Giáo trình Công nghệ hàn - Phần VI: Hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ

PHẦN VI

HÀN HỒ QUANG NÓNG CHẢY

TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ BẢO VỆ

1

GIỚI THIỆU

1.1 THỰC CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM

Phương pháp hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ được

đưa vào sử dụng từ năm 1948, mặc dù nguyên lý của các phát kiến của

chúng được tìm ra từ những năm 1920. Từ đó đến nay phương pháp này

có nhiều cải tiến, một trong những cải tiến quan trọng là dùng khí CO₂

để bảo vệ vùng hàn khi hàn thép thường. Và có tên tiếng Anh là

GMAW (Gas Metal Arc Welding). Khí bảo vệ có thể là khí trơ không

tác dụng với kim loại lỏng khi hàn hoặc là các loại khí hoạt tính có tác

dụng chiếm chỗ đẩy không khí ra khỏi vùng hàn và hạn chế tác dụng

xấu của nó.

Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí trơ (Ar,

He,…) gọi là phương pháp hàn MIG (Metal Inert Gas), thường được

sử dụng để hàn kim loại màu và hợp kim.

Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí hoạt tính

(CO₂, CO₂+ O₂,…) gọi là phương pháp hàn MAG (Metal Active Gas),

thường được sử dụng rộng rãi để hàn kim loại thép carbon và thép hợp

kim thấp trong công nghiệp.

1.2 ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN GMAW

Phương pháp hàn GMAW chiếm được một vị trí rất quan trọng trong

nền công nghiệp hiện đại, nó không những có thể hàn các loại thép kết

cấu thông thường, mà còn hàn các loại thép không rỉ, thép chịu nhiệt,

thép bền nóng, hợp kim đặc biệt, nhôm, đồng, mangan và các hợp kim

của chúng….

Phương pháp hàn GMAW dễ sử dụng và mang tính hiệu quả kinh tế cao

trong sản xuất công nghiệp

1.3 ƯU ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN GMAW

Hàn GMAW có thể được thực hiện bán tự động hoặc tự động, ngày nay

chúng được sử dụng rộng rãi cho các công việc hàn nhờ các ưu điểm:

Năng suất cao

Giá thành thấp

1

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

Năng lượng hàn ít, ít biến dạng nhiệt

Hàn được hầu hết các kim loại

Dễ tự động hoá.

1.4 NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN GMAW

Thiết bị hàn GMAW được chế tạo tinh vi phức tạp rất đắt tiền do đó

cần phải có sự giữ gìn và bảo dưỡng.

Nếu khí gas không đảm bảo độ tinh khiết, mối hàn sẽ bị lẫn xỉ và rỗ

khí, chất lượng mối hàn không tốt.

Trong quá trình hàn cần có sự che chắn đảm bảo cho khu vực hàn

không bị gió lùa hoặc thổi tạt

Khó khăn hơn khi phải làm việc ở những vị trí trên cao

2

NGUYÊN TẮC CƠ BẢN

2.1 CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN

Hàn GMAW là quá trình hàn nóng chảy trong đó nguồn nhiệt hàn được

cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa điện cực nóng chảy (dây hàn) được

cấp liên tục và vật hàn. Khí bảo vệ được lấy từ bên ngoài do bộ cấp khí

và không sử dụng áp lực, khí bảo vệ có thể là khí trơ hoặc khí có tính

khử. Sự cháy của hồ quang được duy trì tự động nhờ các hiệu chỉnh đặc

tính điện của hồ quang, chiều dài hồ quang và dòng điện hàn được duy

trì tự động trong khi tốc độ và góc độ súng hàn được duy trì bởi thợ hàn.

Bộ phận quan trọng kiểm soát quá trình hàn là:

Súng hàn và cáp điều khiển

Thiết bị cấp dây

Nguồn hàn

1. Nguồn hàn

4. Van khí

2. Mô tơ cấp dây

5. Khí bảo vệ

3. Cuộn dây hàn

6. Dây dẫn khí

7. Súng hàn

8. Cáp điều khiển

9. Cáp nối kẹp mát

10. Vật liệu hàn cơ bản

2

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

Hình 1. Thiết bị phương pháp hàn GMAW cơ bản

2.2 CÁC ĐẶC TÍNH

Đặc tính tốt nhất của phương pháp hàn GMAW được mô tả bởi 4 kiểu

chuyển dịch cơ bản.

Chuyển dịch phun

Chuyển dịch cầu

Chuyển dịch ngắn mạch

Chuyển dịch xung

Chuyển dịch phun và chuyển dịch cầu là đặc trưng của quá trình hàn

với năng lượng hàn tương đối cao. Chuyển dịch phun có được, khi dùng

dây hàn có đường kính tương đối nhỏ, cả hai chuyển dịch cầu và chuyển

dịch phun chỉ giới hạn áp dụng khi hàn ở vị trí phẳng hoặc ngang và với

bề dày kim loại lớn hơn 3mm (1/8in)

Chuyển dịch xung đặc trưng bởi năng lượng hàn tương đối thấp.

