Tìm hiểu về Hàn TIG

Hàn TIG Định nghĩa hàn TIG: Nguyên lý hàn TIG Hàn TIG (Tungsten inert gas) hay hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ (Gas tungsten arc welding -GTAW) là quá trình hàn nóng chảy, trong đó nguồn nhiệt điện cung cấp bởi hồ quang được tạo thành giữa điện cực không nóng chảy và vũng hàn (Hình vẽ). Vùng hồ quang được bảo vệ bằng môi trường khí trơ (Ar, He hoặc Ar + He) để ngăn cản những tác động có hại của oxi và nitơ trong không khí. Điện cực không nóng chảy thường dùng là volfram, nên phương pháp hàn này tiếng Anh gọi là hàn TIG (Tungsten Inert Gas).Nguyên lý hàn TIG Hồ quang trong hàn TIG có nhiệt độ rất cao có thể đạt tới hơn 6100 độ C. Kim loại mối hàn có thể tạo thành chỉ từ kim loại cơ bản khi hàn những chi tiết mỏng với liên kết gấp mép, hoặc được bổ sung từ que hàn phụ. Toàn bộ vũng hàn được bao bọc bởi khí trơ thổi ra từ chụp khí. Đặc điểm phương pháp hàn TIG: Một số ưu điểm đáng chú ý: ◉ Tạo mối hàn có chất lượng cao đối với hầu hết kim loại và hợp kim. ◉ Mối hàn không phải làm sạch sau khi hàn ◉ Hồ quang và vũng hàn có thể quan sát được trong khi hàn. ◉ Không có kim loại bắn tóe. ◉ Có thể hàn ở mọi vị trí trong không gian. ◉ Nhiệt tập trung cho phép tăng tốc độ hàn, giảm biến dạng của liên kết hàn. Phạm vi ứng dụng của phương pháp hàn TIG: ◉ Phương pháp hàn TIG được áp dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất, đặc biệt rất thích hợp trong hàn thép hợp kim cao, kim loại màu và hợp kim của chúng ◉ Phương pháp hàn này thông thường được thao tác bằng tay và có thể tự động hóa hai khâu di chuyển hồ quang cũng như cấp dây hàn phụ. ◉ Thường được sử dụng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ,trong sản xuất xe không gian ◉ Sử dụng hàn các tấm mỏng,ống thành mỏng trong ngành công nghiệp xe đạp. ◉ Thường được sử dụng trong quá trình phục chế sửa chữa các chi tiết bị hỏng,đặc biệt là các chi tiết làm bằng nhôm và magie . Lịch sử phát triển hàn TIG: Coffin đã có ý tưởng của hàn trong môi trường khí trơ vào năm 1890, nhưng ngay cả trong những năm đầu thế kỷ 20, hàn vật liệu kim loại màu như nhôm và magiê vẫn còn khó khăn, bởi vì các kim loại phản ứng nhanh chóng với không khí, tạo khuyết tật mối hàn. ◉ Năm 1930,đã sử dụng bình khí trơ vào quá trình hàn,một vài năm sau dòng điện một chiều được đưa vào để hàn nhôm trong công nghiệp hàng không . ◉ Năm 1941,quá trình hàn GTAW được hàn thiện,và phát triển mỏ hàn được làm mát bằng nước. ◉ Năm 1953,một quá trình mới dựa vào quá trình hàn GTAW được phát triển,được gọi là hàn hồ quang plasma.Nó có đủ khả năng kiểm soát ,cải thiện chất lượng mối hàn tốt hơn.Ngày nay GTAW phổ biến sử dụng xung điện. Hàn TIG tự động với bộ nạp kiểu nóng (Hot wire GTAW) có tiềm năng để trở thành một phương pháp hàn chủ đạo được sử dụng trong các ngành công nghiệp yêu cầu chất lượng và năng suất mối hàn. Mặc dù công nghệ hàn TIG có tốc độ đắp nhỏ hơn nhiều so với hàn MIG, nhưng chất lượng mối