hồ quang khi hàn . vh vh 2.2.3.2 Các biệm pháp khắc phục. Để khắc phục và hạn chế ảnh hưởnh của hiện tượng thổi lệch hồ quang chúng ta có thể sử dụng một trong những biệm pháp sau đây: - Thay đổi cách nối dây với vật hàn để tạo ra từ trường đối xứng - Chọn góc nghiêng que hàn nghiêng một cách thích hợp. - Giảm chiều dài hồ quang đến mức có thể (bằng cách hàn hồ quang gắn). - Thay dòng điện hàn một chiều bằng dòng xoay chiều. - Đặt thêm vật sắt từ ở gần cuối đường hàn. 2.2.4 Phân loại hàn hồ quang hàn a) Phân loại theo dòng điện. Phân loại theo dòng điện, hàn hồ quang tay được chia ra : 1/ Hàn bằng dòng điện xoay chiều AC (Alternating Current). + Ưu điểm : thiết bị đơn giản, dễ chế tạo, dễ bảo quản sửa chữa, giá thành thấp, thuận tiện ở nơi gần lưới điện và hồ quang ít bị thổi lệch. + Nhược điểm : Khó gây hồ quang và hồ quang cháy không ổn định, do đó chất lượng mối hàn không đạt được yêu cầu cao, không dùng được với tất cả các loại que hàn. 2/ Hàn bằng dòng điện một chiều DC (Direct Current). + Ưu điểm : dễ gây hồ quang và hồ quang cháy ổn định, tiện lợi ở nơi xa lưới điện, chất lượng mối hàn đạt được cao. + Nhược điểm : tổn hao nhiều năng lượng (do dùng máy phát, chỉnh lưu), hồ quang hay bị thổi lệch. Do có những ưu nhược điểm trên mà hiện nay cả hai phương pháp này cùng tồn tại và bổ trợ cho nhau. b) Phân loại theo cách nối dây. 1/ Nối trực tiếp Nối trực tiếp là nối một cực của nguồn điện hàn với que hàn, còn cực kia nối với vật hàn. Khi hàn bằng dòng một chiều, nối trực tiếp được phân ra : nối thuận và nối nghịch. + Nối thuận: là nối cực dương của nguồn với vật hàn, cực âm với que hàn. + Nối nghịch: là nối cực dương của nguồn với que hàn, cực âm với vật hàn. Khi hàn vật mỏng dùng phương pháp nối nghịch và hàn vật dầy nối thuận. a) Nối trực tiếp b) Nối gián tiếp c) Nối hỗn hợp 2/ Nối gián tiếp : là nối hai cực của nguồn điện với que hàn còn vật hàn không nối cực. Hồ quang cháy giữa hai que hàn, do vậy có thể điều chỉnh được lượng nhiệt của vũng hàn khi hàn bằng cách thay đổi chiều dài cột hồ quang (hình vẽ). Cách nối dây này dùng khi hàn các vật mỏng, hàn thép có nhiệt độ nóng chảy thấp bằng điện cực không nóng chảy. 3/ Nối hỗn hợp Dùng khi hàn hồ quang tay bằng dòng ba pha. Hai cực của nguồn điện nối với que hàn còn cực kia nối với vật hàn. Ưu điểm là nhiệt tập trung cao, năng suất hàn cao. Thường áp dụng khi hàn vật dầy, các kim loại và hợp kim nóng chảy cao. c) Phân loại theo điện cực 1/ Hàn bằng điện cực nóng chảy (que hàn, dây hàn……) : mối hàn do kim loại điện cực và kim loại vật hàn tạo nên. 2/ Hàn bằng điện cực không nóng chảy (Vonfram, điện cực than). Mối hàn tạo nên có thể chỉ do kim loại vật hàn nóng chảy (nếu không dùng que hàn phụ), hoặc do cả kim loại que hàn và vật hàn tạo nên khi hàn bằng điện cực nóng chảy hoặc không nóng chảy có dùng que hàn phụ. Hồ quang có thể cháy trực tiếp giữa que hàn và vật hàn hoặc cháy gián tiếp giữa que hàn và que hàn bằmg nguồn điện hai pha hoặc ba pha. 2.3 Chuẩn bị phôi và khĩ thuật khai triển một số mặt hình học cơ bản. Công việc chuẩn bị phôi trước khi hàn bao ngồm: - Khai triển phôi. - Cắt và tạo hình. - Chuẩn bị mép hàn - Hàn đính và gá lắp. - Làm sạch. 2.3.1 Kỹ thuật khai triển một số hình học cơ bảN Khai triển phôi là"trải" chi tiết từ dạng hình không gian ra hình phẳng, sau đó tính toán, xác địng các yếu tố công nghệ như: lượng dư gia công, dung sai…rồi cắt ra phôi có kích thước cần thiết là các phôi hàn . 2.3.1.1 Các phép dựng hình cơ bản. 2.3.1.1 Khai triển một số mặt hình học cơ bản. 1. Khai triển hình trụ tròn. Khai triển hình trụ tròn có: dt - đường kính trong D n - đường kính ngoài. t - chiều dầy vật liệu. H - Chiều cao hình trụ Xác địng: dtb- đường kính trung bình dtb = dt + Dn - t L chiều dài tấm vật liệu khai triển L = p.dtb Khai triển của hình trụ là hình chữ nhật có kích thước LxH 2. Khai triển hình nón. Khai triển hình nón có: D - đường kính đáy H- chiều cao Xác định R và b: R= Hoặc R= b= Dựa vào R,b dựng được hình khai triển. c) Khai triển hình nón cụt đều. Khai triển hình nón cụt đều có các thông số sau: D = đường kính đáy lớn D1 = đường kính đáy nhỏ H = chiều cao * Các bước tiến hành: Bước 1 - Vẽ hình chiếu đứng thể hiện đáy lớn D và đáy nhỏ D1. - Vẽ hình chiếu bằng thể hiện chiều cao H. - Kéo dài hai đường sinh tìm tâm quay hình khai triển. Bước 3 Xác định bán kính lớn R, bán kính nhỏ e và góc mở b. - Xác định e Ta có: b = ( D – D1)/2 tg a = b/H; r1 = D1/2 ị e = r1 /sina C2 = H2 + b2 Từ hình vẽ ta có: R = c + e b = r/R x 360o Bước 4 vẽ.(1,0đ) Biết: * Dựa vào 3 thông số R,e và b. Dựng hình khai triển như hình 4. Khai triển khuỷu vuông góc. Biết đường kính hai ống khuỷu bằng nhau và bằng d * Các bước khai triển: Bước 1: Dượng đường kính ống và đường tròn đường kính dcủa ống. Chia nửa đường tròn thành 6 phần bằng nhau, đánh ssố từ 1 – 7. Dựng các đường chiếu sang hình chiếu đứng cắt giao tuyến tại các điểm 1o –7o tương ứng. Bước 2: Khai triển ống A (ống B làm tương tự ) Chiều dài khai triển bằng Pd được chia thành 12 phần bằng nhau đánh số từ giữa ra.Từ các điểm 1o –7o chiếu xuống hình khai triển ,được các điểm 1’ – 7’. Bước 3: Nối các điểm 1’ – 7’ theo đường cong ta được 1/2 hình khai triển. lấy đối xứng ta được cả hình khai triển. Chương II : Vật liệu hàn. 2.1 Vật liệu hàn hồ quang tay. 2.1.1 Cấu tạo và yêu cầu của que hàn. a. Cấu tạo Que hàn gồm hai phần chính : - Lõi que : là những đoạn dây kim loại có đường kính từ 1,6 á6mm, chiều dài L = (250 á 450)mm. Đường kính que hàn quy ước gọi theo đường kính của lõi que (TCVN – 89). 