Chuyển dịch ngắn mạch có năng lượng hàn thấp nhất thích hợp cho

những ứng dụng trên kim loại có bề dày nhỏ hơn 3mm (1/8 in).

Các nhân tố xác định loại chuyển dịch.

Mật độ dòng điện

Kích thước dây điện cực hàn

Dòng điện

Loại khí bảo vệ

Điện áp hồ quang

2.3 CHUYỂN DỊCH DẠNG PHUN (SPRAY TRANSFER)

Chỉ xảy ra khi khí bảo vệ có hơn 80% Argon. Trong kiểu chuyển dịch

này các giọt kim loại có kích cỡ bằng hoặc nhỏ hơn đường kính dây

điện cực. Các giọt kim loại được định hướng theo trục hồ quang, hồ

quang cháy êm và ổn định, kết quả là hàn ít văng toé hơn, bề mặt mối

hàn mịn.

Năng lượng hồ quang dạng Plasma trải đều trong vùng không gian hình

côn giúp cho biên đường hàn trở nên sạch sẽ, xong cũng dễ gây ra các

khuyết tật do thiếu chảy trên đường biên hàn. Độ ngấu trong kiểu

chuyển dịch này sâu hơn với khi hàn bằng que, song lại thấp hơn

chuyển dịch cầu có năng lượng hàn cao hơn.

3

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

Kiểu chuyển dịch phun được hình thành ở mức dòng điện nhỏ nhất cho

từng loại đường kính dây hàn (mật độ dòng). Ở mức dòng này thông

thường được giới hạn “ mức chuyển tiếp dòng”. Mối hàn định rõ sự

chuyển tiếp dòng chỉ khi cùng với khí bảo vệ trên 80% là Argon. Ở mức

dòng thấp hơn sự chuyển tiếp dòng thì kích thước các hạt kim loại tăng

lên [có đường kính lớn hơn đường kính điện cực]. Đặc tính hồ quang

hầu hết thay đổi trong giới hạn làm việc này.

KHÍ BẢO VỆ

∗ Có thể hỗn hợp như sau:

95% Ar, 5% ô xy

98% Ar, 2% ô xy

99% Ar, 1% ô xy

Argon có tính chất khí trơ.

Không kết hợp với vật liệu.

Ngăn chặn các khí tích cực khác tiếp cận mối hàn

Giới hạn kích thước giọt kim loại.

Oxy.

Mở rộng độ ngấu.

Cải tiến đường hàn.

Giảm khả năng cháy chân.

∗ Dòng lớn hơn và dây hàn lớn hơn

∗ Quá trình hàn bằng và ngang

Với dây hàn đường kính nhỏ có thể sử dụng ở mọi tư thế

2.4 CHUYỂN DỊCH CẦU (GLOBULAR TRANSFER)

Với khí bảo vệ có CO₂hoặc helium

Trong kiểu chuyển dịch này kim loại chuyển dịch từ điện cực sang vũng

hàn dưới dạng các giọt cầu có kích cỡ không đều và định hướng ngẫu

nhiên, kết quả là lượng văng toé tăng lên đáng kể. Khi hàn với khí CO₂

thì có thể giảm sự văng toé bằng cách hiệu chỉnh thông số hàn sao cho

đầu dây hàn nhúng chìm vào trong vũng hàn và hồ quang cháy trong lỗ

hổng nằm trong vũng hàn.

Khí dùng khí trộn có nhiều Helium, mối hàn trở nên rộng cùng với

chiều sâu ngấu chảy giống như Argon, nhưng tiết diện tròn trịa hơn.

Đặc trưng của hồ quang này là đường hàn mấp mô hơn so với các loại

chuyển dịch khác, bởi vì hồ quang nhúng chìm vào bể hàn, hiệu quả

làm sạch biên mối hàn kém.

4

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

∗ Giọt kim loại có kích thước bằng 1.5 đến 2 lần đường kính

điện cực hàn

Thường sử dụng khí bảo vệ là khí CO2.

∗ Tạo độ ngấu rộng và sâu.

∗ Nếu thêm Argon nó sẽ cải thiện sự ổn định hồ quang.

Chỉ giới hạn cho các tư thế hàn bằng và hàn ngang

2.5 CHUYỂN DỊCH NGẮN MẠCH

Trong kiểu chuyển dịch ngắn mạch, năng lượng có trị số thấp, tất cả

kim loại chuyển dịch xảy ra khi dây hàn tiếp xúc vào vũng nóng chảy

của vật hàn. Trong kiểu chuyển dịch kim loại này, đặc tính nguồn hàn

điều khiển mối quan hệ giữa sự thiết lập gián đoạn của hồ quang và

ngắn mạch của dây hàn tới vât hàn. Từ đó nhiệt lượng thấp, độ ngấu của

mối hàn rất nông và cần phải chú ý khi thực hiện cùng với kỹ thuật đảm

bảo tốt đối với chi tiết dày.