hàn thì lại vượt trội hơn rất nhiều. Khi sử dụng bộ nạp kiểu nóng vào hàn TIG tự động đặc biệt với các vị trí hàn trên mặt phẳng hoặc ống lớn thì tốc độ đắp của hàn TIG tự động gần tương đương với hàn MIG. Hàn TIG tự động với bộ nạp kiểu nóng với các rãnh hẹp được sử dụng rộng rãi khi hàn các hợp kim Nikel, các thép hợp kim cũng như là với các kim loại hoạt tính như là Titanium. Thiết bị hàn TIG bộ nạp kiểu nóng đang ngày càng được sử dụng nhiều trong các ngành sản xuất hệ thống chứa khí, dầu, các thiết bị trong ngành năng lượng hạt nhân. Giới thiệu Hàn Tig tự động với bộ nạp kiểu nóng Mặc dù hàn TIG tự động với bộ nạp kiểu nóng đã được giới thiệu từ những năm 1966 nhưng việc phát triển và ứng dụng diễn ra rất chậm. Tuy nhiên gần đây mọi người bắt đầu quan tâm lại công nghệ này với đặc điểm nổi trội là hàn với tốc độ của MIG và chất lượng của TIG. Măc dù vẫn còn một vài giới hạn, công nghệ này đang được sử dụng ngày càng nhiều trong các lĩnh vực xây dựng. Sự phát triển của công nghệ hàn tự động, đặc biệt là các thiết bị cấp dây kiểu nóng đã thúc đẩy ứng dụng của chúng trong các ngành công nghiệp như điện hạt nhân, phát điện, bể áp lực, dầu khí ngoài khơi, tại những nơi yêu cầu năng suất hàn cao và chất lượng hàn đặc biêt. Định nghĩa hàn TIG tự động với bộ cấp dây nóng Hàn TIG tự động với bộ nạp kiểu nóng là một bước phát triển của Hàn TIG. Hàn TIG được Russell Meredith làm việc tại công ty máy bay Northrop Aircraft sáng chế ra vào năm 1939-1941. Hàn TIG ban đầu được gọi là hồ quang Heli, sử dụng hồ quang tạo ra bởi điện cực làm nóng chảy kim loại nền và bảo vệ bởi khí Heli. Bằng sáng chế đã được bán cho công ty Union Carbide, công ty này đã phát triển các dòng sản phẩm và bán ra dưới tên Heliarc. Sau đó Union Carbide đã cải tiến thiết bị sang sử dụng khí Argon – loại khí phổ biến và rẻ hơn Heli. Công nghệ hàn TIG tự động với bộ nạp nóng được phát minh ra vào năm 1964 bởi A.F. Manz và phát triển bởi Linde Division của Union Carbide. Trong hàn TIG kim loại bù dưới dạng dây được đưa vào vũng hàn khi hàn các chi tiết dày. Trong hàn TIG truyền thống kim loại bù được cung cấp dưới dạng nguội, do đó hồ quang hàn sinh ra phải cung cấp nhiệt để làm nóng chảy kim loại bù này khiến cho hiệu quả của quá trình hàn, giảm tốc độ đắp. Trong quá trình hàn TIG tự động với bộ nạp nóng, dây điện trở nung nóng liên tục cho dây kim loại bù được đưa vào vũng chảy. Quá trình nạp có thể thực hiện thông qua mỏ hàn với khí trơ bảo vệ để tránh sự oxy hóa. Sự nung nóng chỉ bắt đầu sau khi kim loại hàn tiếp xúc với vũng chảy. Dòng điện được điều chỉnh sao cho kim loại hàn đạt được nhiệt độ nóng chảy khi tiếp xúc với vũng hàn. Do đó, kim loại hàn sẽ nóng chảy độc lập với nhiệt độ hồ quang. Điều này sẽ giúp cho hồ quang hàn được tập trung và không phải cấp nhiệt làm nóng chảy kim loại bù, nên tốc độ hàn sẽ nhanh gấp nhiều lần so với hàn TIG thông thường. Tốc độ đắp của phương pháp hàn TIG tự động với