10-15 1 250 - 450 - Vỏ thuốc : gồm hỗn hợp các hóa chất , khoáng chất, các ferô hợp kim và chất kết dính. b. Yêu cầu : - Đối với vỏ thuốc bọc : + Tạo ra môi trường ion hóa tốt để dễ gây hồ quang và hồ quang cháy ổn định (dùng các nguyên tố kim loại kiềm và kiềm thổ). + Tạo khí bảo vệ tốt vũng hàn (thành phần có: tinh bột xenlulô, đá cẩm thạch,..). + Tạo lớp xỉ bảo vệ trên toàn bộ bề mặt mối hàn và dễ bong khi nguội (thường dùng các ôxit : TiO2, MnO, SiO2, huỳnh thạch CaF2, …) + Có tác dụng khử ôxy và hợp kim hóa kim loại mối hàn (thuốc bọc chứa các nguyên tố : C, Si, Mn,..). + Đảm bảo thuốc bọc bám chắc lên lõi que (thường dùng nước thủy tinh, đextrin). +Nhiệt độ nóng chảy của thuốc phải lớn hơn nhiệt độ nóng chảy của lõi que để khi hàn nó tạo thành phễu đỡ kim loại lỏng. - Xét tổng thể, que hàn phải đạt các yêu cầu sau : + Đảm bảo yêu cầu về cơ tính của kim loại mối hàn. + Có tính công nghệ tốt : dễ gây hồ quang và hồ quang cháy ổn định ; nóng chảy đều, không vón cục; kim loại mối hàn ít bị khuyết tật ;..v.v….. 2.1.2 Thành phần lõi que hàn : - Cácbon : khử ôxy tương đối tốt tạo thành CO2 , hàm lượng C Ê 0,18%. - Mangan : là chất khử ôxy rất tốt, khử được tác dụng của lưu huỳnh, làm giảm khả năng nứt nóng và hợp kim hóa nâng cao độ bền mối hàn. Trong lõi que hàn Mn = (0,4-0,6)% , có trường hợp lên tới 0,8% hoặc 1,1%. - Silic : Khử ôxy mạnh hơn Mn, song tạo thành SiO2 (có nhiệt độ nóng chảy cao), làm xỉ quánh hơn; do đó dễ gây ra rỗ xỉ. Mặt khác nó còn làm cho cácbon không bị ôxy hóa ở nhiệt độ cao và khi đông đặc cácbon mới bị ôxy hóa tạo thành khí CO khó thoát ra ngoài gây rỗ khí, ngoài ra nó còn làm tăng sự bắn tóe kim loại vũng hàn. Hàm lượng Si Ê 0,03%. - Crôm : khi hàn, Cr bị ôxy hóa tạo thành Cr2O3 có nhiệt độ nóng chảy cao nên nằm lại trong vũng hàn gây rỗ xỉ. Hàm lượng Cr Ê 0,3%. - Niken : không gây ảnh hưởng đến quá trình hàn (bị lẫn trong kim loại que hàn), hàm lượng Ni Ê 0,3%. - S, P : có hại đến quá trình hàn, hàm lượng nhỏ hơn 0,03%. 2.1.3 Thành phần thuốc bọc que hàn. Thành phần thuốc bọc que hàn gồm nhiều nhóm vật liệu khác nhau, có thể chia thành các nhóm sau : Nhóm vật liệu tạo khí : Tạo ra các khí bảo vệ kim loại vũng hàn khỏi tác dụng của không khí. Các chất thường dùng : chất hữu cơ (tinh bột, xenlulô, đextrin,…) hoặc các muối CaCO3 , MgCO3 ,.v.v… b. Nhóm vật liệu tạo xỉ : Tạo nên lớp xỉ phủ trên bề mặt mối hàn có tác dụng bảo vệ kim loại lỏng khỏi tác dụng của ôxy, nitơ và tinh luyện mối hàn. Thường dùng nhất là quặng mangan, đôlômit, SiO2, fenspat, cao lanh,v.v….Để xỉ có hoạt tính và độ chảy loãng tốt, người ta cho thêm vào thuốc bọc huỳnh thạch, quặng titan. c. Nhóm vật liệu khử ôxy : Gồm các ferô hợp kim (FeO.Si ,FeO.Mn , FeO.Ti , FeO.Al ,…). Những nguyên tố hợp kim của các ferô này có ái lực với ôxy mạnh hơn sắt (hoàn nguyên sắt) tạo thành các ôxit không hòa tan vào sắt mà đi vào xỉ. d. Nhóm vật liệu hợp kim hóa : Bổ sung các nguyên tố hợp kim để điều chỉnh thành phần hóa học mối hàn. Nhóm vật liệu thường dùng là các ferô hợp kim hoặc các kim loại : Cr, Ni, Mn,… e. Nhóm vật liệu ổn định hồ quang : Dùng các nguyên tố có điện thế ion hóa thấp (kim loại kiềm và kiềm thổ : Ca, Na, K ) hoặc các chất khác : đá phấn, K2CO3, nước thủy tinh, … f. Nhóm vật liệu xêmentit hóa : Có tác dụng bảo đảm độ bền thuốc bọc sau khi khô, thường dùng nhất là nước thủy tinh, đextrin. g. Nhóm vật liệu tạo hình : Làm tăng thêm tính dẻo của thuốc bọc để bám chắc lên lõi que, dùng phổ biến là : bentônit, cao lanh, đextrin,.v.v… Để nâng cao năng suất hàn, người ta thường cho vào thuốc bọc một lượng bột sắt khoảng dưới 60% khối lượng thuốc bọc. 2.1.4 Phân loại que hàn. a). Theo công dụng, que hàn được chia thành các nhóm sau : - Que hàn để hàn thép các bon và thép hợp kim kết cấu. - Que hàn để hàn thép hợp kim chịu nhiệt. - Que hàn thép hợp kim cao và có tính chất đặc biệt. - Que hàn đắp. - Que hàn gang,… b). Theo chiều dầy lớp thuốc bọc, quy ước : - Que hàn thuốc bọc mỏng : Ê 1,2 . - Que hàn thuốc bọc trung bình : 1,2 < Ê 1,45 . - Que hàn thuốc bọc dầy : 1,45 < Ê 1,8 . - Que hàn thuốc bọc đặc biệt dầy : > 1,8 . c). Theo tính chất của thuốc bọc có : - Que hàn loại vỏ thuốc hệ axit (A) : thành phần gồm ôxit sắt, ôxit mangan, ôxit silic, ferô mangan,…. Loại này có tốc độ chảy lớn, cho phép hàn bằng dòng một chiều và xoay chiều, hàn được mọi vị trí trong không gian., nhưng có khuynh hướng nứt nóng nên ít dùng để hàn thép có hàm lượng lưu huỳnh và các bon cao. - Que hàn loại vỏ thuốc hệ bazơ (B) : thành phần gồm có : CaCO3, MgCO3, huỳnh thạch, ferô mangan, ferô silic,….. Loại này khi hàn tạo ra khí bảo vệ là CO và CO2, chỉ được sử dụng với dòng một chiều nối nghịch, mối hàn ít bị nứt kết tinh nhưng hay gây rỗ khí. Có thể sử dụng để hàn các loại thép có độ bền cao, các kết cấu hàn quan trọng. - Que hàn loại vỏ thuốc hệ hữu cơ (O hoặc C) : thành phần chứa nhiều tinh bột, xenlulô …tạo khí bảo vệ vũng hàn. Loại que này có tốc độ đông đặc vũng hàn nhanh nên sử dụng để hàn rơi, hàn với dòng xoay chiều hoặc một chiều. - Que hàn loại vỏ bọc hệ rutin (R) : thành phần gồm TiO2, CaCO3, MgCO3, grafit, ferô hợp kim,… Khi hàn hồ quang cháy ổn định, mối hàn hình thành tốt, ít bắn tóe nhưng dễ dị rỗ khí và nứt kết tinh trong mối hàn. Hàn được với dòng xoay chiều và một chiều. 2.1 5 Một số tiêu chuẩn và ký hiệu que hàn. 2.1.5.1 Ký hiệu que hàn theo tiêu chuẩn Việt Nam. a) Que hàn thép C và thép hợp kim thấp, TCVN 3734 – 89. Trong ký hiệu, gồm 4 thành phần như sau : N 46 - 3 R (1) (2) (3) (4) (1) : Một chữ cái in hoa chỉ que hàn thép C và thép hợp kim thấp ‘’N’’. (2) : Hai chữ số tiếp theo chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu (46 KG/mm2, tra bảng tìm được độ dãn dài, giới hạn va đập, góc uốn). (3) : Một chữ số tiếp theo chỉ loại dòng điện hàn (1,3,5,7 : hàn với dòng xoay chiều hoặc một chiều; 2,4,6,8 : hàn với dòng một chiều). Với que axit (DC cực âm), que bazơ (DC cực dương), que hữu cơ (DC cực âm và dương), với que rutin (DC cực âm và AC). (4) : Một hoặc hai chữ cái in hoa chỉ loại vỏ thuốc bọc ( R : rutin). b). Que hàn thép chịu nhiệt Trong ký hiệu gồm các thành phần sau : Hn CrXX MoXX VXX …. -XXX X (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (1) : Ký hiệu que hàn thép chịu nhiệt ‘’ Hn’’ (2), (3) , (4) : Hàm lượng Cr, Mo, V tính theo phần nghìn . (5) : Các nguyên tố hợp kim khác và hàm lượng của nó (nếu có). (6) : Nhiệt độ làm việc lớn nhất của kim loại mối hàn (0C). (7) : Loại thuốc bọc que hàn (A, B, C, R, RR,…) Ví dụ : Hn