Giáo trình Công nghệ hàn - Phần VII: Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ
PHẦN VII
HÀN HỒ QUANG ĐIỆN CỰC KHÔNG
NÓNG CHẢY TRONG MÔI TRƯỜNG
KHÍ BẢO VỆ
1
GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP HÀN (GTAW)
Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong khí trơ bảo vệ
(GTAW) “Là phương pháp hàn hồ quang sử dụng hồ quang giữa một
điện cực Tungsten (không nóng chảy ) và bể hàn (hình 1). Phương
pháp này được sử dụng cùng với khí bảo vệ và không dùng áp lực.
Kim loại điền đầy có thể được dùng hoặc không cần dùng”.
Phương pháp này đã được phát triển từ những năm 1930 bằng hồ
quang heli hoặc hàn hồ quang khí trơ, và được dùng để hàn các kim
loại không có chứa sắt, đặc biệt mangan và nhôm, và các mối ghép
kim loại khó hàn. TIG đúng nghĩa là hàn điện cực không nóng chảy
trong khí trơ tungsten inert gas welding và theo Châu âu nó được gọi
là WIG welding (dùng từ Wonfram).
H−íng hµn
K×m hµn
KhÝ b¶o vÖ
Kim lo¹i mèi
hµn nãng ch¶y
Kim lo¹i mèi
hµn ®«ng ®Æc
§iÖn cùc Tungsten
Kim lo¹i
®iÒn ®Çy
Kim lo¹i c¬ b¶n
Hình 1 - Sơ đồ phương pháp hàn GTAW
2
YẾU TỐ CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG
Phương pháp hàn GTAW, trình bày trong hình 2, sử dụng nhiệt của
hồ quang giữa điện cực tungsten không nóng chảy và kim loại nền.
Hồ quang phát triển tập chung có cường độ nhiệt rất lớn, khoảng
chừng 11.0000F (61000C), khi đó làm nấu chảy bề mặt của kim loại cơ
bản tạo thành vũng hàn.
1
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
Kim loại điền đầy không cần sử dụng
khi các vật liệu mỏng, các mối hàn
ghép bẻ gờ và các mối ghép gấp mép,
được dùng để hàn. Đối với các vật
liệu có chiều dày lớn hơn, dây hàn
thường được sử dụng và được cung
cấp vào theo ống dẫn từ bên ngoài
hoặc que hàn điền đầy đơn lẻ. Kim
loại điền đầy không chuyển dịch
ngang qua cột hồ quang nhưng được
làm nóng chảy bởi hồ quang. Vùng
hồ quang được bảo vệ khỏi khí quyển
bởi khí trơ bảo vệ, phun ra từ ống
phun khí của kìm hàn. Khí bảo vệ đẩy
không khí cũng như oxy và nitơ của không khí, không cho tiếp xúc
với kim loại nóng chảy hoặc điện cực tungsten nóng. Khi kim loại
nóng chảy nguội dần đi, sự liên kết xuất hiện và các phần kim loại đã
được đúc (tạo nên mối hàn). Bể hàn nhỏ, không bị bắn toé và không
có khói. Kết quả mối hàn mịn, đều và đòi hỏi công việc sửa sang lần
cuối là nhỏ nhất.
Hình 2 – Phương pháp hàn hồ quang GTAW
ƯU ĐIỂM VÀ LĨNH VỰC ĐƯỢC SỬ DỤNG
3
Những đặc điểm nổi bật của phương pháp hàn GTAW:
Phương pháp hàn GTAW tạo ra các mối hàn có chất lượng rất
cao trong gần như tất cả các kim loại và hợp kim.
Trở nên rất đơn giản, nếu hoàn toàn các vị trí hàn được làm
sạch có hiệu quả.
Hồ quang và bể hàn có thể nhìn thấy rõ ràng đối với thợ hàn.
Kim loại điền đầy không chuyển dịch trong cột hồ quang, do
vậy bể hàn nhỏ và không bắn tóe, dễ điều khiển và khống chế.
Việc hàn có thể được thực hiện ở mọi vị trí trong không gian.
Nó có thể sử dụng để hàn hầu hết các loại kim loại, kể cả các
liên kết kim loại không đồng nhất.
Nó cho phép điều khiển tách biệt nguồn năng lượng và kim
loại điền đầy.
Phương pháp này tạo cho người thợ hàn kiểm soát toàn bộ đối với
công việc đòi hỏi độ chính xác cao. Nhiệt độ có thể được kiểm soát rất
gần và hồ quang có hướng đi chính xác. GTAW thường được sử dụng
nhiều trong công việc chế tạo. Chủ yếu trên các vật liệu mỏng. Nó rất
2
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
hữu ích cho công việc bảo dưỡng và sửa chữa và hàn các kim loại
hiếm.
Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong khí trơ bảo vệ được sử
dụng rộng rãi đối với các mối ghép ống mỏng và chế tạo các đường
hàn lót trong mối ghép ống. Các mối hàn hồ quang tungsten thường
có chất lượng rất cao.
Phương pháp điều khiển bằng tay được áp dụng phần lớn trong công
việc hàn. Tuy nhiên, cả hai phương pháp cơ khí và tự động cũng được
dùng. Thiết bị kìm hàn và hệ thống cung cấp dây kim loại điền đầy có
thể được dùng đối với hàn bán tự động nhưng chúng thường có giới
hạn sử dụng.
Phương pháp hàn GTAW là phương pháp hàn được ở tất cả các tư thế
(bảng 1). Hàn trong các vị trí khác ngoài các vị trí hàn bằng trên kim
loại cơ bản phụ thuộc vào dòng điện hàn và kỹ năng của người thợ
hàn. Phương pháp này được phát triển khởi đầu cho hàn các vật liệu
khó hàn. Nó có thể được dùng để hàn các kim loại có tính chất khác
nhau hơn bất cứ phương pháp hàn hồ quang nào khác (bảng 2).