Tuy nhiên, đặc tính cho phép hàn ở mọi vị trí. Chuyển dịch ngắn mạch

có đặc thù thích ứng khi hàn với các chi tiết mỏng.

Ứng dụng hàn:

Thép các bon vừa và thấp.

Thép hợp kim thấp có sức bền cao.

Một vài loại thép không rỉ

Que hàn được đưa liên tục chạm vào kim loại cơ bản, tạo ra ngắn mạch.

Điều đó làm cho dây hàn bị nổ, tạo ra hồ quang mới. Dù vậy, vì dây hàn

được cấp có điện áp cao, dây hàn lại tiếp tục chạm vào kim loại cơ bản

và chu trình lặp lại.

Chu trình lặp lại quá nhanh để có thể nhận thấy bằng mắt thường.

Thông thường sử dụng khí bảo vệ là 100% khí CO2

Có thể trộn thêm khí Argon

Có thể trộn 75% Argon và 25% CO2

Nó sẽ tạo ra hồ quang ổn định hơn

Hàn ngắn mạch sử dụng que hàn có đường kính nhỏ hơn và vì vậy dòng

điện và điện áp cũng thấp hơn. Có thể sử dụng ở tất cả các tư thế hàn.

5

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

2.6 CÁC MỨC BIẾN ĐỔI

Trong tổng cộng 3 phương pháp cơ bản của chuyển dịch kim loại biểu

thị đặc điểm của phương pháp hàn GMAW, còn có những biến đổi khác

quan trọng.

CHUYỂN DỊCH DÒNG XUNG

∗ Chuyển dịch dòng xung là phương pháp hàn GMAW có thể

áp dụng ở mọi tư thế hàn với mức năng lượng lớn hơn so

với chuyển dịch ngắn mạch. Trong thay đổi này, nguồn hàn

cung cấp hai mức dòng: Mức không thay đổi (giá trị nền)

có cường độ thấp đến mức không gây ra bất kỳ chuyển

động kim loại nào; và dòng (đỉnh xung), ở khoảng trên

dòng giá trị nền điều chỉnh được các khoảng . Sự kết hợp

của kết quả hai dòng hồ quang đều đặn (dòng nền) cùng với

điều khiển chuyển dịch của kim loại mối hàn trong dạng

phun tạo ra chuyển dịch xung (dòng xung đỉnh).

∗ Kỹ thuật thao tác tốt rất quan trọng mục đích tránh các hiện

tượng thiếu chảy khi hàn các vật dày, nhưng cũng ít nghiêm

trọng hơn khi hàn với chế độ chuyển dịch ngắn mạch.

3

TRANG THIẾT BỊ

Phương pháp hàn GMAW có thể được thực hiện tự động hoặc bán tự

động, trang thiết bị cơ bản đối với bất kỳ hệ thống hàn GMAW nào

cũng bao gồm như sau:

∗ Súng hàn

∗ Mô tơ cấp dây và các thiết bị kết hợp hoặc các bánh xe cuộn

∗ Bộ điều khiển

∗ Nguồn hàn

∗ Van giảm áp và chỉnh lưu lượng khí

∗ Các trang thiết bị cho dây điện cực

∗ Cáp điện và các đường dẫn khí bảo vệ

THIẾT BỊ HÀN BÁN TỰ ĐỘNG

3.1 SÚNG HÀN VÀ CÁC TRANG THIẾT BỊ

Súng hàn (hình 2) dùng để cung cấp dây hàn và khí bảo vệ vào trong

vùng mối hàn và truyền nguồn điện tới dây hàn.

Các loại súng hàn khác nhau được thiết kế nhằm cung cấp hiệu quả tối

đa cho công việc hàn. Chúng bao gồm súng hàn công suất cao, loại

năng suất cao, loại nhẹ dùng để hàn mọi vị trí, loại thiết kế đặc biệt cho

các mối hàn đặc biệt.

6

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

Có loại được làm nguội bằng nước, loại làm nguội bằng gió, loại mỏ

thẳng, loại mỏ cong. Loại súng làm mát bằng khí được giới hạn sử dụng

tới 600 A cùng với chu kỳ ngắn lại. Khi hàn trên các dây truyền công

nghệ thường được sử dụng súng hàn làm mát bằng nước.

Súng hàn hồ quang bao gồm các chi tiết sau:

∗ Contact tip (đầu tiếp xúc)

∗ Ống phun khí

∗ Ống dẫn dây điện cực

∗ Ống dẫn khí bảo vệ

∗ Ống dẫn nước làm nguội (đối với loại súng làm nguội bằng nước)

∗ Dây dẫn điện hàn

∗ Công tắc điều khiển.