Cr06 Mo12 V04 – 450 R : que hàn thép chịu nhiệt, làm việc ở nhiệt độ tối đa là 4500C, loại thuốc bọc hệ rutin, thành phần hóa học kim loại mối hàn: 0,6%Cr, 1,2% Mo và 0,4% V. c). Que hàn thép bền nhiệt và không gỉ. Trong ký hiệu gồm các thành phần sau : Hb CrXX NiXX MnXX …. -XXX X (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (1) : Ký hiệu que hàn thép bền nhiệt và không gỉ ‘’ Hb’’ (2), (3) , (4) : Hàm lượng Cr, Ni, Mn tính theo phần trăm . (5) : Các nguyên tố hợp kim khác và hàm lượng của nó (nếu có). Nếu không có chữ số kèm theo thì hàm lượng nguyên tố đó xấp xỉ bằng 1% (6) : Nhiệt độ làm việc ổn định của kim loại mối hàn (0C). (7) : Loại thuốc bọc que hàn (A, B, C, R, RR,…) Ví dụ : Hn Cr18 Ni8 Mn – 600B : que hàn thép bền nhiệt và không gỉ, hàm lượng các nguyên tố trong kim loại đắp: 18%Cr, 8% Ni và 1% Mn. Nhiệt độ làm việc ổn định ở 6000C, loại thuốc bọc hệ bzơ (B). d). Que hàn thép hợp kim có độ bền cao. Ký hiệu gồm các thành phần sau : Hc XX CrXX MnXX WXX …… -XXX X (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (1) : Chữ cái in hoa chỉ que hàn thép hợp kim có độ bền cao ‘’Hc’’. (2) : Hai chữ số chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu (KG/mm2). (3), (4), (5), (6) : Hai chữ số chỉ hàm lượng Cr, Mn, W, và các nguyên tố khác (nếu có) tính theo %. (7) : Ba chữ số biểu thị nhiệt độ làm việc ổn định của mối hàn (0C). (8) : Một hoặc hai chữ cái in hoa chỉ loại vỏ thuốc bọc. 2.1.5.2 Ký hiệu que hàn theo tiêu chuẩn quốc tế ISO. a). Que hàn thép C và thép hợp kim thấp – ISO 2560. Cấu trúc ký hiệu gồm tám loại thông tin khác nhau, trong đó bốn loại ở phần đầu bắt buộc phải đưa ra. E 51 3 RR 150 1 1 H (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (1) : Một chữ cái in hoa chỉ que hàn hồ quang tay ‘’E’’. (2) : Hai chữ số ‘’43’’ hoặc ‘’51’’ chỉ giới hạn bền kéo của kim loại mối hàn (510 á 610 )MPa , 1Pa = 1N/m2. (3) : Một chữ số chỉ độ giãn dài tương đối (%) và nhiệt độ thấp nhất khi độ dai va đập KCV = 28 J/cm2 (tra bảng số 3 ta được d = 20%, KCV = 28 J/cm2 đạt được ở nhiệt độ T = - 200C ). (4) : Một hoặc hai chữ cái chỉ loại thuốc bọc que hàn ‘’RR’’ : rutin vỏ dầy. (5) : Ba chữ số biểu thị hiệu suất đắp của que hàn (Kc = 145 á 155%). Kc = Gđ/Gc, chỉ ghi khi Kc ³ 105%. (6) : Một chữ số tiếp theo chỉ vị trí mối hàn trong không gian. 1 : Hàn ở mọi vị trí . 2 : Hàn ở mọi vị trí, trừ vị trí hàn rơi. 3 : Hàn ở vị trí phẳng, ngang và leo. 4 : Hàn ở vị trí phẳng (giáp mối và góc). 5 : Như 3 và đứng từ trên xuống. (7) : Một chữ số chỉ loại nguồn điện, cực tính và điện áp không tải. Bảng 1 Chỉ số 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Cực tính nguồn + +/- - + +/- - + +/- - + U0 (V). - 50 50 50 70 70 70 90 90 90 (8) : Chữ cái H chỉ hàm lượng H2 nhỏ hơn 15 cm3/100g kim loại đắp. b). Que hàn thép hợp kim chịu nhiệt theo ISO 3580. Cấu trúc ký hiệu gồm các thành phần sau : E 5Cr Mo V B 2 0 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (1) : ‘’E’’ que hàn hồ quang tay. (2), (3), (4) : Một chữ số biểu thị hàm lượng Cr trong kim loại đắp (nếu không có chữ số thì hàm lượng nguyên tố đó sấp xỉ bằng 1 % : 5% Cr, 1% Mo, 1% V). (5) : Một hoặc hai chữ cái in hoa chỉ loại thuốc bọc que hàn ( B : bazơ). (6) Một chữ số chỉ vị trí mối hàn trong không gian (2: hàn ở mọi vị trí, trừ vị trí hàn rơi) (7) : Một chữ số chỉ loại dòng điện, cực tính và điệ áp không tải Uo (tra bảng). c). Que hàn thép không gỉ và thép hợp kim cao – ISO 3581. Các nguyên tố hợp kim chủ yếu trong thép không gỉ và thép hợp kim cao là Cr, Ni, Mo. Do vậy, để đơn giản hóa trong ký hiệu người ta không ghi cụ thể tên nguyên tố mà chỉ ghi hàm lượng % các nguyên tố đó. Ví dụ : E 19 12 2 ….. R 120 1 6 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (1) : Que hàn hồ quang tay ‘’E’’. (2) : Hai chữ số chỉ hàm lượng Cr, tra bảng Cr = (17á 20)%. (3) : Một đến hai chữ số chỉ hàm lượng Ni, tra bảng Ni = (11á 14)%. (4) : Một chữ số chỉ hàm lượng Mo = 2%. (5) : Chữ số chỉ hàm lượng các nguyên tố khác (ví dụ 3Nb, tức là Nb = 3%). (6) : Một đến hai chữ cái chỉ hệ thuốc bọc , rutin (R). (7) : Ba chữ số chỉ hiệu suất đắp, Kc = 120%. (8) : Một chữ số chỉ vị trí mối hàn trong không gian (1: hàn được ở mọi vị trí, thích hợp với dòng hàn một chiều nối nghịch). (9) : Một chữ số chỉ loại dòng điện, cực tính và điện áp không tải Uo. Thép hay kim loại đắp có hàm lượng C < 0,04% được ghi thêm chữ L ngay sau hàm lượng % các nguyên tố (ví dụ : 19.12.2.L) Các ký hiệu khác : loại vỏ thuốc bọc, hiệu suất đắp,.v.v… giống như trong ISO 2560. 2.1.5.3 Ký hiệu que hàn theo tiêu chuẩn Hoa kỳ AWS. a). Que hàn thép các bon theo AWS A.5.1. Cấu trúc ký hiệu có các thành phần sau : E 70 1 4 (1) (2) (3) (4) (1) : Ký hiệu bắt đầu bằng chữ cái ‘’E’’ biểu thị đó là que hàn. (2) : Hai chữ số ‘’60’’ hoặc ‘’70’’ chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu của kim loại đắp (Ksi). sk = 70Ksi (1Ksi = 6,9.106 Pa = 6,9 MPa = 0,703 KG/mm2). (3) : Một chữ số chỉ vị trí mối hàn trong không gian : 1 : Hàn ở mọi vị trí. 2 : Hàn ở vị trí bằng và ngang. 3 : Hàn ở mọi vị trí, hàn ở vị rtí hàn rơi. Tổ hợp của số (3) và (4) chỉ loại thuốc bọc que hàn, loại dòng điện, cực tính, hiệu suất đắp…. (bảng 2-5, tr.65 sách Giáo trình CNH) ‘’14’’ : loại thuốc bọc là RR, vị trí hàn bằng, leo, trần, ngang (F, V, OH, H ), loại dòng điện DC (+/-) và AC. b). Que hàn hồ quang tay thép các bon thấp theo AWS A5.5. Cách ký hiệu tương tự như ở tiêu chuẩn AWS A5.1. Bắt đầu bằng chữ ‘’E’’ chỉ que hàn hồ quang tay, hai hoặc ba chữ số tiếp theo chỉ giưói hạn bền kéo tối thiểu của kim loại mối hàn (Ksi), chữ số tiếp theo chỉ vị trí hàn. Tổ hợp hai chữ số cuối trong ký hiệu chỉ yêu cầu về dòng điện hàn, cực tính, loại vỏ bọc,….. Phần cuối có thêm ký tự A1,……,B1 biểu thị hàm lượng trung bình của các nguyên tố hợp kim có trong kim loại đắp. Ví dụ: E70XX – A1 : que hàn thép C – Mo (loại 0,5 Mo). XX thường là 10, 11, 15, 16, 18, 20, 27, tùy theo loại vỏ thuốc bọc (tiêu chuẩn AWS A5.1). Thành phần hóa học của kim loại mối hàn : 0,12% C, (0,6 á 