Vị trí hàn
Xếp loại
1. Bằng
A
Góc ngang
2. Ngang
3. Đứng
4. Trần
A
A
A
A
A
5. Ống
cố định
Bảng 1 - Vị trí hàn ứng dụng cho hàn GTAW
3
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
Kim loại cơ bản
Tính chất hàn được
Nhôm
Có thể hàn được
Đồng thiếc
Đồng đỏ
Đồng niken
Gang
Có thể hàn được
Có thể hàn được
Có thể hàn được
Có thể hàn được nhưng
không được phổ biến
Có thể hàn được nhưng
không được phổ biến
Có thể hàn được
Sắt rèn
Chì
Mangan
Có thể hàn được
Niken
Có thể hàn được
Các kim loại quý
Thép carbon thấp
Thép carbon trung bình và cao
Thép hợp kim
Thép không gỉ
Thép dụng cụ
Titan
Có thể hàn được
Có thể hàn được
Có thể hàn được
Có thể hàn được
Có thể hàn được
Có thể hàn được
Có thể hàn được
Có thể hàn được
Tungsten
Bảng 2 - Tính chất hàn được của các kim loại cho GTAW
Phương pháp hàn GTAW có thể hàn rất tốt đối với kim loại mỏng
thông thường bằng phương pháp hàn tự động và không dùng đến dây
kim loại điền đầy. Đối với các vật liệu có chiều dày lớn hơn 3.2 mm,
công việc chuẩn bị mối ghép thường đòi hỏi kỹ. Tuy nhiên, phụ thuộc
vào các dạng kim loại cơ bản và vị trí hàn. Ngoài ra các kim loại có
chiều dày lớn hơn thì kỹ thuật hàn nhiều lớp thường được đòi hỏi.
(bảng 3)
chiều dày
Hệ số
.00 .01 .06 .12 3/1 1/ 3/
3/
in
1/2
12.
1
2
4
8
0.1 6.
10 20
mm
0.4 1.6 3.2 4.8
10
19 25 51
Một lớp hàn
không cần
chuẩn bị mối
ghép
Một lớp hàn
có chuẩn bị
mối ghép
Nhiều lớp
hàn
Bảng 3 - Giới hạn chiều dày kim loại cơ bản cho hàn GTAW
4
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
4
NHƯỢC ĐIỂM
Những nhược điểm và hạn chế của phương pháp hàn GTAW
Tốc độ đông cứng chậm hơn so với các phương pháp hàn có
điện cực nóng chảy.
Thợ hàn phải khéo tay hơn và phối hợp nhịp nhàng hơn so với
hàn GMAW hay SMAW khi hàn tay.
Ít tiết kiệm hơn so với sử dụng các phương pháp có que hàn
nóng chảy đối với các phân đoạn hàn dày trên 3/8 (10mm).
Khó che chắn khu vực hàn một cách thích hợp ở những nơi có
gió lùa.
Năng suất hàn thấp.
Giá thành tương đối cao do năng suất thấp.
5
HỆ THỐNG HÀN VÀ DÒNG ĐIỆN
Hệ thống hàn đối với phương pháp hàn hồ quang điện cực không
nóng chảy trong môi trường khí trơ (GTAW), (xem hình 3). Đây là
biểu đồ hệ thống được trình bày riêng không bắt buộc để lựa chọn các
phần thiết bị phù hợp. Một là dây kim loại điền đầy cấp rời, hai là bàn
đạp chân có thể được chọn dùng để điều chỉnh dòng điện trong khi
hàn và thứ ba là kìm hàn được làm mát bằng nước, sử dụng khi hàn
với dòng điện cao.
Dòng điện không đổi (Constant Current) được sử dụng và nó có thể
dùng với dòng hàn AC hoặc DC. Dòng DC có thể được sử dụng cùng
với một trong hai loại phân cực. Tuỳ thuộc vào điều kiện công việc.
Khi chức năng tần số cao được thêm vào để sử dụng cùng với phương
pháp hàn GTAW dòng điện xoay chiều (AC), đòi hỏi phải thận trọng
và chắc chắn. Điều này là cần thiết vì nguồn hàn được trang bị cùng
với chức năng tần số cao, tia lửa bắn ra có khe hở, máy tạo dao động
vốn là nguồn bức xạ tần số, điều đó có thể gây trở ngại cùng với sóng
radio và thiết bị truyền hình.
Máy hàn bao gồm tần số cao được lắp đặt đồng bộ hoặc tách rời bộ
tần số cao phải được lắp đặt với chú ý đặc biệt đến nối đất và được
bảo vệ đặc biệt. Nhà chế tạo cung cấp tài liệu hướng dẫn lắp đặt đặc
biệt là giới hạn bức xạ tần số cao. Tài liệu hướng dẫn này yêu cầu tất
cả các kim loại dẫn điện trong khu vực máy hàn phải được nối đất.
5
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
Nguån n−íc
lµm m¸t k×m
Nguån khÝ tr¬
Nguån hµn
K×m hµn
D©y dÉn
®iÖn hµn
D©y kim lo¹i
®iÒn ®Çy
Kim lo¹i
c¬ b¶n
Bµn ®¹p ch©n
D©y kÑp m¸t
D©y dÉn khÝ
Hình 3 - Sơ đồ thiết bị hàn GTAW
6
THIẾT BỊ YÊU CẦU
NGUỒN HÀN
Chủ yếu các thành phần của hệ thống phương pháp hàn GTAW là
nguồn điện hàn. Nguồn hàn có đặc tính dòng điện không đổi
(Constant Current -CC) được dùng cho hàn GTAW. Thường thì máy
hàn dùng cho hàn hồ quang que hàn có vỏ bọc (SMAW) có thể được
dùng cho hàn GTAW. Một vài loại bao gồm cả điều khiển từ xa và hệ
thống lập trình.