1. Ống phun khí

2. Dây cáp hàn

Hướng hàn

3. Dây cáp điều khiển

4. Dây dẫn khí bảo vệ

5. Dây hàn

6. Vật liệu hàn cơ bản

7. Kim loại hàn đông đặc

8. Hồ quang

9. Khí bảo vệ

Hình 2. Kiểu súng hàn bán tự động dùng khí làm mát.

3.2 MÔTƠ CẤP DÂY

Thường là loại có tốc độ không đổi điều chỉnh vô cấp. Bộ cấp dây tốc

độ không đổi được trang bị mạch điện tử để điều khiển quá trình mồi hồ

quang, tự động điều chỉnh khi có sự thay đổi điện áp nguồn, tự hiệu

chỉnh khi xảy ra hiện tượng kẹt dây. Kết quả là hồ quang mồi và cháy

ổn định hơn, hạn chế đáng kể lượng văng toé.

Bộ cấp dây có trang bị hệ thống hãm tự động cho phép dừng dây tức

thời mỗi khi nhả công tắc điều khiển.

7

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

3.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA

Bộ điều khiển hàn và mô tơ cấp dây có giá trị hoạt động bán tự động

trong cùng một hệ thống liền khối với nhau, nó có chức năng điều khiển

tốc độ cấp dây. Tốc độ cấp dây được xác lập theo khoảng giá trị dòng

hàn.

Khí bảo vệ, nước làm mát, và dòng điện hàn,…thường được gắn với

nguồn cung cấp thông qua bộ điều khiển. Lưu lượng khí bảo vệ và nước

được hiệu chỉnh đồng bộ với việc khởi động và dừng hàn nhờ các van

điện từ

3.4 NGUỒN HÀN

Trong phương pháp hàn GMAW thường được sử dụng với nguồn hàn

DC phân cực dương (DCEP). Nguồn hàn AC không thích hợp vì hồ

quang bị tắt trong từng nửa chu kỳ và sự chỉnh lưu chu kỳ phân cực

nguội làm cho hồ quang không ổn định.

Đối với phương pháp hàn (GMAW) thì bộ nguồn thường có đặc tính

ngoài là CV, ưu điểm chính của thiết bị hàn kiểu CV là điện áp hồ

quang không đổi trong suốt quá trình hàn, dòng hàn sẽ tự động tăng

hoặc giảm khi chiều dài hồ quang thay đổi, từ đó làm tăng hoặc giảm

tốc độ chảy của dây hàn nhờ đó mà điện áp hồ quang được duy trì

không đổi. Như vậy hàn phương pháp hàn (GMAW) điều chỉnh dòng

điện hàn thông qua tốc độ cấp dây.

4

CÁC YÊU CẦU VÀ ỨNG DỤNG

Trong hàn GMAW, được định nghĩa, sự liên kết của các kim loại là kết quả

của của nhiệt nung nóng cùng với hồ quang đã được thiết lập giữa sự duy trì,

sự cháy của dây kim loại điền đầy và vật hàn. Khí bảo vệ và dây hàn nóng

chảy là hai yếu tố cần thiết của phương pháp này.

4.1 KHÍ BẢO VỆ

∗ Nhiệm vụ chính của khí bảo vệ trong hàn GMAW là tạo ra khí

quyển có tính trơ hoặc khử để ngăn chặn các khí có hại từ không

khí thâm nhập vào trong vũng hàn khi hàn.

∗ Đồng thời khí bảo vệ còn đảm nhận các công việc sau:

Mồi hồ quang dễ dàng và hồ quang cháy ổn định

Tác động đến các kiểu chuyển dịch trong hồ quang hàn

Ảnh hưởng đến độ ngấu và tiết diện ngang của mối hàn

8

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

Tốc độ hàn

Khả năng tạ ra khuyết tật biên mối hàn

Tẩy sạch bề mặt và biên đường hàn

Argon

Argon-Helium

Helium

CO₂

Ảnh hưởng của khí bảo vệ đến tiết diện ngang của mối hàn

Hình 5.

Đường viền của các đường hàn và mặt cắt độ

ngấu đối với từng loại khí bảo vệ.

Argon-O₂

Argon- CO₂

CO₂

Ảnh hưởng của khí bảo vệ khi thêm O₂và CO₂vào Argon

Hình 6.