1,0)% Mn, (0,4 á 0,8)% Si, (0,4 á 0,65)% Mo. Giới hạn bền kéo 480MPa, giới hạn chảy 390MPa, độ dãn dài 22 á 25%. c). Que hàn thép không gỉ và thép Cr – Ni theo AWS A5.4. Tiêu chuẩn này có tới 38 loại que hàn với hàm lượng Cr trong kim loại mối hàn từ 4,0 đến 32% và Ni có thể đến 37%. Ký hiệu bắt đầu bằng chữ ‘’E’’ chỉ que hàn, tiếp theo tổ hợp các chữ số và các ký tự chỉ thành phần hóa học của kim loại mối hàn, hai chữ số 15 hoặc 16 dùng để ký hiệu vị trí mối hàn trong không gian, loại dòng điện, cực tính của dòng DC (bảng 2.10 và 2.11- tr.69, 70 sách Giáo trình CNH). Ví dụ : E307 : que hàn thép không gỉ và thép Cr – Ni, giới hạn bền kéo của kim loại mối hàn là 85 Ksi (590 MPa), độ giãn dài 30%. Thành phần hóa học của kim loại mối hàn : C = (0,04 á 0,14)%, Cr = (18 á 21,5)%, Ni = (9 á 10,7)%, Mo = (0,5 á 1,5)% 2.1.6. Chọn que hàn hồ quang tay . Có thể căn cứ vào các yếu tố chủ yếu sau đây để chọn que hàn : - Que hàn phải cho phép tạo ra được kim loại mối hàn có tính chất tương đương với kim loại cơ bản. - Thích hợp với nguồn điện và máy hàn (nguồn DC hay AC, cực tính của nguồn….). - Kiểu liên kết và các yêu cầu về mối nối (độ ngấu, kiểu vát mép, số lớp hàn,…). - Phù hợp với các yêu cầu về chất lượng mối hàn (điều kiện làm việc của kết cấu) - Có năng suất hàn cao nhất (hệ số đắp cao). 2.2 Vật liệu dùng trong hàn tự động và bán tự động. 2.2.1 Dây hàn . Dây hàn có tác dụng bổ sung kim loại cho mối hàn, đồng thời đóng vai trò điện cực dẫn điện, gây hồ quang và duy trì sự cháy hồ quang. Dây hàn được chế tạo từ các kim loại hay hợp kim có độ dẻo cao. Trường hợp kim loại mối hàn cần có độ cứng cao thì kim loại đắp (kim loại que hàn) cũng cần có tính dẻo thấp (C < 0,12%), vì nếu hàm lượng C lớn dễ làm giảm tính dẻo và tăng khả năng nứt của kim loại mối hàn. Đường kính của dây hàn tự động dưới lớp thuốc từ 1,6 á 6 mm, hàn hồ quang bán tự động từ 0,8 á 2,4 mm. Bảng2:Kích thước và khối lượng các cuộn dây hàn. Đường kính dây (mm) Đường kính trong cuộn dây (mm) Khối lượng của cuộn dây (kg) Thép cácbon thấp Thép hợp kim Thép hợp kim cao 0,3 - 0,5 150 - 300 2 2 1,5 0,8 200 – 350 5 5 3 1 – 1,2 200 – 400 20 15 10 1,4 300 – 600 25 15 10 1,6 – 2,0 300 – 600 30 20 15 2,5 – 3,0 400 – 600 - - - 4 – 10 500 – 750 40 30 20 12 600 - 800 - - - * Các loại dây hàn Dây hàn dùng trong môi trường khí bảo vệ : Khi hàn trong môi trường khí bảo vệ, những đặc tính của quá trình công nghệ hàn phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của dây. Hàn trong môi trường khí bảo vệ thường sử dụng dây có đường kính từ 0,8-2mm. Để đảm bảo sự ổn định của quá trình hàn cũng như chất lượng của liên kết hàn đòi hỏi bề mặt dây hàn phải sạch, do đó dây hàn thường được bọc lớp mạ đồng. Lớp mạ đồng có tác dụng nâng cao chất lượng bề mặt và khả năng chống gỉ, đồng thời nâng cao tính ổn định của quá trình hàn. b. Dây hàn dùng hàn dưới lớp thuốc. Chất lượng của liên kết hàn dưới lớp thuốc phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng của dây hàn và thuốc hàn. Việc lựa chọn dây hàn và thuốc hàn căn cứ vào tính chất vật liệu, các yêu cầu đối với mối hàn (cơ tính và điều kiện làm việc của mối hàn). Dây hàn dùng hàn thép các bon và thép hợp kim thấp khi hàn dưới lớp thuốc là các loại CB-08; CB-08A, hoặc dây hàn mangan như CB-08G ; CB-10G2,.v.v…. Hàm lượng C Ê 0,12%, nếu hàm lượng cácbon cao dễ làm giảm tính dẻo và tăng khả năng nứt nóng kim loại mối hàn. Đường kính dây hàn từ 1,6 – 5mm. c. Dây hàn bột. Căn cứ vào tiết diện ngang, dây hàn có hai loại : dây hàn trần (đặc) và dây hàn bột. Dây hàn bột là một ống kim loại, bên trong có cấu tạo phức tạp, được điền đầy các vật liệu cần thiết ở dạng bột. Hỗn hợp trong dây hàn vừa làm nhiệm vụ dụng bổ sung kim loại , hợp kim hóa , đồng thời nó còn có tác dụng bảo vệ kim loại lỏng khỏi tác dụng của không khí và ổn định hồ quang. Tỷ số giữa khối lượng bột với khối lượng vỏ kim loại dao động trong khoảng 10 á 40%. Các loại tiết diện dây hàn bột như hình vẽ : Căn cứ theo tính chất công việc hàn, dây hàn bột được dùng dưới hai hình thức sau : - Với chức năng tự bảo vệ : dùng trong hàn hồ quang hở. - Với chức năng được bảo vệ bằng môi trường bổ sung khác : hàn trong môi trường khí bảo vệ CO2. Bảng 3 : Tính chất cơ học của kim loại hàn bằng dây hàn bột. Mác dây Tính chất cơ học sB (kG/mm2) d (%) ak (kG/mm2). PP - AH1 50 21 10 PP - AHM - 1 42 18 8 PB -1 49 22 12 PBC - 3 53 21 12 PP - AH3 56 28 20 PP - AH7 52 28 18 PP - AH11 56 26 19 PP - AH9 54 29 17 PP - AH8 53 28 16 PP - AH10 54 28 16 2.2.2 Thuốc hàn. Thuốc hàn là một loại vật chất gồm nhiều thành phần ở dạng bột có kích thước xác định, từ 0,25 á 4 mm. a) Yêu cầu chung :Thuốc bọc que hàn hay thuốc hàn tự động, bán tự động phải có một số đặc tính cơ bản sau : - Có khả năng ion hóa mạnh để dễ gây hồ quang. - Bảo vệ kim loại lỏng mối hàn không tác dụng với ôxy và nitơ của không khí xung quanh để đảm bảo cơ tính mối hàn. - Tạo xỉ tốt, xỉ phủ đều bề mặt mối hàn để giữ nhiệt và bảo vệ kim loại mối hàn khỏi tác dụng của không khí và phải dễ bong khỏi mối hàn khi nguội. - Có tác dụng hợp kim hóa kim loại mối hàn, nâng cao cơ tính mối hàn. - Có chất kết dính tốt để đảm bảo độ bền sau khi bọc thuốc vào lõ que hay tạo hạt thuốc hàn tự động. Đối với thuốc bọc que hàn , yêu cầu nhiệt độ nóng chảy của thuốc phải cao hơn lõi. Đối với thuốc hàn tự động thì yêu cầu thuốc có nhiệt độ chảy thấp hơn kim loại hàn để giảm hao phí nhiệt, giảm hao phí dây hàn (vì bị cháy và bắn tóe) và để tăng hệ số đắp. b). Phân loại thuốc hàn : - Theo công dụng, thuốc hàn tự động và bán tự động có ba loại : + Thuốc để hàn thép cácbon thấp và thép hợp kim thấp. + Thuốc để hàn thép hợp kim cao. + Thuốc để hàn kim loại và hợp kim màu. - Theo thành phần của xỉ : thuốc hàn có tính axit và thuốc hàn có tính bazơ. - Theo hàm lượng Mn : thuốc hàn có hàm lượng Mn cao, trên 30 % (dùng hàn thép cácbon và thép hợp kim thấp), thuốc hàn có hàm lượng Mn trung bình (từ 15 á 30 %) và thuốc hàn có hàm lượng Mn thấp (dưới 15 %). - Theo phương pháp chế tạo : thuốc hàn nóng