bộ nạp nóng cao tương tự như hàn MIG, chất lượng hàn đạt được như hàn TIG thậm chí trong một số trường hợp còn nhỉnh hơn. Hàn TIG tự động với bộ nạp kiểu nóng Hình trên là sơ đồ nguyên lý của hệ thống hàn TIG tự động với bộ nạp nóng. Hệ thống này sử dụng một lúc 2 nguồn cấp khác nhau. Một nguồn cấp cho đầu hàn TIG, một nguồn cấp cho bộ nạp nóng. Ưu điểm của phương pháp hàn TIG với bộ nạp nóng Các ưu điểm của phương pháp hàn TIG tự động với bộ nạp dây nóng dễ dàng được nhận thấy trong quá trình hàn. Phương pháp này dễ dàng được cơ giới hóa, tự động hóa và tăng tốc độ đắp. Việc điều chỉnh độc lập hồ quang, tốc độ cấp dây cho phép linh hoạt điều chỉnh các thông số. Các kỹ năng yêu cầu đối với người thợ vận hành gần như giống với hàn TIG do đó giảm thiểu được chi phí đào tạo. Phương pháp hàn tig tự động với bộ nạp nóng cũng áp dụng được đối với gần như tất cả các kim loại. Tương tự như hàn TIG đặc tính kim loại mỗi hàn hoàn toàn có thể được điều chỉnh phụ thuộc vào đặc điểm của kim loại bù. Quá trình hàn TIG tự động bộ nạp nóng thường đem lại kết quả của mối hàn rất sạch làm giảm hoặc loại bỏ khả năng hình thành rỗ xốp trong mối hàn. Phương pháp hàn này có thể đáp ứng hàn hơn 300 loại thép không gỉ khác nhau, các hợp kim nickel, titan, thép gia công. Giới hạn của phương pháp hàn TIG tự động với bộ nạp nóng Phương pháp hàn này thường không thao tác bằng tay. Phương pháp cũng đòi hỏi phải đầu tư thêm các thiết bị như là bộ nạp dây nóng. Bộ thiết bị hàn không có tính cơ động do đó chỉ được sử dụng cố định tại xưởng sản xuất. Các rãnh hàn cũng phải được gia công lại cho phù hợp. Phương pháp này cũng đòi hỏi thêm các chi phí thay thế bép hàn, bép cấp dây nóng. Lượng khí cấp thường là nhiều hơn hàn TIG thông thường. Phương pháp cũng đòi hỏi một chi phí đào tạo. Cấu tạo mỏ hàn TIG Chức năng của mỏ hàn TIG là dẫn dòng điện và khí trơ vào vùng hàn. Các mỏ hàn TIG bằng tay và mỏ hàn TIG tự động có cấu tạo tương tự nhau, mỏ hàn TIG bằng tay có cán cầm với các nút điều khiển, còn mỏ hàn tự động không có cán, được thiết kế để kẹp chặt vào giá hàn. Cấu tạo súng mỏ hàn TIG Cấu tạo mỏ súng hàn TIG ☀  Cap: Chuôi hàn TIG chống thoát khí bảo vệ và cố định kim hàn. ☀  Collet: Kẹp kim cấu tạo bằng đồng, giúp giữ điện cực khớp theo cỡ khi văn chặt chuôi hàn sẽ cố định kẹp kim, giúp giữ chặt điện cực. ☀  Gas orifice: Đường dẫn khí cho phép thoát khí ra ngoài. ☀  Gas nozzle: Chụp khí giúp định hướng dòng khí lên vũng hàn thường là hai loại tùy theo cường độ hàn một loại cấu tạo bằng sứ cho việc hàn TIG cường độ nhỏ, một loại cấu tạo bằng đồng có làm mát bằng nước. ☀  Hoses: Các ống dẫn chất dẻo kết nối với tay cầm súng hàn cung cấp khí, nước, và chứa cáp điện cung cấp cho mỏ súng hàn. Vật liệu hàn TIG Hàn TIG hay hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ ( hàn GTAW) cần các loại vật liệu sau: Khí trơ (argon Ar, heli He), điện cực không nóng chảy (hay kim hàn), dây hàn phụ (hay que b ). Công