Tính chất đặc thù của hàn GTAW các chức năng điều khiển máy hàn
có giới hạn từ 3 - 200A hoặc 5 - 300A cùng với giới hàn điện áp từ 10
- 35V ở 60% chu kỳ làm việc.
KÌM HÀN
Kìm hàn dùng cho hàn GTAW được thiết kế và chỉ dùng riêng đối với
phương pháp hàn GTAW. Có 4 loại kìm hàn cơ bản:
8 Kìm hàn dùng cho hàn tự động
8 Kìm hàn dùng cho hàn bằng tay
8 Kìm hàn làm nguội bằng gió cho dòng điện thấp
8 Kìm hàn làm nguội bằng nước cho dòng điện hàn cao
6
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
Kìm hàn GTAW có các cáp gắn bó liên kết với nguồn hàn. Cung cấp
dòng điện, khí bảo vệ và nước làm mát khi được dùng. Các dây cáp có
chiều dài là 3.8 m hoặc 7.6 m và có thể được cấu tạo chung vào làm
một hoặc ba bộ phận tách rời.
Chúng thường bao gồm dây cáp có các khớp nối (rắc cắm) liên kết
với nguồn hàn. Thiết kế bên trong và cấu trúc của kìm hàn tự động và
kìm hàn tay rất nhỏ gọn. Chủ yếu khác nhau là được thêm vào tay
cầm đối với kìm hàn tay.
Kìm hàn tự động, thông thường bao gồm một giá đỡ. Chúng được đặt
lên trong một hệ thống bao gồm các thanh rầm được điều chỉnh bằng
nút bấm và bánh răng chuyền ăn khớp với giá đỡ điều chỉnh.
7
CÁC LOẠI VẬT LIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG
Các loại vật liệu được dùng trong hàn hồ quang điện cực Tungsten là
kim loại điền đầy, khí bảo vệ, tới một mức độ nhỏ hơn, điện cực
tungsten. Kim loại điền đầy không cần dùng khi hàn các vật liệu kim
loại mỏng. Tuy nhiên, đối với phần lớn các ứng dụng kim loại điền
đầy được thêm vào. Kích thước của dây kim loại điền đầy phụ thuộc
vào chiều dày của vật liệu cơ bản và nó quyết định dòng điện hàn.
Kim loại điền đầy thường được sử dụng dùng chung cho điều khiển
bằng tay. Nhưng việc cung cấp tự động có thể được dùng.
7.1 KIM LOẠI ĐIỀN ĐẦY
American Welding Society (AWS) cung cấp các đặc điểm kỹ thuật
của kim loại điền đầy cho hàn GTAW, phổ biến nhất hiện nay “ Các
đặc điểm kỹ thuật cho các kim loại điền đầy thép carbon đối với hàn
hồ quang khí bảo vệ”, điều đó nó bao gồm các kim loại điền đầy cho
phương pháp hàn GTAW, PAW, và GMAW.
Ký hiệu phân loại trên các dây hoặc thanh kim loại điền đầy được
thêm vào chữ cái R, điều đó chỉ ra dây hàn không có vai trò của mạch
điện. Hàn GTAW dùng toàn bộ thanh dài thẳng của dây hàn điền đầy
cho ứng dụng điều khiển bằng tay. Ứng dụng hàn tự động có thể dùng
dây hàn điền đầy từ ống xoắn ruột gà hoặc từ cuộn.
7.2 ĐIỆN CỰC HÀN
Vật liệu điện cực hàn đối với hàn GTAW là tungsten hoặc hợp kim
tungsten. Tungsten có điểm nóng chảy cao hơn của bất cứ kim loại
nào, vào khoảng 61700F (34100C).
7
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
7 loại của điện cực tungsten đã được tiêu chuẩn hoá bởi (tiêu chuẩn
AWS), cho các đặc điểm kỹ thuật đối với tungsten và hợp kim của
tungsten. Và được trình bày gần đúng các thành phần, và màu được
quy định trên đầu chóp của điện cực.
Ký hiệu theo
AWS
EWP
Màu nhận
diện
Xanh lá cây
Da cam
Đen
Thành phần
Wolfram tinh khiết
EWCe-2
EWLa-1
EWTh-1
EWTh-2
EWZr-1
EWG
97.3%W, 2% oxit cerium
98.3%W, 1% oxit lanthanum
98.3%W, 1% oxit thorium
Vàng
Đỏ
97.3%W, 2% oxit thorium
99.1%W, 0.25% oxit ziconium
94.5%W, phần còn lại không áp dụng
Nâu
Xám
Bảng 4 - Loại, màu và thành phần hoá học của điện cực Tungsten
Các điện cực tungsten thường được sử dụng có các đường kính
được giới hạn từ 0.2in (0.5 mm) tới ¼ in (6.4 mm), và chiều dài từ 3 in (75
mm) tới 24 in ( 610 mm).
Điện cực khi dùng với
nguồn DCEN
Điện cực khi dùng với
nguồn AC hoặc DCEP
Gãc ®é ®Çu
mót ®iÖn cùc
Gãc thon dÇn cña
®Çu ®iÖn cùc
B¸n kÝnh
®Çu mót
B¸n kÝnh
®Çu mót
§−êng kÝnh
®iÖn cùc
§−êng kÝnh
®Çu mót
§−êng kÝnh
®Çu mót
§−êng kÝnh
®iÖn cùc
§−êng kÝnh
®iÖn cùc
Hình 3 - Hình dạng đầu điện cực dòng điện AC và DC
cho phương pháp hàn GTAW
8
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
7.3 PHÂN LOẠI ĐIỆN CỰC
AWS phân loại hệ thống được sử dụng.
Chữ cái E làm ký hiệu bắt đầu, tương ứng với “ Electrode”.