chảy và thuốc hàn không nóng chảy. + Thuốc hàn không nóng chảy : là một hỗn hợp cơ học của các vật liệu tự nhiên, các ferô hợp kim và các silicat nhân tạo. Thuốc hàn này ít được dùng vì sản xuất phức tạp, thành phần hóa học của thuốc không đều, độ bền hạt thuốc thấp, dễ bị vỡ khi hàn. + Thuốc hàn nóng chảy : thành phần của nó không chứa các tạp chất khử ôxy và hợp kim hóa ở dạng ferô hợp kim mà ở dạng ôxit của các nguyên tố đó. Thuốc hàn nóng chảy hiện nay được dùng nhiều hơn vì quá trình sản xuất đơn giản hơn, độ bền hạt thuốc cao hơn và thành phần hóa học của thuốc đều hơn. c). Chọn thuốc hàn : Khi hàn thép cácbon thấp bằng dây hàn thép ít cácbon phải dùng thuốc hàn axit có hàm lượng Mn cao. Ngược lại, khi hàn các thép hợp kim bằng dây hàn thép hợp kim trung bình hoặc cao nếu dùng thuốc hàn axit có hàm lượng Mn cao thì trong quá trình hàn sẽ làm tăng hàm lượng ôxy trong vũng hnà lên (do sự hoàn nguyên của Si và Mn), đồng thời sắt và một lượng lớn các nguyên tố hợp kim khác bị ôxy hóa. Do vậy, khi hàn thép hợp kim cao tốt nhất là dùng thuốc hàn có tính bazơ, trong thành phần không có Mn và có hàm lượng Si nhỏ. 2.2.3 . Các loại vật liệu khác. a.Khí bảo vệ - Nhóm khí trơ (Ar, He) : + Khí Ar : là một loại khí không màu, không mùi và nặng hơn không khí khoảng 25%. Argon được sản xuất ra ở dạng lỏng và dạng khí, theo GOCT, khí Ar phân làm ba loại : Khí Ar loại I (99,99 %) dùng hàn các kim loại có hoạt tính cao (Titan, Niôbi, Zinicôni) và các hợp kim của chúng. Khí Ar loại II (99,98 %) dùng hàn các hợp kim nhôm, mangan và các kim loại hay hợp kim khác ít nhậy cảm với ôxy và nitơ, hàn bằng điện cực không nóng chảy Khí Ar loại III (99,95 %) dùng hàn các thép chống ăn mòn. + Khí He : không màu, không mùi, có tỷ trọng nhẹ hơn Ar khoảng 10 lần. Khí He được phân làm hai loại : loại có độ tinh khiết cao (hàm lượng các tạp chất không lớn hơn 0,02%) và loại hêli kỹ thuật (hàm lượng tạp chất nhỏ hơn 0,2 %). Khí heli nhẹ hơn Ar khoảng 10 lần nên khi hàn, lượng hêli tiêu hao lớn hơn lượng Ar từ 1,5 á 3 lần. - Nhóm khí hoạt tính (CO2) : dùng trong hàn bán tự động bằng điện cực nóng chảy. Để giảm lượng kim loại bắn tóe khi hàn và tạo điều kiện tốt cho việc hình thành mối hàn, người ta sử dụng hỗn hợp khí CO2 với (2 á 5)% O2 (giảm được 30 á 40% lượng kim loại mất mát do bắn tóe). Ngoài ra, để tiết kiệm người ta dùng hỗn hợp 75% Ar + 25% CO2 hay Ar + CO2 + O2,..v..v….. - Nitơ (N): loại này ít được sử dụng, chỉ được dùng khi hàn đồng. b. Điện cực không nóng chảy. * Điện cực than dẫn điện kém : có điện trở suất lớn gấp 4 lần điện trở suất của grafit, nó thường được bọc đồng ở bên ngoài để tăng độ bền khi hàn với dòng lớn. * Điên cực grafit : chế tạo từ than có tăng thêm lượng grafit (bằng cách ủ ở nhiệt độ 25000C). Khi hàn bằng điện cực than và grafit, hồ quang cháy ổn định (ngay cả khi Ih = 3-5A và Lhqtới 50mm). Điện cực mòn chậm, dễ thao tác, có thể hàn được những chi tiết có chiều dầy nhỏ (1-3mm) với tốc độ rất lớn (50 – 70m/h). * Điện cực Vonfram : dễ gây hồ quang và hồ quang cháy ổn định. Nó được sử dụng rộng rãi để hàn nhiều loại thép với chiều dầy khác nhau và luôn cho chất lượng mối hàn cao. Chương III : Kỹ thuật hàn hồ quang tay. 3.1 Khái niệm, đặc điểm hàn hồ quang tay. 3.1.1. Khái niệm. Hàn hồ quang tay là phương pháp hàn trong đó tất cả các thao tác gây hồ quang, dịch chuyển que hàn để duy trì hồ quang và bảo đảm bề rộng mối hàn cũng như để hàn hết chiều dài mối hàn…v..v…. đều do người thợ hàn thực hiện 3 1 4 2 7 6 5 : Lõi que hàn. : Vật hàn. : Vỏ thuốc bọc que hàn. : Hồ quang. : Kim loại mối hàn. : Vũng hàn. : Khí bảo vệ. Sơ đồ hàn hồ quang tay bằng que thuốc bọc 3.1.2 Đặc điểm hàn hồ quang tay. Do tất cả các thao tác trong quá trình hàn đều do người thợ hàn thực hiện nên hàn hồ quang tay có một số đặc điểm cơ bản sau: - Có thể hàn được các mối hàn ở mọi vị trí không gian khác nhau. - Năng suất hàn thấp do hạn chế bới cường độ dòng điện hàn. - Hình dạng và kích thước mối hàn không đều do tốc độ hàn không ổn định. - Thành phần hóa học và tính chất của mối hàn không đều do phần kim loại tham gia vào sự hình thành mối hàn thay đổi (các phản ứng hóa học xảy ra khi hàn). - Chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt tương đối lớn vì nguồn nhiệt có nhiệt độ cao và tốc độ hàn lại nhỏ. - Điều kiện làm việc của người thợ hàn không tốt do ảnh hưởng của ánh sáng hồ quang và tốc độ hàn lại nhỏ. 3.2 Phân loại mối hàn theo vị trí không gian. 3.2.1 Theo tiêu chuẩn Nga (Liên Xô). Theo GOCT, vị trí mối hàn trong không gian được phân làm ba vị trí : a). Hàn bằng (sấp) : Các mối hàn phân bố trên các mặt phẳng nằm trong góc từ O0 á 600. b). Hàn đứng: Các mối hàn phân bố trên các mặt phẳng nằm trong góc từ 600 á 1200. Nếu mối hàn ở vị trí này có phương song song với mặt phẳng nằm ngang thì gọi là mối hàn ngang. c). Hàn trần : Các mối hàn phân bố trên các mặt phẳng nằm trong góc từ 1200 á 1800. Trong tất cả các vị trí hàn trên, hàn bằng là vị trí hàn thuận lợi nhất, còn hàn bằng là vị trí khó thực hiện nhất. Leo,ngang Bằng (sấp) Trần Các vị trí hàn trong không gian. 3.2.2. Theo tiêu chuẩn ISO. Theo tiêu chuẩn ISO, phân ra 8 thế hàn sau : PG PA PB HLo-45 PC PD PF PE PA : Hàn ở thế hàn bằng. PB : Hàn ở thế hàn nằm. PC : Hàn ở thế hàn ngang. PD : Hàn ở thế hàn ngửa nằm. PE : Hàn ở thế hàn trần. PF : Hàn ở thế hàn leo. HLo – 45 : Hàn ở thế nghiêng 450. PG : Hàn ở thế hàn rơi. 3.2.3. Theo tiêu chuẩn Hoa kỳ AWS. Tiêu chuẩn của Hoa kỳ phân ra các loại mối hàn góc, giáp mối tấm và liên kết hàn ống ở 4 vị trí hàn : Hàn bằng F (Flat), hàn ngang H (Horizontal), hàn đứng V (Vertical) và hàn trần OH (Overhead). 