nghệ hàn sẽ giới thiệu sơ qua về các loại vật liệu trên trong bài viết này. Khí bảo vệ Khí bảo vệ phổ biến trong hàn TIG là khí Argon. Khí argon phải đáp ứng các yêu cầu về độ tinh khiết đến 99.967% tỷ lệ hơi nước thấp dưới 0.005mg/l. Khí Heli cũng có thể sử dụng làm khí bảo vệ trong hàn TIG thường được sử dụng trrong hỗn hợp với Argon và tỷ lệ khí Heli có thể chiếm đến 75% hỗn hợp khí. Ngoài ra còn có hỗn hợp khí của Argon với Hidro như các hỗn hợp 5% hidro, 15% hidro, 35% hidro cho hàn thép không gỉ. Các hỗn hợp Argon với nito cũng được sử dụng khi dùng cho hàn đồng. Điện cực volfram Điện cực Vofram trong hàn TIG Điện cực hàn TIGVolfram được sử dụng làm điện cực vì nó có tính chịu nhiệt cao, nhiệt độ nóng chảy cao đến 3410 độ C, với nhiệt độ như  vậy điện cực vonfram sẽ không bị nóng chảy do nhiệt độ của hồ quang hàn. Điện cực vonfram còn có khả năng phát xạ điện tử tốt do đó có thể tạo ion hóa hồ quang và duy trì hồ quang, mặt khác vonfram có tính chống oxi hóa cao, không bị gỉ, ăn mòn bởi oxy hóa.Theo tiêu chuẩn hiệp hội hàn hoa kỳ AWS A 5.12-80 qui định: Điện cực volfram  đường kính tiêu chuẩn từ 0.25 đến 6.4mm với chiều dài từ 76 đến 610mm Các loại điện cực được kí hiệu và mã màu như bảng sau: Kí hiệu điện cực %vonfram % Thori % Zicon % các nguyên tố khác % tạp chất Màu sơn đầu que EWP 99.5 0.5 Xanh lá cây EWG 94.5 Không xác định EWTh-1 98.5 0.8-1.2 0.5 Xám EWTh-2 97.5 1.7-2.2 0.5 Vàng EWTh-3 98.95 0.35-0.55 0.5 EWZr 99.2 0.15-0.40 0.5 Nâu EWCe-2 97.3 2% oxit ceri 0.5 Da Cam EWLa-1 98.3 1% oxit lantan 0.5 Đen Do được cấu tạo từ volfram cùng các nguyên tố kim loại hiếm, nên điện cực hàn TIG khá đắt và khi sử dụng cần được chú ý để tránh, bị hỏng, hao phí vô ích. Que hàn TIG (Que hàn bù) Do hàn TIG có thể sử dụng để hàn tất cả các kim loại có thể hàn được nên nựa chọn que hàn phụ (bù) là rất rộng. Dưới đây là bảng danh sách tiêu chuẩn tham chiếu khi hàn một số kim loại phổ biến. Que hàn TIG Mã tài liệu Kim loại áp dụng A5.7A5.9A5.10A5.14A5.15A5.16A5.18 A5.19 A5.24 A5.28 Hợp kim đồngThép không gỉHợp kim nhômHợp kim nickelGangHợp kim titanThép cacbon Hợp kim magie Hợp kim  Zicron Thép hợp kim thấp Que bù thường có đường kính 1.2; 1.6; 2.0; 2.5; 3.2; 4.0; 5.0 chiều dài thường là 610mm hoặc 915mm Khí Argon tính chất và ứng dụng Khi hàn trong khí trơ, nếu đảm bảo cách ly hoàn toàn kim loại nóng chảy với không khí thì sẽ ngăn chặn được những phản ứng hóa học của kim loại nóng chảy với không khí, giúp đảm bảo cơ tính của mối hàn. Khí Argon là loại khí trơ được sử dụng rộng rãi nhất với mục đích này. Tính chất của khí Argon (Ar) Argon là nguyên tố hóa họ có số thứ tự là 18. Argon là nguyên tố khí hiếm thứ 3 trong nhóm VIII chiếm khoảng 0.934% thể tích và 1.29% khối lượng trái đất do đó Argon là loại khí hiếm phổ biến nhất trên trái đất. Argon là loại khí không màu không mùi, không vị và không độc. Nó nặng gấp 1,5 lần không khí. Bình khí Argon Argon là khí trơ nên nó không