Chữ cái W cho biết chủ yếu là tungsten (Wonfram).
Chữ cái P cho biết điện cực về cơ bản là tungsten nguyên chất.
Chữ Ce, La, Th và Zr cho biết rằng điện cực đã được hợp kim
cùng với oxit của cerium, lathanum, thorium, hoặc ziconium,
tương ứng.
Chữ số ở sau cùng của một vài phân loại chỉ cho biết khác
nhau của các mức độ thành phần trong giới hạn cụ thể nhóm.
Chữ cái G cho biết rằng điện cực tổng hợp phân loại và có thể
không chỉ rõ nguyên tố hợp kim.
Phân loại điện cực theo AWS được trình bày trong (bảng 4)
ª Loại EWP là tungsten nguyên chất. Chúng là loại rẻ tiền trong
nhóm các điện cực tungsten và thường được dùng cho các công
việc có mục đích tổng hợp trên các kim loại khác nhau, cho phép
mật độ dòng tương đối thấp, chống nhiễm bẩn tốt, thường dùng
hàn đối với các ứng dụng thông thường.
ª Loại EWCe-2 là một loại tương đối mới được phân loại, và bao
gồm oxit cerium. Ceria làm tăng thêm khả năng dễ dàng khi mồi
hồ quang, cải thiện sự ổn định của hồ quang và giảm bớt tốc độ
cháy lụi (sự sói mòn). không có tính phóng xạ, ổn định và có tuổi
thọ cao.
ª Loại EWLa-1 bao gồm khoảng chừng 1% oxit lanthanum. Các lợi
thế và đặc điểm riêng là rất giống nhau với các đặc điểm của điện
cực EWCe-2.
ª Loại EWTh-1 và EWTh-2 bao gồm khoảng chừng 1 hoặc 2 %
oxit thorium, thorium là một loại vật liệu có tính phóng xạ ở mức
thấp, và đối với số lượng của thorium có mặt trong điện cực, mức
độ của sự phóng xạ không có ảnh hưởng tới mối nguy hiểm sức
khoẻ. Các điện cực này được thiết kế đối với ứng dụng dòng DC.
Chúng dễ mồi hồ quang, ổn định hồ quang và có thể có tác dụng
nhiệt độ không đáng kể. 2 % thorium mồi hồ quang tốt hơn và ổn
9
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
định hơn, và có dòng cao, kèm theo năng suất cao. Thận trọng khi
làm công việc mài sửa điện cực hoặc mài nhọn điện cực.
ª Loại EWZr-1 Bao gồm khoảng chừng ½ của 1% oxit zirconium,
việc cho thêm zirconium vào điện cực khi chế tạo điện cực hợp
kim tungsten làm cho có khả năng tốt hơn khi phát ra các tia điện
tử, cung cấp khả năng chịu được dòng điện lớn, và cho sự ổn định
hồ quang cùng với việc mồi hồ quang dễ dàng. Nó cũng ít bị hao
mòn điện cực, thích hợp với hàn AC khi hàn nhôm do việc cho
thêm ziconia làm cho việc duy trì giọt cầu ở đầu điện cực khi hàn
nhôm ổn định hơn, do vậy ít bị mòn (không có tính phóng xạ như
là thoria).
ª Phân loại EWG cung cấp đối với điện cực Tungsten bao gồm các
phần cộng thêm theo lý thuyết hoặc không được chỉ rõ oxit đất
hiếm hoặc sự hoá hợp. Phần thêm vào phải theo lý thuyết bởi nhà
sản xuất điện cực.
AC
Đ. kính
(mm)
AC
Xung không đối
xứng
Xung đối xứng
DCEN
DCEP
EWX-X EWX-X
điện
cực phun
mỏ
EWP
EWX-X
EWP
EWX-X
0.25
0.50
1
6.4
6.4
Tới 15
5-20
(*)
(*)
Tới 15
5-15
Tới 15
5-20
Tới 15
10-20
Tới15
5-20
8-9.8
9.8
15-80
(*)
10-60
15-80
20-30
20-60
1.6
2.4
3.2
4
70-150
150-250
250-400
400-500
500-750
750-1000
10-20
15-30
25-40
40-55
55-80
80-125
50-100
100-160
150-200
200-275
250-350
325-450
70-150
140-230
225-325
300-400
400-500
500-630
30-80
60-120
100-180
160-250
200-320
290-390
340-525
12.7
15.9
15.9
19
60-130
100-180
160-240
190-300
250-400
4.8
6.4
19
Ghi chú: Tất cả các giá trị dựa trên ứng dụng cho khí bảo vệ là
Argon, các giá trị dòng điện khác có thể cũng được tuỳ thuộc vào khí
bảo vệ, loại thiết bị và ứng dụng.
(*) Các kết hợp này ít được sử dụng
Bảng 5 Đưa ra dòng điện hàn liên tục cho mỗi loại điện cực có liên quan
tới kiểu dòng điện và kích thước điện cực.
10
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
Khi lắp đặt một điện cực mới vào trong kìm hàn, màu ở đầu chót
được quay vào phía trong của kìm hàn cũng chính vì điều đó mà nó
không bị phá hỏng bởi hồ quang (dễ nhận biết trong quá trình sử
dụng), ống kẹp phải phù hợp với kích thước của điện cực và toàn bộ
bộ phận lắp ráp phải chặt chẽ cũng chính điều đó làm cho nhiệt của hồ
quang được truyền vào vỏ kìm và giá đỡ rồi toả đi. Điện cực phần nối
dài từ ống kẹp sẽ được giữ gìn cho đến khi còn là nhỏ nhất.
Ống kẹp điện cực phải được giữ gìn sạch sẽ, cũng tương tự như ống
phun khí để không gây cản trở cho luồng khí.