3.3. Các loại liên kết hàn và mối hàn. 3.3.1. Mối hàn giáp mối. Mối hàn giáp mối được đặc trưng bằng các kích thước : chiều rộng b, chiều sâu chảy h (hàn một lớp h chính là chiều sâu ngấu của mối hàn) và chiều cao của mối hàn c (chiều cao phần nhô) : c b h Hình dạng mối hàn giáp mối được coi là hợp lý khi hệ số ngấu và hệ số hình dạng mối hàn nằm trong khoảng : Yn = và Yn/c = . Loại liên kết hàn này đơn giản, dễ chế tạo và chịu tải trọng tốt, tiết kiệm kim loại,…. nên được dùng phổ biến trong thực tế. 3.3.2 Mối hàn chồng. Độ bền của liên kết hàn chồng thấp, tốn nhiều kim loại nên trong thực tế ít sử dụng để chế tạo kết cấu mới mà chủ yếu dùng sửa chữa các chi tiết máy, các kết cấu cũ. 3.3.3 Mối hàn góc. Loại liên kết hàn này được sử dụng rộng rãi trong chế tạo các kết cấu mới. Tùy theo chiều dầy của chi tiết mà có thể vát mép hoặc không vát mép. Tiết diện ngang mối hàn thường là tam giác vuông cân, có cạnh là k. Tùy theo điều kiện hàn mà bề mặt mối hàn có thể lồi, phẳng hoặc lõm. 3.3.4 Mối hàn góc chữ T. Đây là loại liên kết hàn có độ bền cao, nhất là đối với các kết cấu chịu tải trọng tĩnh. Tùy thuộc vào chiều dầy chi tiết mà có thể vát mép thành đứng hoặc không vát mép. Ngoài các loại liên kết hàn cơ bản ở trên ra, trong thực tế khi hàn các vật hàn có chiều dầy mỏng người ta còn dùng loại liên kết hàn kiểu tán đinh. 3.4 Chế độ hàn hồ quang tay. 3.4.1 Chế độ hàn mối hàn giáp mối. Tổ hợp tất cả các thông số cơ bản của quá trình hàn để đảm bảo nhận được mối hàn có hình dạng, kích thước và chất lượng theo yêu cầu được gọi là chế độ hàn. Đường kính que hàn. Đường kính que hàn là thông số chủ yếu nhất của chế độ hàn, vì nó có tính chất quyết định đến nhiều thông số khác. Khi hàn giáp mối một lớp, đường kính que hàn tính theo công thức : d = (mm) Trong đó : d là đường kính que hàn (mm). s là chiều dầy vật hàn (mm). Ngoài ra có thể tra bảng để chọn đường kính que hàn theo chiều dầy vật hàn : Bảng 4 s (mm) 1,5 2 3 4-5 6-8 9-12 13-15 16-20 20 d (mm) 1 2 3 3-4 4 4-5 5 5-6 6-10 Trong sản xuất ít dùng que hàn có d > 6 mm. Vì d lớn thì Ih lớn gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe người thợ hàn. Do vậy, khi chiều dầy vật hàn lớn phải tiến hành hàn nhiều lớp. Khi hàn nhiều lớp, lớp 1 nên chọn que hàn có d Ê 4 mm để dễ đặt sâu vào mép hàn, đảm bảo độ ngấu ; lớp tiếp theo chọn que hàn có d > 4 mm. b. Cường độ dòng điện hàn. Cường độ dòng điện hàn ảnh hưởng rất lớn đến hình dạng, kích thước của mối hàn cũng như chất lượng của liên kết hàn và năng suất hàn. Cường độ dòng điện hàn có thể tính theo một trong ba công thức sau : Ih = k.d (A) (d = 4 á 5 mm ) Ih = k1. d1,5 (A) (d < 4 mm) Ih = (a + b.d).d (A) (d ³ 5 mm). Trong đó : Ih là cường độ dòng điện hàn (A). d là đường kính que hàn (mm). k, k1, a, b là các hệ số thực nghiệm. k = (35 á 50), k1 = (20 á 25), a = 20, b = 6. Các công thức trên chỉ áp dụng cho mối hàn ở vị trí hàn bằng, còn hàn ở vị trí hàn khác sau khi tính toán phải tiến hành hiệu chỉnh như sau : Chi tiết có chiều dầy s < 1,5d hoặc hàn ở vị trí hàn leo thì giảm Ih đi (10 á 15)%. Chi tiết có chiều dầy s > 3d hoặc hàn liên kết chữ T thì Ih tăng lên (10 á 15)%. Hàn ở vị trí hàn ngang, hàn trần giảm Ih đi (15 á 20)%. c. Điện áp hàn Điện áp hàn tỷ lệ thuận với chiều dài cột hồ quang và thay đổi trong phạm vi rất hẹp. Công thức tính : Uh = a + b.Lhq (V). Trong đó : Uh là điện áp hàn (V). a là tổng điện áp rơi trên A và K, a = (15 á 20)V. b :tổng điện áp rơi trên một đơn vị chiều dài hồ quang, b = 15,7V/cm. Lhq : chiều dài cột hồ quang (cm). Que thuốc bọc bazơ Lhqằ 1/2 d, các loại thuốc bọc khác Lhqằ d. Hàn hồ quang tay, Uh = (20 á 26)V. d. Số lớp hàn. Trong sản xuất ít dùng que có d > 6 mm , nên với chi tiết có chiều dầy lớn phải tiến hành hàn nhiều lớp. Muốn tính được số lớp hàn phải xác định được diện tích tiết diện ngang của toàn kim loại đắp, công thức tính : Fđ - F1 n = + 1 Fn Trong đó : Fđ là diện tích tiết diện ngang của toàn bộ kim loại đắp . F1 : diện tích tiết diện ngang kim loại đắp lần 1 . Fn : diện tích tiết diện ngang của kim loại đắp lớp tiếp theo. Công thức kinh nghiệm : F1 = (6 á 8)d1, quy định F1 Ê 35 mm2. F2 = (8 á 12)d2 , quy định Fn Ê 45 mm2. Ví dụ : Xác định diện tích tiết diện ngang của toàn kim loại đắp đối với liên kết hàn giáp mối vát mép chữ V như hình vẽ : Fđ = F1 + 2F2 + F3. Trong đó : F1 = a.S. 2F2 = (S – p)2.tg F3 = b = a + 2(S – p).tg a/2 F3 F1 F2 e. Tốc độ hàn. Tốc độ hàn phụ thuộc vào diện tích tiết diện ngang của kim loại đắp. Nếu tốc độ hàn quá lớn dẫn đến hiện tượng hàn không ngấu. Ngược lại, tốc độ hàn nhỏ thì khối lượng kim loại cơ bản và que hàn nóng chảy quá lớn, có thể chảy ra phía trước phủ lên mép hàn chưa được nung nóng gây nên lỗi kết dính. Công thức tính : Vh = (cm/s). Trong đó : L là chiều dài mối hàn (cm). t0 : thời gian hồ quang cháy (s). Ta có : Gđ = ađ. Ih. t0 và Gđ = γ.Fđ.L suy ra : ị (cm/s). + Hàn hồ quang tay : ađ = (7 – 11)g/A.h. + Hàn tự động : ađ = (11 – 15)g/A.h. g. Năng lượng đường. Năng lượng đường là tỷ số giữa công suất nhiệt hữu ích của hồ quang q và tốc độ hàn Vh , nó đánh giá lượng nhiệt truyền vào kim loại cơ bản trên một đơn vị chiều dài. Công thức tính : (calo/cm) hoặc (calo/mm). Ta có : . - Hàn hồ quang tay thép C thấp : ađ = 9 g/A.h , γ = 7,8 g/cm3, Uh = 25V, h = 0,75. Thay vào công thức trên ta được : qđ = 15.000.Fđ (cal/cm) hay qđ = 150.Fđ (cal/mm) - Hàn tự động : Uh = 36 V, ađ = 13 g/A.h, h = 0,85 ị qđ = 150.Fđ (cal/mm). Nếu qđ lớn (vùng ảnh hưởng nhiệt lớn) sẽ gây biến dạng cong vênh nhiều và ngược lại. h. Chiều sâu hàn. Chiều sâu hàn tương đối nhỏ, vì vậy khi tính toán chế độ hàn người ta ít tính đến đại lượng này. h = (0,3 á 0,5).r r : là khoảng cách từ tâm nguồn đốt đến đường đẳng nhiệt, r = 0,0112. 3.4.2 Chế độ hàn mối hàn góc. Giá trị các thông số tính tương tự như hàn giáp mối, chỉ có hai thông số là đường kính que hàn và số lớp hàn được tính như sau : a. Đường kính que hàn . Công thức tính : (mm). Trong đó : k là cạnh mối hàn, thường lấy k ằ s (mm). Có thể xác định đường kính que hàn theo bảng sau : Bảng 5 k (mm) 2 3 4 5 6-8 d (mm) 1,6-2 2,5-3 3-4 4 4-5 Chú ý : Công thức trên áp dụng cho mối hàn góc một lớp. b. Số lớp hàn. Khi hàn một lớp, cạnh mối hàn đạt được k Ê 8 mm, do đó khi yêu cầu k > 8 mm phải tiến hành hàn nhiều lớp. Muốn tính được số lớp hàn phải tính được diện tích tiết diện ngang kim loại đắp : Công thức tính : ky : hệ số kể đến phần lồi mối hàn và khe hở hàn. ky phụ thuộc vào cạnh mối hàn, có thể chọn theo bảng sau : Bảng 6 k (mm) 3-4 5-6 7-10 12-20 > 20 ky 1,5 1,35 1,25 1,15 1,1 Để đơn giản, ta có thể tính Fđ bằng cách tra đồ thị (tra chiều dầy vật hàn và liên kết hàn H.45a tr.120 – CNH), bên cạnh đó tra được số lớp hàn n trên đồ thị (H.45b tr.120 – CNH). 