phản ứng với các chất hóa học khác, Argon cũng không hòa tan kim loại dù ở thể lỏng hay thể rắn, tuy nhiên nó hòa tan trong nước xấp xỉ độ hòa tan của oxy. Ứng dụng của khí Argon (Ar) Argon được sử dụng trong các loại đèn điện vì nó không phản ứng với dây tóc bóng đèn ngay cả trong nhiệt độ cao, tạo môi trường luyện kim cho các nguyên tố có hoạt tính cao, là lớp khí bảo vệ để nuôi cấy các tinh thể silic và gecmani trong công nghiệp sản xuất chất bán dẫn và chất khí dùng trong các đèn plasma. Argon được ứng dụng rộng rãi dùng làm khí bảo vệ trong lĩnh vực hàn cắt, nấu chảy các kim loại hoạt tính, kim loại kiềm cùng các hợp kim của chúng. Điều chế và bảo quản khí Argon (Ar) Ngày nay khí argon được điều chế chủ yếu bằng phương pháp ngưng tụ không khí ở nhiệt độ thấp và sau đó tách argon khỏi oxi và nito. Ngoài ra có thể điều chế argon từ các sản phẩm của nhà máy luyện kim đen, hoặc khí thải trong quá trình sản xuất NH3. Argon sau điều chế được phân loại theo 2 cấp độ tinh khiết: Loại thông thường: tỷ lệ Argon đạt từ 99,99% trở lên; loại có độ sạch cao Argon chiếm từ 99,999%. Argon ở trạng thái khí được bảo quản và vận chuyển trong bình thép, hoặc chứa trong các xitec của oto dưới áp suất 15 MPa hoặc 20MPa ở 20 độ C. Chú ý khi sử dụng: Argon không độc, không gây nổ nhưng nặng hơn không khí do đó nó có thể tích tụ ở các nơi kém không khí, gây hiện tượng thiếu oxy làm ngạt thở thợ hàn. Do vậy cần theo dõi và duy trì tỷ lệ Oxy tại nơi làm việc không thấp hơn 19% Khí heli tính chất và ứng dụng Heli (He) là nguyên tố hóa học thuộc nhóm VIII trong bản tuần hoàn Mendeleev, có số thứ tự là 2. Do nguyên tố này được tìm thấy trong quang phổ mặt trời nên được đặt tên là Helios. Heli được sử dụng trong công nghệ hàndưới dạng khí trơ bảo vệ, nó thường được sử dụng trong hợp chất khí với argon, hoặc các khí hoạt tính. Tính chất khí Heli Heli (He) là khí trơ, không độc không màu không vị tỷ trọng rất thấp 0.178g/l và là loại khí khó hóa lỏng nhất từng được biết đến. Heli (He) có thể khuêch tán tốt qua chất rắn, nó nhẹ hơn không khí và argon nhiều và nó không phản ứng với hầu hết các nguyên tố hóa học do đó rất thích hợp làm khí bảo vệ trong công nghệ hàn. Bình khí Heli Ứng dụng khí Heli: Vì có tỷ trọng thấp, và không cháy nên Heli được sử dụng để đẩy các bóng thám không và kinh khí cầu. Trong công nghệ hàn Heli có tính dẫn nhiệt cao hơn lên cho hồ quang nóng hơn so với sử dụng Argon. Do đó Heli bảo vệ các chi tiết hàn dày tốt hơn so với Argon, dùng cho các vật liệu có độ dẫn nhiệt cao hoặc nhiệt độ nóng chảy cao, hàn cơ khí hóa tốc độ cao. Điều chế khí Heli (He) Triết xuất Heli từ khí thiên nhiên Heli có thể nhận được từ việc tách không khí thành oxi và nito tuy nhiên do có hàm lượng thấp trong không khí nên trên thế giới việc khai thác chủ yếu là điều chế từ các nguồn khí tự nhiên giàu Heli. Chú ý: Heli nhẹ hơn Argon nên khi sử dụng thì lưu lượng He phải gấp 2 tới 3 lần so với lưu lượng Ar