So sánh tác động của O₂đối với CO₂được cộng

thêm vào khí Argon

9

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

Bảng 2. Khí bảo vệ và hỗn hợp khí dùng cho phương pháp hàn GMAW

Tác động

hoá học

Khí bảo vệ

Phạm vi ứng dụng

Argon

Khí trơ

Gần như tất cả kim loại trừ thép

Nhôm, mangan, và hợp kim đồng vì có

nhiệt lượng lớn và mức độ rỗ khí nhỏ

Helium

Khí trơ

Nhôm, mangan, và hợp kim đồng vì có

nhiệt lượng lớn và mức độ rỗ khí nhỏ (ảnh

hưởng của hồ quang tốt hơn Helium 100%)

Ar + 20-80% He

Cung cấp nhiệt lượng lớn trên đồng

(Châu âu )

Nitrogen

Cung cấp nhiệt lượng lớn trên đồng (ảnh

hưởng của hồ quang tốt hơn N₂100%)

Ar + 20-30% N2

Ar + 1-2% O2

Ar + 3-5% O2

CO2

Oxy hoá mức

độ nhỏ

Thép trắng và thép hợp kim, một vài tính

khử đối với hợp kim đồng

Thép carbon và một vài loại thép hợp kim

thấp

Oxy hóa

Thép carbon và một vài loại thép hợp kim

thấp

Các loại thép có tính chất khác nhau, chủ

yếu là kiểu chuyển dịch ngắn

Ar + 20-50% CO2

Ar

Các loại thép có tính chất khác nhau

(Châu âu)

+ 10% CO2

+ 5% O2

Các loại thép có tính chất khác nhau

(Nhật)

CO2 + 20% O2

90% He

+ 7.5% Ar

+ 2.5% CO2

Oxy hoá mức

độ nhỏ

Các loại thép trắng có tính chống ăn mòn

cao, dùng cho kiểu chuyển dịch ngắn mạch

60 - 70% He

+ 25 - 35% Ar

+ 4 - 5% CO2

Thép hợp kim thấp có tính dẻo, dùng cho

kiểu chuyển dịch ngắn mạch

Oxy hóa

10

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

Bảng 3.

Lựa chọn khí bảo vệ cho hàn GMAW cùng với

chuyển dịch dạng phun

Kim loại

Khí bảo vệ

Argon

Ứng dụng

Chiều dày (0 – 25mm), chuyển dịch kim

loại tốt nhất và ổn định hồ quang, sự bắn toé

ít nhất.

Chiều dày (25 – 76 mm), có nhiệt lượng cao

hơn Argon nguyên chất; làm cho sự nóng

chảy tốt hơn với loại 5XXX hợp kim nhôm

mangan

35 % argon

+ 65 % helium

Nhôm

25 % argon

+ 75 % helium

Chiều dày trên 76mm: Nhiệt lượng rất cao,

giảm thiểu rỗ khí

Mangan

Argon

Tác dụng làm sạch tốt

Cải thiện sự ổn định của hồ quang; kết quả

dễ cháy hơn và kiểm soát tốt bể hàn, sự liên

kết tốt và mối hàn gọn, giảm thiểu cháy

chân, cho phép hàn ở tốc độ cao hơn Argon

nguyên chất

Argon

+ 1 – 5 % O2

Thép carbon

Hình dáng mối hàn đẹp, giảm thiểu sự bắn

toé, giảm bớt khả năng tách lớp khi lạnh,

không thể hàn được ở tất cả các vị trí.

Argon

+ 3 - 10 % CO2

Thép hợp kim

thấp

Argon

+ 2 % O2

Giảm thiểu cháy chân, tạo tính bền tốt.

Cải thiện sự ổn định của hồ quang, kết quả

dễ cháy hơn và kiểm soát tốt bể hàn, sự liên

kết tốt và mối hàn gọn, giảm thiểu cháy

chân trên thép không gỉ cao

Argon

+ 1 % O2

Thép không gỉ

Tạo sự ổn định hồ quang tốt hơn, độ liên

kết, và tốc độ hàn lớn hơn với hỗn hợp 1%

O₂đối với các loại vật liệu pha thép không

gỉ.

Argon

+ 2 % O2

Argon

giảm bớt độ lỏng của kim loại mối hàn đối

với chiều dày 3.2mm

Đồng, Niken

và hợp kim

của nó

Argon

+ Helium

Nhiệt độ dự nhiệt cao với 50 & 70% khí

trộn helium

Hồ quang ổn định tốt, tạp chất trong mối

hàn là nhỏ nhất, yêu cầu có sự hỗ trợ của

khí trơ ngăn ngừa gió làm ảnh hưởng ở phía

sau của khu vực mối hàn.

Titanium

Argon

11

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

Bảng 4.

Lựa chọn khí gas cho hàn GMAW với kiểu

Chuyển dịch ngắn mạch

Kim loại

Khí bảo vệ

Ứng dụng

Chiều dày nhỏ hơn 3.2mm, tốc độ hàn cao

không có sự điền đầy, sự biến dạng và bắn

toé là tối thiểu.

75% Argon

+ 25 % CO₂

Chiều dày lớn hơn 3.2mm, ít bắn toé, làm

sạch biên dạng mối hàn, điều khiển vũng

hàn tốt ở vị trí đứng và khỏi đầu.