3.5 Kỹ thuật hàn hồ quang tay. 3.5.1 Các chuyển động cơ bản của que hàn. Trong quá trình hàn, que hàn thực hiện ba chuyển động như hình vẽ sau: (3) (1) (2) Các chuyển động cơ bản của que hàn khi hàn. + Chuyển động (1) dọc theo trục que hàn để duy trì hồ quang cháy ổn định. + Chuyển động (2) dọc theo trục mối hàn để hàn hết chiều dài mối hàn. + Chuyển động (3) dao động ngang để đảm bảo bề rộng mối hàn. 3.5.2 Các dao động ngang của que hàn. Khi hàn, que hàn không có dao động ngang (3) thì mối hàn đạt được có bề rộng b = (0,8 á 1,5)b. Bề rộng này chỉ phù hợp với liên kết hàn giáp mối không vát mép hoặc lớp 1 của mối hàn nhiều lớp. Khi hàn mối hàn giáp mối vát mép, bề rộng mối hàn thường yêu cầu bằng (3 á 5)d. Để đạt được yêu cầu này đòi hỏi que hàn phải có dao động ngang. * Các kiểu dao động ngang que hàn : Kiểu 1, 2, 3 thường dùng nhiều nhất. Kiểu 4 dùng khi cần nung nóng phần giữa mối hàn nhiều. Kiểu 5 và 6 dùng khi cần nung nóng phần mép mối hàn nhiều hơn. 3.5.3. Bắt đầu, kết thúc và sự nối liền mối hàn. a. Bắt đầu mối hàn : là phần bắt đầu mối hàn. Phần này thường nhô cao và có độ ngấu kém hơn vì mới bắt đầu hàn nhiệt độ vật hàn thấp, nhiệt hồ quang chưa thể làm vật hàn nóng chẩy ngay được, do vậy cường độ chịu lực ở phần này kém. Để khắc phục hiện tượng này, khi bắt đầu hàn phải kéo dài hồ quang ra một chút, tiến hành dự nhiệt vật hàn, sau đó mới rút ngắn hồ quang tiến hành hàn bình thường. b. Kết thúc mối hàn : Thực hiện khi hàn xong một mối hàn. Thông thường cuối mối hàn hay bị lõm do ngắt hồ quang đột ngột. Tại chỗ lõm này thường gây tập trung ứng suất dẫn đến hiện tượng nứt chân chim, là nguyên nhân phá hỏng liên kết hàn. Khắc phục hiện tượng này, khi đến cuối đường hàn que hàn ngưng không chuyển động, ép ngắn hồ quang một chút rồi từ từ ngắt hồ quang. Khi hàn các tấm mỏng không dùng cách này mà phải tiến hành hàn chấm ngắt để lấp đày rãnh hồ quang. c. Sự nối liền mối hàn : Thực hiện khi hàn hết que hàn mà chưa hết chiều dài mối hàn. Có 4 kiểu nối như sau : (1) : Phần đầu mối hàn sau nối với phần cuối mối hàn trước. (2) : Phần cuối của hai mối hàn nối với nhau. (3) : Phần cuối của mối hàn sau nối với phần đầu mối hàn trước. (4) : Phần đầu hai mối hàn nối với nhau. Chỗ nối mối hàn thường bị cao, ngắt quãng và rộng hẹp không đều,…… Khắc phục hiện tượng này khi hàn phải thực hiện đúng thao tác nối que như sau : Mồi hồ quang trực tiếp vào vũng hàn hoặc chỗ chưa hàn, sau đó kéo dài hồ quang và lắc nhẹ đầu que hàn để nhiệt làm nóng chảy toàn bộ vũng hàn cũ. Khi qua hết vũng hàn mới tiến hành dao động bình thường (hình vẽ). hồ quang dài. hồ quang trung bình Kỹ thuật nối tiếp đường hàn. Đối với kiểu nối thứ 2 và 3 phải chú ý khi que hàn đến phần đầu hoặc phần cuối mối hàn thì nâng hồ quang lên một chút, hàn tiếp một đoạn ngắn, cuối cùng kéo dài hồ quang để nó tự tắt. 3.5.4 Kỹ thuật hàn ở các vị trí khác nhau. a. Hàn bằng giáp mối không vát cạnh: Hàn bằng là vị trí hàn thuận lợi nhất, dễ thao tác, việc hình thành mối hàn tốt, chất lượng mối hàn được đảm bảo (kim loại lỏng dưới tác dụng của trọng lực theo phương thẳng đứng vào vũng hàn, xỉ và khí dễ nổi lên) và năng suất hàn cao (vì có thể thực hiện với que có đường kính lớn và cường độ dòng điện hàn lớn). Khi chi tiết có chiều dầy s < 6 mm thì không cần vát cạnh. Góc độ que hàn như hình vẽ. Que hàn có thể không dao động hoặc có thể sử dụng các kiểu dao động : zích zắc và bán nguyệt. s = (1 á 2)mm : gấp mép. s = (3 á 5)mm : 600-850 900 b. Hàn bằng giáp mối có vát cạnh. Vật hàn có s > 6mm , khi hàn phải vát mép và mối hàn hoàn thiện sau nhiều lớp hàn. s = (6 á 8 ) mm : vát mép chữ V s = (8 á 12)mm : vát mép chữ X, K. s > 12mm : vát mép chữ U,… Khi hàn lớp 1 thường chọn que có đường kính d < 4mm (que hàn thường không có dao động ngang), lớp 2 trở đi dùng que có đường kính d ³ 4mm. Thứ tự thực hiện đường hàn nhiều lớp theo hai phương án sau : b). Vì phần giữa và phần trên mối hàn khó bảo đảm được bề rộng mối hàn b = 14mm khi hàn một lần nên người ta thường tiến hành hàn theo phương án b. Mặt khác, hàn theo phương án b kim loại mối hàn đảm bảo độ ngấu tốt hơn.  c. Hàn mối hàn chữ T. Đối với loại mối hàn này thường sinh ra các khuyết tật như : hàn không ngấu, cháy cạnh, hàn một cạnh,v.v…. Khắc phục hiện tượng này, ngoài việc lựa chọn chế độ hàn thích hợp, phải căn cứ vào chiều dầy của hai tấm để điều chỉnh góc độ que hàn chon hợp lý (hình vẽ). Tấm vách có chiều dầy s = (4 á 12)mm tiến hành vát mép một phía, nếu s > 12mm vát mép hai phía và tiến hành hành nhiều lớp, góc độ que hàn thay đổi theo từng lớp hàn (hình vẽ). Lớp IV Lớp I a3 a4 Lớp II Lớp III Để giảm bớt khuyết tật sinh ra khi hàn và nâng cao năng suất quá trình hàn, nếu vật hàn có thể xoay được thì nên xoay về vị trí hàn bằng để hàn (hình vẽ). Que hàn đi thẳng hoặc dao động zích zắc, bán nguyệt với biên độ nhỏ và hồ quang ngắn. Loại mối hàn này chịu tải trọng va đập tốt nên khi chế tạo kết cấu người ta thường dùng kiểu liên kết hàn này. d. Hàn mối hàn chồng, Loại liên kết hàn này không tốn công chuẩn bị nhưng tổn hao nhiều kim loại, do vậy thường dùng trong sửa chữa các chi tiết cũ, ít dùng trong chế tạo các kết cấu mới. Thao tác thực hiện mối hàn này tương tự như hàn liên kết góc chữ T. e. Hàn mối hàn có chiều dài lớn. Với các mối hàn có chiều dài L < 500mm, thực hiện hàn từ đầu này đến đầu kia. vh L Với mối hàn có L = (500 á 1000)mm, tiến hành hàn từ giữa ra hai đầu. Chú ý không được hàn từ hai đầu vào giữa vì sẽ gây tập trung ứng suất. vh1 vh2 L Với mối hàn có L > 1000 mm, dùng phương pháp phân đoạn nghịch để hàn, mỗi đoạn dài (150-250)mm. Hướng hàn ngược với hướng hàn chung. Vh ……… vh2 vh1 L Với những chi tiết có chiều dầy lớn, mối hàn dài, phải