Kích thước điện cực phải phù hợp với kiểu dòng điện, từng loại công
việc, và giá trị thực của dòng điện sẽ được dùng. Giá trị của dòng điện
hàn được yêu cầu dựa trên quy trình hàn (WPS) cho từng đặc thù của
kim loại hàn. Số liệu được cung cấp trong các bảng này được thiết lập
từ điểm bắt đầu.
Ví dụ: Nếu được yêu cầu sử dụng dòng điện hàn 100A và được
dùng với dòng AC, nó sẽ gợi ý cần có một điện cực
Tungsten nguyên chất 2.4mm hoặc 3.2 mm có thể sẽ
được sử dụng.
Nếu quy trình hàn (WPS) yêu cầu dùng dòng DC phân
cực âm hoặc DC phân dương thì kích thước điện cực
khác nhau sẽ phải cần đến. Sở thích và kinh nghiệm
người thợ hàn nằm trong sự lựa chọn kích thước điện
cực. Nếu thợ hàn sử dụng điện cực tungsten nguyên chất
và nó có khuynh hướng trở nên nóng quá hoặc xuất hiện
sự thấm ướt bề mặt, đó là dòng điện quá cao đối với
kích thước của điện cực.
7.4 KHÍ BẢO VỆ
Khí gas được dùng cho hàn GTAW phải là khí trơ. Duy chỉ có Argon
và He được sử dụng từ rất lâu những loại khí trơ khác nhiều nhưng
cũng rất đắt tiền. Lựa chọn khí là cơ sở dựa trên kim loại được hàn.
Nó cần thiết được tham khảo trong thông số quy trình hàn (WPS).
Khí bảo vệ Argon, Helium và khí trộn của hai loại khí đó được sử
dụng cho hàn GTAW. Mục đích cho việc kiểm soát giới hạn của hồ
quang, dòng điện, độ dài và điện cực.
Hồ quang Helium sẽ có tác động đến điện áp gấp khoảng chừng 1.7
lần đối với hồ quang Argon. Cung cấp nhiệt và dòng điện lớn hơn hồ
quang argon. Tuy nhiên, Argon được sử dụng phần lớn cho hàn
11
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
GTAW bởi vì nó giúp cho mồi hồ quang dễ dàng, hồ quang được ổn
định hơn với dòng điện thấp, công việc làm sạch tốt hơn trên nhôm,
nó có giá thành khoảng trừng bằng 1/3 Helium và nhỏ hơn ½ tốc độ
lưu lượng khí cần thiêt để cung cấp đảm cho công việc bảo vệ khi
hàn.
Helium được dùng khi cần có năng lượng hồ quang lớn đối với hàn
các tấm nặng hoặc vật liệu dày cùng với độ dẫn nhiệt cao.
Khí trộn của Argon và Helium có thể dùng thu được đặc tính hồ
quang giữa cả hai loại khí nguyên chất.
Helium cung cấp thường được nén duới dạng khí trong chai nhưng có
thể thu được dưới dạng lỏng. Giá của Helium khoảng chừng gấp 3 lần
giá của Argon.
Các loại khí trơ khác như Neon, Kripton, Xenon, thường làm thoả
mãn đối với hàn GTAW nhưng không được dùng bởi vì chúng khan
hiếm và giá thành rất cao.
8
CHẤT LƯỢNG CỦA MỐI HÀN
Chất lượng của mối hàn GTAW được xếp vào loại có chất lượng cao
hơn chất lượng của bất cứ phương pháp hàn hồ quang nào khác. Mức
độ cao của chất lượng đạt được khi tất cả những công việc cần thiết đã
nắm vững và chuẩn bị trước. Đã từ lâu phần lớn công việc được thực
hiện bởi phương pháp hàn GTAW trên kim loại không có chất sắt. Nó
hoàn toàn cần thiết được làm sạch một cách chu đáo từng bước trong
quá trình hàn. Khu vực làm việc nhất định phải vệ sinh vô cùng sạch
sẽ. Bàn hàn và các dụng cụ đồ nghề cũng được làm sạch, dây hàn điền
đầy được bảo quản cẩn thận trước khi đem ra sử dụng, khí bảo vệ phải
đạt được độ tinh khiết và phù hợp với cấp độ hàn, và các dụng cụ phải
có điều kiện làm việc tốt. Nếu các điều kiện này đã được thực hiện và
thợ hàn có khả năng, kỹ năng khéo léo, các mối hàn chất lượng cao sẽ
có kết quả.
Nhiệt độ cung cấp và kỹ thuật của người thợ hàn ảnh hưởng nhiều tới
việc thực hiện và chất lượng mối hàn.
Khi nhiệt cung cấp quá thấp, điều đó có thể xảy ra từ một
dòng điện hàn quá thấp hoặc tốc độ hàn quá nhanh, đường
hàn nhỏ cao là hiển nhiên và độ ngấu nhỏ.
12
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
Khi dòng điện hàn quá thấp, đường hàn sẽ cao, độ
ngấu sâu kém, và có khả năng của chồng lấp ở rìa
đường hàn
Khi tốc độ hàn quá nhanh, đường hàn cũng nhỏ và
độ ngấu sâu kém
Khi nhiệt cung cấp quá lớn, điều đó có thể xảy ra từ một
dòng điện hàn quá cao hoặc tốc độ hàn quá chậm, đường
hàn trở nên vô cùng rộng, thường rộng và bằng. Điều đó
làm cho độ ngấu cũng nhiều và có thể bị bắn toé.
Khi kìm hàn để quá xa với vật hàn, xuất hiện một hồ quang
dài, khả năng của khí bảo vệ bị giảm bớt và thành quả là
chất lượng mối hàn kém, đặc biệt là trong hàn nhôm.