75% Argon

+ 25 % CO₂

Thép carbon

CO₂

Độ ngấu sâu, tốc độ hàn nhanh

90 % He

+ 7.5 % Ar

+ 2.5 % CO₂

Không có tác dụng việc chống lại ăn mòn,

vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, không bị cháy

chân, ít biến dạng

Thép không gỉ

60 - 70 % He

+ 25 - 35% Ar

+ 4 - 5% CO₂

Ít khả năng phản ứng, tính bền cao, sự ổn

định hồ quang cao, ……., và biên dạng mối

hàn, ít bắn toé

Thép hợp kim

thấp

75 % Ar

+ 25 % CO2

Tính hàn tốt, hồ quang ổn định cao, …….,

và biên dạng mối hàn, ít bị bắn toé.

Nhôm, đồng,

mangan, niken,

và hợp kim của

chúng

Argon

và Argon

+ Helium

Argon thoả mãn phần lớn các kim loại,

Argon – helium được ưu tiên hơn trên phần

lớn các loại vật liệu ( lớn hơn 3.2mm)

4.2 DÂY HÀN

Khái quát chung:

Trong công nghệ sản xuất dây hàn, kim loại đắp phải thoả mãn

cho việc kết tinh mối hàn cùng với những mục tiêu cơ bản sau:

Kim loại đắp tương xứng nhau về cơ tính và lý tính

với kim loại cơ bản.

Tạo ra mối hàn có độ liên kết liền, không có khuyết

tật.

Mục tiêu thứ nhất: Ngay cả kim loại đắp có thành phần nguyên

tố đồng nhất với kim loại nền thì mối hàn cũng có đặc tính

luyện kim riêng biệt. Do vậy, mục tiêu là chọn các thành phần

12

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

hợp kim của kim loại đắp sao cho chúng có cơ tính bằng hoặc

tốt hơn kim loại hàn.

Mục tiêu thứ hai: đạt được, thông thường, thông qua dùng điện

cực kim loại điền đầy được sản xuất đưa thêm vào các thành

phần để không tạo ra khuyết tật.

Bảng 5.

Giới thiệu các loại dây hàn cho hàn phương pháp

hàn GMAW

Phân

loại

dây

hàn

AWS

Đường kính

dây hàn

Giới thiệu dây hàn

Loại vật liệu Phân loại dây hàn

Loại kim

loại cơ

bản

Giới hàn

dòng

điện (A)

in

mm

1100

3003, 3004

5052, 5454

ER1100 hoặc ER4043

ER1100 hoặc ER5356

ER5554, ER5554

hoặc ER5183

ER5556 hoặc ER5356

ER4043 hoặc ER5356

0.030

3/64

1/16

3/32

1/8

0.8

1.2

1.6

2.4

3.2

50-175

90-250

160-350

225-400

350-475

Nhôm và

hợp kim

A5.10

của nhôm 5083, 5086, 5456 6061,

6063

AZ10A

AZ31B, AZ61A,

AZ80A

ZE10A

ZK21A

ERAZ61A, ERAZ92A

0.040

3/64

1/16

3/32

1/8

1.0

1.2

1.6

2.4

3.2

150-300²

160-320²

210-400²

320-510²

400-600²

ERAZ61A, ERAZ92A

Hợp kim

A5.19

AZ63A, AZ81A,

mangan

AZ91C

ERAZ92A

AZ92A, AM100A

HK31A, HM21A

HM31A

ERAZ33A

LA141A

Đồng thiếc Silic

ERCuSi-A

Đồng và

hợp kim

đồng

Đồng khử oxyt

ERCu

ERCuNi

ERCuAl-A1, A2 or A3

ERCuSn-A

0.035

0.045

1/16

0.9

1.2

1.6

2.4

150-300

200-400

250-450

350-550

Hợp kim Cu-Ni

Đồng thiếc nhôm

Đồng thiếc phốt pho

A5.7

3/32

0.020

0.030

0.035

0.045

1/16

0.5

0.8

0.9

1.2

1.6

-

Niken và

hợp kim

Niken

Monel³Hợp kim 400

Inconel³Hợp kim 600

ERNiCu-7

ERNiCrFe-5

A5.14

100-160

150-260

100-400

13

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

Đường kính

dây hàn

Phân

loại

Giới thiệu dây hàn

Loại kim

loại cơ

bản

Giới hàn

dòng

điện (A)