tiến hành hàn nhiều lớp. Tiến hành hàn hoàn thiện từng khúc một theo kiểu phân đoạn bậc thang hoặc phân đoạn hạ dốc. f. Hàn đứng. Hàn đứng thao tác tương đối khó khăn vì kim loại lỏng dưới tác dụng của trọng lực luôn có xu hướng rơi xuống dưới. Hàn đứng có hai kiểu : hàn từ trên xuống (hàn rơi) và hàn từ dưới lên (hàn leo). Khi hàn từ trên xuống, kim loại lỏng dễ bị chảy tràn xuống phía dưới, độ ngấu kém nên thường dùng hàn các vật mỏng. Ngược lại, hàn từ dưới lên điều kiện truyền nhiệt tốt hơn nên thường dùng hàn các vật dầy. Để tạo điều kiện tốt cho việc hình thành mối hàn, khi hàn đứng có thể áp dụng một số phương pháp sau : - Luôn giữ chiều dài hồ quang ngắn nhằm rút ngắn khoảng cách giọt kim loại lỏng vào vũng hàn. - Sử dụng que hàn có d Ê 4mm và Ih giảm so với hàn bằng từ (10 á 15)% để giảm thể tích vũng hàn xuống. - Căn cứ vào dạng liên kết hàn mà chọn cách đưa que hàn cho phù hợp. Biên độ dao động ngang que hàn không được quá lớn, nằm trong khoảng (1,5 á 2)d. g. Hàn ngang. Hàn ngang thao tác khó hơn hàn đứng vì kim loại lỏng dễ bị chảy sệ xuống phía dưới, do đó yêu cầu người thợ hàn phải có tay nghề cao. Góc độ que hàn như hình vẽ. Khi hàn, tùy thuộc vào dạng liên kết hàn mà que hàn có thể không dao động ngang hoặc dao động bán nguyệt, vòng tròn lệch với phạm vi hẹp và hồ quang luôn luôn ngắn. Cường độ dòng điện hàn giảm so với hàn bằng từ (15 á 20)%. Khi hàn các vật dầy chỉ cần vát mép tấm trên hoặc có vát cả hai tấm thì tấm trên vát góc 400 tấm dưới vát 200 để khi hàn mép tấm dưới có tác dụng đỡ kim loại lỏng khỏi chảy xệ xuống dưới. h. Hàn trần. Hàn trần là vị trí hàn khó thực hiện nhất trong tất cả các vị trí hàn, dưới tác dụng của trọng lực, kim loại lỏng rất dễ chảy ra khỏi vũng hàn làm cho mối hàn khó hình thành. Vì vậy, nên dùng que có đường kính d < 4mm với lớp thuốc bọc dầy và thuốc bọc nóng chảy chậm hơn lõi để tạo thành phễu đỡ kim loại lỏng. Góc độ que hàn như hình vẽ. Khi hàn luôn duy trì hồ quang ngắn và Ih giảm (15 á 20)% so với hàn bằng. Cường độ dòng điện phải chọn cho thích hợp, không được nhỏ quá, nếu nhỏ quá thì không thể đạt được độ sâu nóng chảy tốt mà còn làm cho hồ quang cháy không ổn định. vh 900 150-200 k. Hàn mối hàn vòng. Khi chế tạo các nồi hơi, bình chứa có dạng hình trụ, hàn các ống…… phải thực hiện hàn các mối hàn vòng. Các mối hàn vóng thường yêu cầu chất lượng cao nên với chi tiết có chiều dầy s Ê 12mm tiến hành hàn nhiều lớp để kim loại mối hàn được tinh luyện và đạt được chất lượng cao. Số lớp hàn có thể chọn theo bảng sau : Bảng 8 S (mm) 4 á 5 6 á 9 10 á 12 13 á 15 n (không nhỏ hơn) 2 3 4 5 Số điểm hàn đính chọn theo đường kính trong của chi tiết sao cho phù hợp (bảng 16 tr.13 sách CNH). Hàn mối hàn vòng có thể thực hiện theo hai cách sau : - Chi tiết quay : công việc hàn thuận lợi hơn, mối hàn hình thành tốt hơn (mối hàn được thực hiện ở vị trí hàn bằng). n n n - Chi tiết đứng yên : đòi hỏi tay nghề của người thợ hàn phải cao, vì mối hàn được thực hiện ở tất cả các vị trí không gian. Khi hàn, tiến hành hàn hai nửa ốp vào nhau (hình vẽ). Chi tiết có chiều dầy lớn, vát mép chữ V (góc vát 600 ), hàn lớp lót để kim loại không bị chảy vào trong, sau đó hàn tiếp các lớp sau. 3.6. Biện pháp nâng cao năng suất khi hàn. 3.6.1 Giảm thời gian hoàn thành mối hàn. Thời gian hoàn thành mối hàn (thời gian hàn) được tính theo công thức : Th = t0 + tp. Trong đó : t0 là thời gian hồ quang cháy (h). tp : thời gian phụ (thời gian thay que, chỉnh dòng). Hoặc có thể tính theo công thức : , trong đó m là hệ số phụ thuộc điều kiện sản xuất. Sản xuất tốt m = 0,5 á 0,6 ; sản xuất trung bình m = 0,4 á 0,5. Muốn giảm thời gian hàn bằng cách giảm thời gian phụ, do vậy phải tổ chức tốt sản xuất và trang bị đầy đủ trang thiết bị bảo hộ lao động nhằm tạo điều kiện làm việc thuận lợi cho người thợ hàn. 3.6.2. Hàn bằng điện cực tỳ (hàn bằng hồ quang nhúng). Sử dụng que hàn có thuốc bọc dầy hay đặc biệt dầy (D/d ³ 1,5). Khi hàn, hồ quang cháytrong phễu thuốc bọc nên giảm được sự mất mát kim loại do bắn tóe. Cường độ dòng điện trong trường hợp này chọn lớn hơn (20 á 40)% so với hàn bình thường, do vậy tốc độ hàn tăng lên (60 á 70)%. 3.6.3. Hàn bằng bó que hàn. Thực chất của hàn bằng một bó que hàn là chập 2, 3 hay 4 que hàn lại thành một bó để hàn, hàn đính chúng ở chỗ kẹp vào kìm hàn. Trường hợp này cho phép tăng Ih lên khá lớn, năng suất hàn cao hơn khi hàn bình thường khoảng 30%. 3.6.4 Hàn bằng hồ quang ba pha. Dùng que hàn thuốc bọc có hai lõi que. Khi hàn, hồ quang cháy đồng thời do đó năng suất hàn tăng lên 2 á 2,5 lần, tiết kiệm 20 á 25% năng lượng điện. Tuy vậy, công việc chế tạo que hàn khó và chỉ thích hợp hàn ở vị trí hàn sấp. Ngoài các biện pháp nêu trên, người ta còn thêm bột sắt vào thành phần vỏ thuốc của que hàn (ađ = 16 á 18 g/A.h , năng suất tăng lên 1,8 á 2 lần so với hàn bằng que bình thường) hoặc sử dụng các biện pháp : hàn bằng điện cực nằm, hàn bằng điện cực nghiêng,… để tăng năng suất hàn. 2.3 Máy hàn điện Yêu cầu chung đối với nguồn điện hàn hồ quang tay. Cho biết đặc điểm các nguồn điện hàn hồ quang tay. Nguồn điện hàn hồ quang tay cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau đây: 1) Điện thế không tải của máy phải cao hơn điện thế khi làm việc, đồng thời không gây nguy hiểm khi sử dụng (U0< 80V). Ví dụ: + Đối với dòng một chiều : U20 =35V-55V ; Uh =20V-35V + Đối với dòng xoay chiều : U20 =55V-85V; Uh =25V-45V. 2) Khi hàn thường xẩy ra hiện tượng ngắn mạch, núc này cường độ dòng điện rất lớn; dòng điện lớn không những làm nóng chảy nhanh que hàn và vật hàn mà còn phá hỏnh máy. Do đó trong quá trình hàn không cho phép dòng điện ngắn mạch Iđ quá lớn . Thường chỉ cho phép iđ = (1,3 - 1,4) ih 3) Máy hàn hồ quang tay phải có đương đặc tính ngoài dốc nghĩa là I tăng thì U giảm và ngược lại. 4) Máy hàn phải có cơ cấu điều chỉnh dòng hàn, thích hợp hàn với nhiều chế độ khác nhau. + Để hồ quang cháy liên tục, ổn định thì dòng điện và điện áp phải lệch pha nhau có nghiã là dòng và áp không cùng giá trị 0 tại một thời điểm.