RỖ KHÍ KIM LOẠI MỐI HÀN
Rỗ khí thường gây nên do bởi dính dầu, ẩm ướt, kim loại cơ
bản bị bẩn, mức độ bao phủ của khí trơ không đủ, hoặc bẩn và
lớp vỏ ngoài của dây kim loại điền đầy bị oxi hoá nhiều. Trong
các mối hàn rãnh tại các mối hàn chân (hàn lót) sẽ được dùng
tấm đệm hoặc được hỗ trợ bằng khí và làm sạch mặt sau của
rãnh gần sát ngay đường hàn.
Trong trường hợp của nhôm, bàn chải có các sợi bằng dây thép
không gỉ hoặc làm sạch bằng hoá học sẽ được dùng. Khí bảo
vệ không có hiệu quá có thể gây nên bởi gió lùa từ bên ngoài.
Nó có thể cũng được gây nên bởi sự rò rỉ trong hệ thống cấp
khí hoặc độ tinh khiết của khí không đạt. Thiết bị sẽ được
thường xuyên kiểm tra chắc chắn, hệ thống khí không có sự rò
rỉ. Nó cũng rất quan trọng không để cho nước làm mát đọng lại
trong hệ thống cung cấp khí.
MỐI HÀN BỊ BẨN
Các mối hàn bị bẩn, đặc biệt trên nhôm, có thể kết quả từ vấn
đề trong hệ thống cung cấp khí, chỗ đó có thể bị rò rỉ trong ống
kết nối, khí bảo vệ chất lượng kém, ống phun khí quá lớn,
khoảng cách từ miệng ống phun khí tới vật hàn quá xa, luồng
khí không có hiệu quả hoặc bất cứ việc gì khác nữa góp phần
tới sự bảo vệ kém của khu vực hồ quang.
ĐỘ NGẤU SÂU KÉM
13
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
Độ ngấu kém chủ yếu là vấn đề cung cấp nhiệt và có liên quan
tới tốc độ di chuyển và dòng điện hàn tới chiều dày vật liệu cơ
bản, tính dẫn, và kiểu mối ghép. Cường độ dòng điện quá cao
sẽ tạo cho mối hàn quá tẹt và xù xì và có thể là nguyên nhân
của nứt. Cường độ dòng điện không có hiệu quả sẽ có kết quả
là đường hàn có đỉnh cao gồ gề. Nếu tốc độ cũng nhanh, đỉnh
đường hàn sẽ cao, không mịn, và có độ ngấu không hiệu quả.
Tốc độ hàn có thể cần được thao tác khác hoặc thay đổi. Khi
kim loại cơ bản nguội lạnh cần phải hạ thấp tốc độ hàn, để vật
hàn hấp thụ nhiệt và làm tăng nhiệt độ, tốc độ hàn sẽ được tăng
dần lên.
ĐIỆN CỰC TUNGSTEN
Vấn đề chất lượng mối hàn bao gồm cả điện cực Tungsten bị
nằm trong kim loại mối hàn đông đặc, điều đó có thể được phát
hiện ra bằng phương pháp chụp ảnh phóng xạ. Trước đây được
gọi là sự nổ mìn nhỏ tungsten và là cơ sở dựa trên dòng điện
quá cao so với kích thước hoặc loại của điện cực tungsten.
Vấn đề nghiêm trọng khác là thay đổi hồ quang, điều đó thông
thường là kết quả của việc làm hư hỏng hoặc bẩn điện cực.
Điện cực sẽ trở thành bị oxy hoá nếu khí trơ không liên tục bảo
vệ nó trong khi nóng. Đây là lý do đối với các chế độ điều
khiển ống đếm lưu lượng khí trên hầu hết các máy hàn GTAW.
Kim loại điền đầy cùng với lớp phủ ngoài bị oxit quá mức có
thể cũng tạo nên mối hàn bị bẩn. Hơi ẩm sẽ tập chung trong lớp
oxit này. Dây kim loại điền đầy cần phải được làm sạch bằng
giấy nhám.
Hàn trên kim loại bẩn, vật liệu thấm dầu mỡ hoặc cố gắng sửa
chữa các vết nứt trong các bộ phận chi tiết máy đòi hỏi loại bỏ
hết các khuyết tật vật liệu, làm sạch triệt để, và gia nhiệt giúp
cho loại trừ sự hấp thụ dầu, dầu mỡ, hơi ẩm và các thứ khác.
Các sự rỏ rỉ nước trong kìm hàn có thể thường được phát hiện
ra bởi màu của bề mặt mối hàn. Sự ngưng hơi có thể xảy ra ở
bên trong của ống dẫn khí và hơi nước trong hồ quang sẽ là
nguyên nhân tungsten trở thành bị nhiễm bẩn.
Nói tóm lại, các mối hàn có chất lượng tốt đòi hỏi tất cả các
điều kiện chính xác, các vật liệu được dùng có đặc điểm kỹ
thuật chính xác và tính sạch sẽ. Các máy móc thiết bị trong tình
14
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
trạng hoạt động tốt. và kỹ thuật hàn thích hợp với công việc
được thực hiện.
9
CÁC LOẠI VẬT LIỆU CÓ THỂ ĐƯỢC DÙNG ĐỂ HÀN
Phương pháp hàn GTAW có thể dùng hàn được tất cả các loại kim
loại thông thường và kim loại hiếm và các hợp kim, ngoại trừ các kim
loại có độ nóng chảy thấp như chì, thiếc và kẽm hợp kim thường.
Nhiệt độ hồ quang rất cao đạt được chất lượng mối hàn tốt đối với các
hợp kim này.
Mặc dù hàn GTAW có thể được ứng dụng cho hàn rộng rãi trên các
thành phần của thép. Nó không mang tính kinh tế khi được dùng hàn
trên các loại thép carbon ngoại trừ các lớp hàn lót chân. GTAW có thể
được dùng hàn trên các loại thép hợp kim thấp, thép dụng cụ, thép
không gỉ và các hợp kim niken thường cần có chất lượng cao, độ lắng
cần thiết. Các vật liệu đó sẽ được hàn cùng với dòng điện DC phân
cực âm (DCEN) và được hỗ trợ bằng khí trơ (backing) đối với hàn các
tấm mỏng và các đường hàn chân (hàn lót).
Hợp kim của Titan, zirconium, columbium, tác động khác và các kim
loại chịu nhiệt sẽ được hàn với dòng DC phân cực âm (DCEN), hàn
GTAW là cần thiết đối với các hợp kim này, hoàn toàn được bảo vệ
cùng với khí trơ.
Nhôm và hợp kim của nhôm sẽ được hàn cùng với dòng điện AC, sử
dụng khí bảo vệ là Argon hoặc khí trộn Ar-He. Hầu hết hợp kim của
nhôm được hàn bằng GTAW cùng với dòng AC kết hợp cả hai cùng
với sóng cân bằng hoặc sóng vuông.
15
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
KỸ THUẬT THAO TÁC
HÀN BẰNG TAY
10 CHUẨN BỊ ĐỐI VỚI HÀN, KHỞI ĐỘNG VÀ TẮT THIẾT BỊ
Mục đích: Trình bày tiêu chuẩn đồng bộ của từng bước thao tác
với sự điều chỉnh một cách đúng đắn, chỉnh lý và bảo
quản thiết bị hàn GTAW tới việc cải thiện hiệu quả công
việc và an toàn trong hàn.
10.1 Dụng cụ
- Quần áo bảo hộ, mũ, găng tay, kính hàn và kính mài
- Bàn chải sắt hoặc thép không gỉ
- Kìm cắt dây hàn
- Búa, đục, cờ lê
10.2 Thao tác
- Các dụng cụ được để ở những vị trí thuận tiện cho thao tác
- Bàn hàn được chế tạo chắc chắn và sạch sẽ
- Nhiên liệu cần được cung cấp
8 Vật liệu được hàn
8 Khí bảo vệ là Argon, Helium, hoặc khí trộn (phân loại hàn)
8 Dây hàn điền đầy phù hợp với vật hàn
8 Chọn điện cực Tungsten
Tungsten nguyên chất (màu xanh lá cây)
Tungsten zirconia (màu nâu)
Tungsten thoria (màu vàng hoặc đỏ)
8 Chọn kìm hàn (làm mát bằng nước hoặc bằng khí)
8 Đường kính bên trong của ống phun khí ít nhất bằng 3 lần
đường kính của điện cực
8 Nó sẽ được làm sạch và không bị tổn hại
8 Ống kẹp và thân ống kẹp sẽ được chọn phù hợp với điện cực
- Chuẩn bị kìm hàn
èng phun th©n èng
khÝ kÑp
èng kÑp
®iÖn cùc
n¾p chôp
tay cÇm
Hình 6 - Các chi tiết của kìm hàn GTAW
16
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
8 Đối với dòng điện hàn AC, đầu mút điện cực hàn sẽ được tạo
tròn và làm sáng bóng (xem hình 7)
8 Đối với dòng điện hàn DC, mài đầu điện cực Tungsten tạo
thành một điểm và làm cùn ở mức độ không đáng kể
Chuẩn bị điện cực cho hàn dòng AC
Tungsten Pure và Tungsten Zirconia
ĐIỀU KIỆN TỐT
A
B
( Sáng bóng, đầu mút tròn)
DÒNG ĐIỆN QUÁ LỚN
( Hình dạng đầu que diêm)
ĐẦU MÚT BỊ BẨN VÀ LẪN KIM LOẠI
CƠ BẢN (Tương tự như „B“, nhưng không
bằng phẳng và còn có thể xấu hơn nữa)
C
BIỆN PHÁP SỬA CHỮA
(Cắt bỏ đầu mút theo đường vạch ngang, nếu
điều kiện „B“ hoặc „C“ còn tồn tại. Nếu điện
cực bị gãy, mài đầu mút cho bằng)
Chuẩn bị điện cực hàn cho dòng DC
Tungsten Thoria 1 % hoặc 2 %
Điện cực mới (trước khi mài nhọn)
Mài nhọn điện cực trên máy mài, chiều sâu
vát vào bằng 2 ½ lần đường kính điện cực
Mài cắt một chút nhỏ hơn 1/64 in (0.4 mm)
tại đỉnh
Đầu nhọn bị bẩn. Mài cắt bỏ phần bị bẩn. Nếu
không phần bẩn sẽ làm trải rộng hồ quang và
mở rộng đường hàn (có thể còn làm lệch hồ
quang)
Hình 7. Trình bày phương pháp chuẩn bị điện cực
- Lắp đặt và điều chỉnh điện cực
8 Vặn ren của thân ống kẹp vào đầu kìm hàn và ống phun khí lên
phía trên của thân ống kẹp
8 Cùng với điện cực tungsten được đưa vào trong, lắp nắp chụp
và vặn nhẹ nhàng cho khít
17
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
8 Điều chỉnh độ nhú của điện cực tungsten ra ngoài miệng của
ống phun khí khoảng chừng bằng 2 lần đường kính điện cực.
Sau đó vặn chặt nắp chụp.
èng phun khÝ
®iÖn cùc
b»ng 2 lÇn ®−êng
kÝnh ®iÖn cùc
Hình 8 - Độ nhú điện cực Tungsten
- Kiểm tra kẹp mát
- Cài đặt thiết bị
8 Đặt chế độ AC hoặc DC tùy thuộc vào công việc làm.
8 Đặt chế độ dòng điện
- Bộ phận công tắc tần số cao
8 Liên tục đối với nhôm
8 Tự động đối với thép carbon thấp và thép không gỉ
- Thiết bị khởi động nóng
- Điều chỉnh lưu lượng khí bảo vệ
8 Điều chỉnh lưu lượng khí từ 7 - 10 lit/phút
10.3 Hàn
- Các vị trí nghiêng của kìm hàn và chiều dài hồ quang được duy trì
suốt trong quá trình làm việc hàn
- Khi kết thúc hàn, tiếp theo là dừng các thao tác
8 Treo kìm hàn lên không để cho tiếp xúc xuống đất hoặc vật hàn
8 Đóng van chai khí
8 Đóng van điều chỉnh lưu lượng khí khi không cần dùng nữa
8 Tắt công tắc thiết bị hàn
8 Vệ sinh khu vực hàn
18
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
11 KỸ THUẬT HÀN
Kỹ thuật đối với hàn GTAW bằng tay và thêm kim loại điền đầy vào
trong vũng hàn được trình bày như trong hình 9.Thứ nhất hồ quang
được thành lập giữa điện cực tungsten và vật hàn sử dụng phương
pháp mồi hồ quang cao tần. Mồi hồ quang chạm vào vật hàn ít được
sử dụng.
H−íng hµn
(a) TriÓn khai mét
vòng hµn nhá
750
750
(b) DÞch chuyÓn k×m
hµn vÒ phÝa sau
(d) Rót que hµn ra
750
150
(c) Thªm vµo kim
(c) Dao ®éng má hµn
tíi r×a cña vòng hµn
Hình 9 -
Phương thức thực hiện bằng tay cung cấp kim loại điền
đầy vào trong vũng hàn. (GTAW)
Mỏ hàn dao động theo hình tròn nhỏ cho đến khi thành lập được một
vũng hàn. Khi đó kìm hàn nghiêng về đằng sau một góc 750 và dao
động về đằng sau một chút không đáng kể trong khi đủ để kim loại
điền đầy nhúng vào trong bể hàn.
Dây hàn điền đầy được kéo về và kìm hàn dao động trong sự điều
khiển của di chuyển tới nấu chảy kim loại điền đầy vừa đưa thêm vào
và tiến lên phía trước bể hàn.
Tại điểm này sự nối tiếp của hoạt động kìm hàn giật về phía sau và
thêm vào kim loại điền đầy được lặp lại cho đến khi tới điểm kết thúc.
Thợ hàn phải thể hiện được kỹ thuật duy trì không đổi chiều dài hồ
quang và điện áp hồ quang, thường 9 - 12 V dòng điện DCEN với khí
argon, trong khi thông thường được điều khiển kìm hàn bằng tay.
19
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
Mức độ của dây kim loại điền đầy được cung cấp vào vũng hàn sẽ
không được dao động ra ngoài sự bảo vệ của khí từ kìm hàn. Việc này
ngăn cản kết thúc không tốt do oxi hoá và rồi sau đó làm hư hại vũng
hàn khi nó được nhúng chìm vào trong.
Khi Helium được dùng làm khí bảo vệ, điện áp hồ quang sẽ trở nên
lớn, 16-18 V, Khí He đòi hỏi phần lớn kỹ năng điều khiển nhuần
nhiễn ngăn chặn sự chảy thủng và sẽ không được dùng cho vật liệu
mỏng.
Tại điểm kết thúc của mối hàn dòng điện hồ quang cần phải được
giảm đi từ từ tới khi tránh được dạng hố và có thể xảy ra hiện tượng
nứt hình sao tại điểm kết thúc. Nếu có thể cần thiết cho thêm vào một
số lượng nhỏ vừa đủ kim loại điền đầy trước khi giảm dòng điện hồ
quang.
Nhiều mối ghép hàn đối vật liệu mỏng có thể cũng được cho thêm
kim loại phụ khi hàn. Ví dụ như: Mối ghép góc, mối ghép bẻ gờ, mối
ghép đấu đầu, mối ghép giáp mối loe...Kỹ thuật hàn các mối ghép này
thường được thao tác bằng tay giống như vừa mới được miêu tả trừ
khi không yêu cầu cho thêm kim loại phụ
Một khi hồ quang đã được thành lập, kìm hàn được dao động đồng
thời với tốc độ tới khi kết thúc mối ghép hàn.
Khí trơ được hỗ trợ dùng cho cả hai phương pháp hàn bằng tay và hàn
tự động GTAW của tấm mỏng hoặc đường hàn chân (hàn lót) của vật
liệu dày. Khí trơ ngăn cản quá trình oxi hoá của gốc mối hàn cho phép
kim loại nóng chảy thấm ướt và dòng chảy liên tục thích hợp và ngăn
cản sự nhiễm bẩn của mối hàn cùng với oxit.
11.1 Mối hàn giáp mối
Mối hàn giáp mối không vát mép có thể được áp dụng khi hàn vật liệu
có chiều dày nhỏ hơn 3mm, khi mối hàn cần ngấu toàn phần thì cần
phải cho thêm kim loại phụ. Mối ghép được hàn đính để có khe hở
đều và có kích thước xác định. Khi hàn trên kim loại mỏng thường bẻ
gờ và thổi chảy chứ không dùng kim loại phụ. Khi hàn trên các tấm có
chiều dày lớn hơn 3mm phải vát mép, thông thường chọn kiểu vát
mép chữ „V“, „J“. Kiểu vát mép chữ „V“ đôi hoặc „J“ đôi... được
dùng khi bề dày vật liệu lớn hơn 25mm. Khi mối hàn có thể hàn từ hai
phía thì nên chọn kiểu vát đôi để giảm lượng đắp và có hiệu quả kinh
tế hơn.
Thực tế thường khi hàn trên tấm dày chỉ có lớp lót là được thực hiện
20
Phương pháp hàn TIG – VTH/Apave
Tải về để xem bản đầy đủ
22 trang
21240
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Công nghệ hàn - Phần VII: Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_cong_nghe_han_phan_vii_han_ho_quang_dien_cuc_khon.pdf