dây

hàn

AWS

Loại vật liệu

Phân loại dây hàn

in

mm

Nguyên chất

Dùng kim loại điền đầy

1 hoặc 2 cấp độ thấp

ERTi-0.2Pd

0.030

0.035

0.045

0.8

0.9

1.2

-

Titan và

hợp kim

Titan

Ti - 0.15 Pd

A5.16

Ti - 5Al - 2.5Sn

ERTi-5Al-2.5Sn

hoặc nguyên chất

Loại 201

ER308

0.020

0.025

0.030

0.035

0.045

1/16

5/64

3/32

7/64

1/8

0.5

0.6

0.8

0.9

1.2

1.6

2.0

2.4

2.8

3.2

-

Loại 301, 302

304 & 308

Loại 304L

Loại 310

Loại 316

Loại 321

ER308

ER308L

ER310

ER316

ER321

ER347

75-150

10-160

140-310

280-450

Thép

không gỉ

Austenitic

A5.9

-

Loại 347

Thép carbon thường

ER70S-3 hoặc ER70S-1

ER70S-2, ER70S-4

ER70S-5, ER70S-6

0.020

0.025

0.030

0.035

0.045

0.052

1/16

5/64

3/32

1/8

0.5

0.6

0.8

0.9

1.2

1.3

1.6

2.0

2.4

3.2

-

40-220

60-280

125-380

260-460

275-450

-

Thép

A5.18

-

Thép carbon sức bền cao ER80S-D2

0.035

0.045

1/16

5/64

3/32

1/8

0.9

1.2

1.6

2.0

2.4

3.2

4.0

60-280

125-380

275-450

và một vài loại thép hợp

kim thấp

ER80S-Ni1

ER100S-G

Thép

A5.28

-

5/32

²Chuyển dịch kiểu phun

³Thương hiệu quốc tế

14

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

ĐIỀU KIỆN THAO TÁC

Sau khi lựa chọn các thông số công nghệ cơ bản, các thông số

hàn như sau:

Tốc độ đắp - Tốc độ di chuyển

Tốc độ cấp dây (dòng điện hàn)

Điện áp hàn

Độ nhú điện cực

Giới hạn đắp

Là lượng kim loại thực sự đắp vào mối hàn trong một đơn vị

thời gian. (kg/giờ). Cần cân bằng tốc độ đắp và tốc độ hàn vì

nếu cân bằng tốt sẽ giúp cho tốc độ đắp đạt được giá trị tối ưu.

Các yếu tố sau đây sẽ ảnh hưởng đến sự cân bằng giữa tốc độ

hàn và tốc độ cấp dây:

Kích thước mối hàn

Kiểu mối hàn

Số lượng lớp hàn

Sức khoẻ của thợ hàn

Dòng điện hàn và tốc độ cấp dây

Sau khi xác định tốc độ đắp tối ưu, bước kế tiếp là xác định tốc

độ cấp dây và độ nhú điện cực, và dòng điện hàn đạt được liên

quan đến giới hạn đắp. Trong thực hành, tốc độ lắng đọng là

thông số quan trọng nhất, sự duy trì và phát triển bởi thông số

của tốc độ cấp dây đúng hơn là giá trị dòng hàn.

Điện áp hàn

Điện áp hàn ( có liên quan tới độ chính xác của chiều dài hồ

quang ), cần thiết lập và duy trì sự ổn định của hồ quang cùng

với lựa chọn tốc độ cấp dây hoặc mức dòng điện hàn để có sự

bắn toé là nhỏ nhất.

15

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

Độ nhú điện cực

èng phun khÝ

§Çu tiÕp xóc

Kho¶ng c¸ch tõ

miÖng vßi phun

khÝ tíi vËt hµn

§é nhó ®iÖn cùc

Kho¶ng c¸ch tõ ®Çu

tiÕp xóc tíi vËt hµn

ChiÒu dµi hå quang

Hình 7. Độ nhú điện cực hàn

Các thông số cơ bản khi hàn với dây hàn có điện trở lớn phụ

thuộc rõ ràng vào độ nhú điện cực, sự thay đổi độ nhú điện cực

sẽ làm thay đổi sự cân bằng điện trên hồ quang hàn. Khi tăng

độ nhú, dây hàn bị đốt nóng do điện trở sẽ làm thay đổi tốc độ

chảy của dây hàn ở trị số dòng điện đã được xác lập. Sự cân

bằng giữa tốc độ chảy và tốc độ cấp dây bị thay đổi sẽ làm thay

đổi điều kiện hàn. Giữ độ nhú không đổi cũng như góc độ điện

cực không đổi là một trong các kỹ năng của hàn GMAW.

16

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

Ký hiệu dây hàn theo tiêu chuẩn AWS

ER

70 S-

X

E

7

0

T-

X

Ký hiệu điện cực

hàn hoặc que

hàn phụ

Ký hiệu điện cực

hàn hoặc que

hàn phụ

Dây đặc

Vị trí hàn

Thành phần

hoá học và khí

bảo vệ

Độ bền kéo nhỏ nhất

Thành phần

hoá học và khí

bảo vệ

Độ bền kéo nhỏ nhất

(Ksi)

(Ksi) x 10

Dây lõi thuốc

Ví dụ. Thành phần hoá học của một số loại dây hàn

Dòng

điện và

phân cực

Thành phần hoá học (%)

Khí

Gas

Phân loại

C

Mn

Si

P

S

Ni

…

Cr

…

Mo

…

V

…

Ti

Zr

Al

ER70S-2

ER70S-3

ER70S-6

E70T-1

E71T-1

E60T-7

E60T-8

≤ 0.07

0.90-1.40 0.40-0.70 ≤ 0.025 ≤0.035

0.05-0.15 0.02-0.12 0.05-0.15 CO₂(3)

DC (+)

DC (-)

Dây

hàn

đặc

0.06-0.15

…

….

…

CO₂(3)

0.07-0.15 1.40-1.85 0.80 -1.15 ≤0.025

≤0.035

≤0.03

…

0.50-0.90 CO₂(3)

…

≤1.75

≤0.90

≤0.04

≤0.50 ≤0.20 ≤0.30 ≤0.08

…

CO₂

Dây

hàn

lõi

≤1.8

Không

thuốc

17

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

5

QUY TRÌNH HÀN THÉP CARBON

Những giới thiệu về hàn.

Hàn hồ quang trong môi trường khí CO₂(GMAW)

Trong trường hợp hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ CO₂,

dây hàn được làm thành cuộn, và dòng hàn, điện áp và tốc độ phun

khí CO₂được điều chỉnh theo qui định. Khi đó thợ hàn sẽ đeo mặt nặ

bảo vệ và giữ kìm hàn ở tư thế sao cho thấy rõ chóp của mỏ hàn và

bắt đầu hàn.

Theo chỉ dẫn trên hình 8 (A). đỉnh của dây hàn được cho chạm vào

điểm bắt đầu và sau đó được đưa cao lên khoảng 3mm như hình 8 (B).

Tiếp theo, đóng điện cho mỏ hàn, một hồ quang được tạo ra, quá trình

hàn bắt đầu.

3 mm

10 mm

(A)

(B)

Hình 8. Bắt đầu hồ quang trong hàn GMAW

Từ khi phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí CO2 được

phát triển mạnh, do mật độ dòng điện lớn và nó tạo ra rất ít xỉ, việc

hàn có thể thực hiện theo hai chiều tiến và lùi (xem hình 9 )

Phương pháp hàn thuận được sử dụng khi hàn ngang mối hàn góc,

mối hàn bề mặt hoặc sau cùng, mối hàn một phía, và bề mặt mối hàn

khá bằng. ngược lại phương pháp hàn ngược tốt hơn nên dùng hàn

trong mặt rãnh vị trí hàn bằng, khi cần độ ngấu sâu hơn.

15 - 20⁰

H−íng hµn

(A) Hµn thuËn

(B) Hµn ng−îc

Hình 9. Khác nhau giữa hàn thuận và hàn ngược.

18

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

Các qui hàn đối với vị trí các đường hàn thẳng, đường hàn dích rắc,

chế tạo mối ghép của các đường hàn và và xử lý các vũng lõm cuối

mối hàn giống như phương pháp hàn hồ quang tay. Để kết thúc một

đường hàn trong mối hàn góc ngang, hoặc mối hàn giáp mối, chiều

cao phần gia cường phải chính xác và các đường hàn sẽ bằng phẳng.

Vì vậy, sử dụng cách hàn tiến hợp hơn cho các đường hàn thẳng hoặc

dích rắc, lượn sóng. Kỹ thuật điều chỉnh tay đối với hàn được chỉ trên

hình 10.

80 - 85⁰

2 mm

2/3 W

1/3 W

W

(A) Kỹ thuật chia ra từng phần mối hàn trong hàn giáp mối

35 - 45⁰

0 - 20⁰

40 - 50⁰

H−íng hµn

1 - 2 mm

hµn tèi ®a 5mm, víi

dßng ®iÖn tèi ®a 250 A)

hµn tèi thiÓu 5mm, víi

dßng ®iÖn tèi thiÓu 250 A)

(B) Góc độ di chuyển mỏ hàn trong hàn góc ngang cùng với một

đường hàn

19

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

20 - 30⁰

45 - 50⁰

2 - 3 mm

(C) Góc độ mỏ hàn so với bề mặt làm việc trong hàn góc ngang, hai

đường hàn.(Chiều dài chân mối hàn 8 hoặc 12 mm)

20 - 30⁰

40 - 50⁰

35 - 45⁰

1 - 2 mm

(1)

(2)

(3)

(D) Góc độ mỏ hàn so với bề mặt làm việc. Hàn góc ngang, cùng với

nhiều đường hàn. (Chiều dài chân mối hàn lớn hơn12 mm)

Hình 10. Kỹ thuật thao tác trong hàn hồ quang khí bảo vệ CO₂

* Khi hàn với chuyển dịch ngắn mạch, góc độ mỏ phun và độ nhú

điện cực như sau:

0 - 3.2mm

6 mm - 13mm

Hình 11. Độ nhú điện cực cho kiểu chuyển dịch ngắn mạch

20

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave