Giáo trình Nghề Hàn
CHƯƠNG 1
KHÁI NIỆM CHUNG
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH HÀN
Khoảng đầu thời đại đồ đồng, đồ sắt loài người đã biết hàn kim loại. Từ
cuối thế kỷ 19, vật lý, hóa học và các môn khoa học khác phát triển rất mạnh.
Năm 1802 nhà bác học Nga petơrop đã tìm ra hiện tượng hồ quan điện và chỉ
rõ khả năng sử dụng nhiệt năng của nó để làm nóng chảy kim loại. Năm 1882
kỹ sư Benađớt đã dùng hồ quang cực than để hàn kim loại. Năm 1888
Slavianốp đã áp dụng cực điện nóng chảy - cực điện kim loại vào hồ quang
điện.
Năm 1990 - 1902 trong công nghiệp đã sản xuất được các bit canxi và
sau đó 1906 hàn khí ra đời.
Hàn tiếp xúc xuất hiện và phát triển chậm hơn, năm 1886 Tomson tìm
ra phương pháp hàn tiếp xúc giáp mối. Năm 1887 Benađớt tìm ra phương
pháp hàn điểm, nhưng mãi đến năm 1903 thì hàn giáp mối mới dùng trong
công nghiệp và đặc biệt kể từ sau chiến tranh thế giới thứ hai hàn tiếp xúc mới
phát triển mạnh mẽ và xuất hiện nhiều phương pháp hàn mới.
Một đóng góp rất quan trọng cho sự phát triển hàn hồ quang là thành
công của kỹ sư Thụy Điển Kenbe năm 1907 về phương pháp ổn định quá
trình phóng hồ quang và bảo vệ vùng hàn khỏi tác dụng của không khí chung
quanh bằng cách đắp lên cực kim loại một lớp vỏ thuốc. Việc ứng dụng que
hàn bọc thuốc bảo đảm chất lượng cao của mối hàn.
Thời kỳ phát triển mới của môn hàn đã được mở ra vào những năm
cuối ba mươi và đầu bốn mươi với những công trình nổi tiếng của Viện sĩ E.O
Paton về hàn dưới thuốc. Phương pháp hàn tự động và sau đó hàn nửa tự động
dưới thuốc ra đời và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Đó là thành
tựu vô cùng to lớn của kỹ thuật hàn hiện đại. Từ khi ra đời cho đến nay hàn
dưới thuốc vẫn là phương pháp cơ khí hóa cơ bản trong kỹ thuật hàn.
1
Từ những năm cuối bốn mươi các phương pháp hàn trong khi bảo vệ
cũng được nghiên cứu và đưa vào sản xuất. Việc khai thác rộng rãi các khí tự
nhiên (heli acgông ở Mỹ, khí cacbonic ở Liên Xô...) lúc đó đã làm cho các
phương pháp hàn này phát triển mạnh mẽ. Hàn trong khi bảo vệ làm tăng vọt
chất lượng mối hàn. Hiện nay hàn trong khí bảo vệ được ứng dụng mỗi ngày
một nhiều hơn.
Một phát minh nổi tiếng nữa của tập thể Viện hàn điện mang tên
B.O.Patôn (kiep Liên Xô) là hàn điện xỉ. Quá trình hàn điện xỉ được các nhà
bác học Xô viết phát hiện năm 1949, nghiên cứu và đưa vào sản xuất trong
những năm mươi. Phương pháp hàn điện xỉ ra đời và phát triển là một cuộc
cách mạng kỹ thuật trong ngành chế tạo máy móc hạng nặng như lò hơi,
tuabin, máy ép cỡ lớn....
Những năm gần đây loạt phương pháp hàn mới ra đời như hàn bằng tia
điện tử, hàn lạnh, hàn masat, hàn nổ, hàn siêu âm, hàn phát ma hồ quang
vv..Hiện nay có hơn 120 phương pháp hàn khác nhau.
Nói chung, các phương pháp hàn ngày càng được hoàn thiện hơn và
được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân, trong kỹ thuật quốc
phòng và đặc biệt là trong ngành du hành vũ trụ. Có thể nói hàn là một
phương pháp gia công kim loại tiên tiến và hiện đại.
Hàn ở Việt Nam cũng đã xuất hiện từ thời thượng cổ, hồi đó ông cha ta
dã biết sử dụng hàn để làm ra những dụng cụ cần thiết phục vụ cho đời sống
và cải tiến điều kiện lao động.
Trước cách mạng tháng tám, môn hàn rất ít được ứng dụng. Sau cách
mạng tháng tám và trong thời kỳ kháng chiến, môn hàn được phát triển hơn,
nó đã đóng góp vào nền công nghiệp quốc phòng mới mẻ của chúng ta. Sau
hòa bình chúng ta đã sử dụng hàn rất nhiều trong cuộc cách mạng kỹ thuật và
xây dựng nền kinh tế xã hội chủ nghĩa. Nhiều công trình đồ sộ đã mọc lên sử
dụng nhiều đến hàn như lò cao khu gang thép Thái Nguyên, nhà công nghiệp,
tàu bè, nồi hơi vv....Tuy vậy việc nghiên cứu áp dụng các phương pháp hàn
tiên tiến còn gặp nhiều khó khăn và chưa đủ điều kiện để phát triển mạnh mẽ.
2
Với lực lượng cán bộ khoa học kỹ thuật hàn, công nhân hàn lành nghề
ngày càng đông đảo, chúng ta tin chắc rằng, kỹ thuật hàn ở Việt Nam sẽ ngày
càng phát triển và được ứng dụng ngày càng nhiều vào sản xuất.
1.2. THỰC CHẤT, ĐẶC ĐIỂM VÀ CÔNG DỤNG CỦA HÀN.
1.2.1. Thực chất
Hàn là quá trình nối hai đầu của một chi tiết hoặc nhiều chi tiết với nhau
bằng cách nung nóng chúng đến trạng thái chảy hay dẻo. Khi hàn ở trạng thái
chảy thì ở chỗ nối hàn của vật hàn chảy ra và sau khi đông đặc ta nhận được
mối hàn. Khi hàn ở trạng thái dẻo thì chỗ nối được nung nóng đến trạng thái
mềm dẻo, khi ấy khả năng thẩm thấu và chuyển động các phần tử của kim
loại hàn tăng lên. Nên chúng nó có thể dính lại với nhau. Thường chỉ nung
nóng chỗ nối hàn đến trạng thái dẻo vẫn chưa bảo đảm được mối hàn bền, nên
ta phải tác dụng lên chỗ nối hàn một áp lực.
1.2.2. Đặc điểm
Hàn có những đặc điểm sau:
a. So vói tán rive: Hàn tiết kiệm được 10 đến 20% khối lượng, hình
dáng chi tiết cân đối hơn, giảm được khối lượng kim loại như phần đầu rivê,
kim loại mất mát do đột lỗ vv....
So với đúc hàn tiết kiệm được 50% vì không cần hệ thống rót
Sử dụng hàn trong xây dựng nhà cao cho phép giảm 15% trọng lượng
sườn, kèo, đồng thời việc chế tạo và lắp ráp chúng cũng được giảm nhẹ, độ
cứng vững của kết cấu lại tăng.
b. Giảm được thời gian và giá thành chế tạo kết cấu. Hàn có năng
suất cao so với các phương pháp khác do giảm được số lượng nguyên công
giảm được cường độ lao động và tăng được độ bền chắc của kết cấu.
c. Hàn có thể nối được những kim loại có tính chất khác nhau. Ví dụ
như hàn kim loại đen với kim loại đen, kim loại màu với nhau và cả kim loại
đen với kim loại màu. Ngoài ra hàn còn có thể nối các vật liệu không kim loại
với nhau.
3
d. Thiết bị hàn tương đối đơn giản và dễ chế tạo. Khi tán đinh rivê ta
dùng rất nhiều máy như máy khoan, lò nung, máy đột vv...còn khi hàn ta có
thể chỉ dùng máy hàn xoay chiều gồm một máy giảm thế từ 200 vôn hay 230
vôn xuống nhỏ hơn 80 vôn.
e. Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín. Do kim loại mối hàn tốt hơn kim
loại vật hàn nên mối hàn chịu tải trọng tĩnh tốt. Mối hàn chịu được áp suất cao
nên hàn là một phương pháp chủ yếu dùng chế tạo các bình chứa, nồi hơi, ống
dẫn vv...chịu áp lực cao.
g. Giảm được tiếng động khi sản xuất vv....
Tuy nhiên hàn còn nhược điểm là sau khi hàn vẫn tồn tại ứng suất dư tổ
chức kim loại gần mối hàn không tốt vv....sẽ giảm khả năng chịu tải trọng
động của mối hàn, vật hàn cong vênh.
1.2.3. Công dụng
Hàn ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hiện đại. Về
công dụng của hàn có thể chia làm hai mặt: chế tạo và tu sửa.
Về chế tạo như nồi hơi, ống, ống bình chứa, sườn nhà cầu, tàu thuyển,
thân máy bay, vỏ máy, tên lửa, toa xe, ôtô và ngay cả đến tàu du hành vũ trụ
nữa. Nói chung những bộ phận máy có hình dáng phức tạp, phải chịu lực
tương đối lớn, mà lại nóng đều chế tạo bằng phương pháp hàn, vì nếu đúc
bằng gang thì nặng, nếu rèn thì vừa tốn công vừa chế tạo khó khăn, giá thành
cao.
Những bộ phận hỏng và cũ, ví dụ như: xilanh rạn, bánh xe răng bị nứt,
mặt đường ray bị mòn, những vật đúc bị khuyết đều có thể dùng phương pháp
hàn để tu sửa, vừa nhanh, vừa rẻ.
Ngoài những chỗ chịu tác dụng của lực chấn động không nên hàn ra,
không có chỗ nào không thể hàn được. Cho nên công nghệ hàn đóng góp rất
nhiều cho sự phát triển của công nghiệp hiện đại.
4
1.3. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN
Hàn có thể chia làm hai nhóm dưới đây:
1.3.1. Hàn nóng chảy
Hàn nóng chảy là nung nóng mép hàn và que hàn đến trạng thái chảy,
sau đó kết tinh hoàn toàn tạo thành mối hàn. Phương pháp này thích hợp với
phần lớn kim loại và hợp kim, ví dụ như thép, gang, niken, chì, kẽm, bạc,
vàng, bạch kim, nhôm, đồng, magiê và những hợp kim khác.
Dựa theo nguồn nhiệt năng sử dụng khi hàn phương pháp hàn nóng
chảy chia làm hai loại:
1.3.1.1 Hàn điện hồ quang:
Là phương pháp dùng cực điện bằng kim loại hoặc bằng than tạo ra tia
hồ quang để sản ra nhiệt lượng đốt nóng chảy mối hàn. Hàn điện hồ quang
gồm: hàn hồ quang tay, hàn tự động và nửa tự động (hàn dưới thuốc, hàn
trong môi trường khí bảo vệ, hàn điện xỉ).
1.3.1.2 Hàn khí (hàn hơi)
Là phương pháp sử dụng nguồn nhiệt năng của khí khi cháy để nung
nóng mối hàn đến nóng chảy, làm cho chúng sau khi nguội hàn liền lại với
nhau.
Đây là hai phương pháp chủ yếu của hàn nóng chảy hiện nay đang
dùng ở nước ta mà chúng ta sẽ đề cập chủ yếu trong tài liệu này.
Trong những năm gần đây với sự phát triển của kỹ thuật hàn, đã xuất
hiện thêm nhiều phương pháp hàn mới của hàn nóng chảy như hàn bằng tia
điện tử, hàn hồ quang plat - ma, hàn bằng tia lade vv...
1.3.2. Hàn áp lực
5
Phương pháp hàn áp lực là đốt nóng vật hàn đến trạng thái dẻo, sau đó
được ép hoặc đập để tăng khả năng thẩm thấu khuếch tán...của các phân tử vật
chất làm cho chúng liên kết chặt với nhau tạo thành mối hàn. Phương pháp
hàn này thích hợp với những kim loại biến từ thể rắn sang thể lỏng phải qua
thể nhão. Những vật liệu khác (như gang) khi đốt tới điểm nóng chảy thì lập
tức biến từ thể rắn sáng thể lỏng, không qua thể nhão, thì không thể hàn bằng
phương pháp hàn áp lực. Với thép chứa 0,4%C trở lên dùng phương pháp hàn
áp lực cũng tương đối khó khăn. Theo cách nung nóng, hàn áp lực có 3 loại
dưới đây:
1.3.2.1 Phương pháp hàn rèn
Đây là phương pháp cũ nhất mà những thợ rèn thủ công hay dùng để hàn
những vật rèn. Vật rèn nói chung được nung nóng trắng khoảng 12000C -
13000C trong lò rèn, sau lấy ra đặt lên đe, dùng búa đập. Khi đập búa, phải
đập ở giữa trước, sau mới đập bên cạnh và bốn xung quanh, để cho xỉ tạp
trong ngàm nối dễ trôi ra ngoài. Nhờ tác dụng đập của búa rèn, xỉ sẽ không bị
giữ lại làm ảnh hưởng đến cường độ của mối hàn.
Phương pháp hàn rèn chỉ dùng để hàn một số vật hình dáng đơn giản.
Những vật như thùng tròn, bình chứa lớn..thì không thể hàn được. Hàn bằng
khí than ướt (CO + H2) về nguyên lý cũng giống như hàn rèn, chỉ khác là đổi
nguồn nhiệt nung bằng cách dùng khí than ướt, cho nên hàn bằng khí than ướt
là một loại đặc biệt của phương pháp hàn rèn. Vì khí than ướt có thể dùng ống
phun để đốt, nên vừa nung vừa có thể dùng máy búa hoặc trục ép để hàn liên
đầu nối lại. Do tính hoàn nguyên của ngọn lửa khí than ướt rất mạnh cho nên
ở mối hàn không cần dùng thuốc hàn, mà vẫn có thể có được mối hàn nhẵn
chắc.
1.3.2.2 Phương pháp hàn nhiệt nhôm
Hàn nhiệt nhôm là một phương pháp hàn dùng nhiệt phát ra do sự cháy
của bột nhóm với oxit sắt.
8Al +3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe
6
Phản ứng này phát ra một nhiệt lượng rất lớn, đôi khi có nhiệt độ lớn
hơn 30000C. Phương pháp hàn nhiệt nhôm có 3 loại dưới đây:
a. Phương pháp hàn áp lực bột nhôm sắt: Dùng xỉ và sắt nóng chảy
làm nguồn nhiệt để nung vật hàn, sau đó dùng áp lực ép cho chúng liền lại với
nhau.
b. Phương pháp hàn nóng chảy bột nhôm sắt: Dùng xi nung nóng
vật hàn gần tới điểm nóng chảy, sau đó đồ sắt nóng chảy vào cho nó liền với
vật hàn.
c. Phương pháp hàn bột nhôm sắt hỗn hợp áp lực và hàn nóng
chảy: Vật hàn một phần được lợi dụng nhiệt lượng của xi để nung nóng và
nhờ áp lực ép mà chúng gắn lại với nhau, phần khác do sắt nóng chảy nên kim
loại vật hàn và nguyên liệu hàn được kết chặt lại. Phương pháp này phần
nhiều để hàn đường ray của xe hỏa, xe điện.
Sau khi phát minh ra phương pháp hàn dùng khí axetylen phương pháp
hàn nhiệt nhôm dần dần ít được dùng.
1.3.2.3. Phương pháp hàn tiếp xúc
Hàn điện tiếp xúc có rất nhiều phương pháp khác nhau, thực chất của
phương pháp đó là: Cho dòng điện có cường độ lớn chạy qua chi tiết hàn, chỗ
tiếp xúc có điện trở lớn sẽ bị nung nóng đến trạng thái hàn và nhờ tác dụng
của lực cơ học, chúng sẽ dính chắc lại với nhau.
Đây là phương pháp chủ yếu của hàn áp lực mà chúng ta sẽ đề cập đến
trong tài liệu này.
Ngày nay, hàn bằng áp lực cùng xuất hiện thêm nhiều phương pháp
mới như hàn bằng ma sát, hàn bằng siêu âm hàn nguội, hàn nổ, hành khuếch
tán trong chân không vv...
Ngoài hai nhóm hàn trên: hàn nóng chảy và hàn áp lực trong thực tế
chúng ta có gặp một dạng hàn khác, đó là hàn vẩy.
Hàn vẩy còn gọi là hàn khác nguyên liệu, khi hàn chỉ cần đốt nóng mối
hàn đến một nhiệt độ nhất định, sau đó cho nhỏ nguyên liệu hàn nóng chảy
xuống để nổi vật hàn lại với nhau.
7
Chỗ khác nhau giữa nó với hàn là không cần đốt nóng chảy vật hàn mà
chỉ cần đạt tới nhiệt độ có thể hỗn hợp với nguyên liệu hàn đã nóng chảy để
thành hợp kim là được, còn đối với nguyên liệu hàn thì nhất định phải đốt
nóng chảy. Kim loại dùng làm nguyên liệu hàn thường khác hẳn vật hàn, cho
nên gọi là hàn khác nguyên liệu.
8
Ch-¬ng 2. mét sè ph-¬ng ph¸p hµn vµ c¾t kim lo¹i
2.1 Hµn hå quang d-íi líp thuèc b¶o vÖ
2.1.1. Thùc chÊt, ®Æc ®iÓm vµ ph¹m vi øng dông
2.1.1.1. Thùc chÊt vµ ®Æc ®iÓm
Hµn hå quang d-íi líp thuèc b¶o vÖ cßn gäi lµ hµn hå quang ch×m,
tiÕng Anh viÕt t¾t lµ SAW (Submerged Arc Welding) lµ qu¸ tr×nh hµn nãng
ch¶y mµ hå quang ch¸y gi÷a d©y hµn (®iÖn cùc hµn) vµ vËt hµn d-íi mét
líp thuèc b¶o vÖ.
D-íi t¸c dông nhiÖt cña hå quang, mÐp hµn, d©y hµn vµ mét phÇn
thuèc hµn s¸t hå quang bÞ nãng ch¶y t¹o thµnh vòng hµn. D©y hµn ®-îc
®Èy vµo vòng hµn b»ng mét c¬ cÊu ®Æc biÖt víi tèc ®é phï hîp víi tèc ®é
ch¸y cña nã (H.2-1a).
Theo ®é chuyÓn dÞch cña nguån nhiÖt (hå quang) mµ kim lo¹i vòng
hµn sÏ nguéi vµ kÕt tinh t¹o thµnh mèi hµn (H.2-1b). Trªn mÆt vòng hµn vµ
phÇn mèi hµn ®«ng ®Æc h×nh thµnh mét líp xØ cã t¸c dông tham gia vµo c¸c
qu¸ tr×nh luyÖn kim khi hµn, b¶o vÖ vµ gi÷ nhiÖt cho mèi hµn, vµ sÏ t¸ch
khái mèi hµn sau khi hµn. PhÇn thuèc hµn ch-a bÞ nãng ch¶y cã thÓ sö
dông l¹i.
Hµn hå quang d-íi líp thuèc b¶o vÖ cã thÓ ®-îc tù ®éng c¶ hai kh©u
cÊp d©y vµo vïng hå quang vµ chuyÓn ®éng hå quang theo trôc mèi hµn.
Tr-êng hîp nµy ®-îc gäi lµ "Hµn hå quang tù ®éng d-íi líp thuèc b¶o vÖ".
NÕu chØ tù ®éng hãa kh©u cÊp d©y hµn vµo vïng hå quang cßn kh©u chuyÓn
®éng hå quang däc theo trôc mèi hµn ®-îc thao t¸c b»ng tay th× gäi lµ
"Hµn hå quang b¸n tù ®éng d-íi líp thuèc b¶o vÖ".
Hµn hå quang d-íi líp thuèc b¶o vÖ cã c¸c ®Æc ®iÓm sau:
- NhiÖt l-îng hå quang rÊt tËp trung vµ nhiÖt ®é rÊt cao, cho phÐp
hµn víi tèc ®é lín. V× vËy ph-¬ng ph¸p hµn nµy cã thÓ hµn nh÷ng chi tiÕt cã
chiÒu dµy lín mµ kh«ng cÇn ph¶i v¸t mÐp.
8
D©y hµn
c¬ cÊ u
cÊ p d©y
tiÕp ®iÖn
Nguån ®iÖn hµn
Thuèc b¶o vÖ
Hå quang
Kim lo¹i c¬ b¶n
Kim lo¹i c¬ b¶n
a)
®-êng cÊp
thuèc hµn
§iÖn cùc hµn
(d©y hµn)
XØ ®Æc
XØ láng
h-íng hµn
thuèc hµn
Kim lo¹i mèi hµn
vïng hå quang
Kim lo¹i c¬ b¶n
Kim lo¹i nãng ch¶y
(vòng hµn)
b)
H×nh 2-1. S¬ ®å hµn d-íi líp thuèc b¶o vÖ
a) S¬ ®å nguyªn lý; b) C¾t däc theo trôc mèi hµn
- ChÊt l-îng liªn kÕt hµn cao do b¶o vÖ tèt kim lo¹i mèi hµn khái t¸c
dông cña oxi vµ nit¬ trong kh«ng khÝ xung quanh. Kim lo¹i mèi hµn ®ång
nhÊt vÒ thµnh phÇn hãa häc. Líp thuèc vµ xØ hµn lµm liªn kÕt nguéi chËm
nªn Ýt bÞ thiªn tÝch. Mèi hµn cã h×nh d¹ng tèt, ®Òu ®Æn, Ýt bÞ c¸c khuyÕt tËt
nh- kh«ng ngÊu, rç khÝ, nøt vµ b¾n tãe.
- Gi¶m tiªu hao vËt liÖu (d©y hµn).
- Hå quang ®-îc bao bäc kÝn bëi thuèc hµn nªn kh«ng lµm h¹i m¾t vµ
da cña thî hµn. L-îng khãi (khÝ ®éc) sinh ra trong qu¸ tr×nh hµn rÊt Ýt so
víi hµn hå quang tay.
- DÔ c¬ khÝ hãa vµ tù ®éng hãa qu¸ tr×nh hµn.
2.1.1.2. Ph¹m vi øng dông
9
Hµn hå quang d-íi líp thuèc b¶o vÖ cã øng dông réng r·i trong
nhiÒu lÜnh vùc c¬ khÝ chÕ t¹o nh- trong s¶n xuÊt:
- C¸c kÕt cÊu thÐp d¹ng tÊm vá kÝch th-íc lín, c¸c dÇm thÐp cã khÈu
®é vµ chiÒu cao, c¸c èng thÐp cã ®-êng kÝnh lín, c¸c bån, bÓ chøa, b×nh chÞu
¸p lùc vµ trong c«ng nghiÖp ®ãng tµu v.v.
Tuy nhiªn, ph-¬ng ph¸p nµy chñ yÕu ®-îc øng dông ®Ó hµn c¸c mèi
hµn ë vÞ trÝ hµn b»ng c¸c mèi hµn cã chiÒu dµi lín vµ cã quü ®¹o kh«ng
phøc t¹p.
Ph-¬ng ph¸p hµn hå quang d-íi líp thuèc b¶o vÖ cã thÓ hµn ®-îc c¸c
chi tiÕt cã chiÒu dµy tõ vµi mm cho ®Õn hµng tr¨m mm. B¶ng 2-1 chØ ra c¸c
chØ c¸c chiÒu dµy chi tiÕt hµn t-¬ng øng víi hµn mét líp vµ nhiÒu líp, cã v¸t
mÐp vµ kh«ng v¸t mÐp b»ng ph-¬ng ph¸p hµn tù ®éng d-íi líp thuèc.
B¶ng 2-1
ChiÒu dµy chi tiÕt hµn t-¬ng øng víi c¸c lo¹i mèi hµn
ChiÒu dµy
mm
chi tiÕt
1,3 1,4 1,6 3,2 4,8 6,4 10 12,7 19 25 51 102 203...
Lo¹i mèi hµn
Hµn mét líp kh«ng v¸t
mÐp
Hµn mét líp cã v¸t mÐp
Hµn nhiÒu líp
2.1.2. VËt liÖu, thiÕt bÞ hµn hå quang tù ®éng vµ b¸n tù ®éng d-íi líp thuèc
b¶o vÖ
2.1.2.1. VËt liÖu hµn
ChÊt l-îng cña liªn kÕt hµn d-íi líp thuèc ®-îc x¸c ®Þnh b»ng t¸c
®éng tæng hîp cña d©y hµn (®iÖn cùc hµn) vµ thuèc hµn. D©y hµn vµ thuèc
hµn ®-îc lùa chän theo lo¹i vËt liÖu c¬ b¶n, c¸c yªu cÇu vÒ c¬ lý tÝnh ®èi víi
liªn kÕt hµn, còng nh- ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña nã.
10
D©y hµn, trong hµn hå quang tù ®éng vµ b¸n tù ®éng d-íi líp thuèc
b¶o vÖ, d©y hµn lµ phÇn kim lo¹i bæ sung vµo mèi hµn, ®ång thêi ®ãng vai
trß ®iÖn cùc dÉn ®iÖn, g©y hå quang vµ duy tr× sù ch¸y hå quang. D©y hµn
th-êng cã hµm l-îng c¸cbon kh«ng qu¸ 0,12%. NÕu hµm l-îng cacbon cao,
dÔ lµm gi¶m tÝnh dÎo vµ t¨ng kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn nøt trong mèi hµn. §-êng
kÝnh d©y hµn hå quang tù ®éng d-íi líp thuèc tõ 1,6 6mm, cßn ®èi víi
hµn hå quang b¸n tù ®éng tõ 0,8 2mm.
Thuèc hµn cã t¸c dông b¶o vÖ vòng hµn, æn ®Þnh hå quang, khö «xi,
hîp kim hãa kim lo¹i mèi hµn vµ ®¶m b¶o liªn kÕt hµn cã h×nh d¹ng tèt, xØ
dÔ bong.
2.1.2.2. ThiÕt bÞ hµn hå quang d-íi líp thuèc b¶o vÖ
ThiÕt bÞ hµn hå quang d-íp líp thuèc b¶o vÖ rÊt ®a d¹ng, song hÇu
hÕt chóng l¹i rÊt gièng nhau vÒ nguyªn lý cÊu t¹o vµ mét sè c¬ cÊu bé phËn
chÝnh, cô thÓ lµ:
1. C¬ cÊu cÊp d©y hµn vµ bé
d©y hµn
®iÒu khiÓn ®Ó g©y hå quang
thïng thuèc hµn
nguån
M
vµ æn ®Þnh hå quang (®Çu
hµn).
®iÖn
hµn
xe hµn
+
-
2. C¬ cÊu dÞch chuyÓn ®Çu hµn
däc theo trôc mèi hµn
3. Bé phËn cÊp vµ thu thuèc
hµn.
ray hµn
d©y nèi m¸t
vËt hµn
4. Nguån ®iÖn hµn vµ c¸c thiÕt
bÞ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh hµn.
H×nh 2-2. ThiÕt bÞ hµn hå quang
tù ®éng d-íi líp thuèc b¶o vÖ
Tïy theo tõng lo¹i thiÕt bÞ cô thÓ, c¸c c¬ cÊu nµy cã thÓ bè trÝ thµnh
mét khèi hoÆc thµnh c¸c khèi ®éc lËp. VÝ dô trong lo¹i xe hµn h×nh 2-2 th×
®Çu hµn vµ c¶ c¬ cÊu dÞch chuyÓn ®Çu hµn, cuén d©y hµn, c¬ cÊu cung cÊp
thuèc hµn vµ c¶ hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh hµn ®-îc bè trÝ thµnh mét
11
khèi. Nhê vËy xe hµn cã thÓ chuyÓn ®éng trùc tiÕp theo mÐp rÊt linh ®éng,
nã cã thÓ chuyÓn ®éng theo c¸c quü ®¹o kh¸c nhau trªn kÕt cÊu d¹ng tÊm,
thËm chÝ cã thÓ thùc hiÖn ®-îc c¸c mèi hµn vßng trªn c¸c mÆt trßn vµ
®-êng èng cã ®-êng kÝnh lín.
§èi víi m¸y hµn b¸n tù ®éng d-íi líp thuèc b¶o vÖ th× ®Çu hµn ®-îc
thay b»ng má hµn hay sóng hµn nhá gän, dÔ ®iÒu khiÓn b»ng tay. C¬ cÊu
cÊp d©y cã thÓ bè trÝ rêi hoÆc cïng khèi trong nguån hµn víi c¸c c¬ cÊu
kh¸c.
Nguån ®iÖn hµn hå quang
d-íi líp thuèc b¶o vÖ ph¶i cã hÖ sè
lµm viÖc liªn tôc 100% vµ cã ph¹m
vi ®iÒu khiÓn dßng ®iÖn réng tõ vµi
tr¨m ®Õn vµi ngµn Ampe.
Trªn h×nh 2-3 lµ h×nh ¶nh cña
mét lo¹i ®Çu hµn hå quang tù ®éng
d-íi líp thuãc b¶o vÖ.
H×nh 2-3. §Çu hµn tù ®éng
2.1.3. C«ng nghÖ hµn hå quang d-íp líp thuèc b¶o vÖ
2.1.3.1. ChuÈn bÞ liªn kÕt tr-íc khi hµn
ChuÈn bÞ v¸t mÐp vµ g¸ l¾p vËt hµn cho hµn hå quang d-íp líp thuèc
b¶o vÖ yªu cÇu cÈn thËn h¬n nhiÒu so víi hµn hå quang tay.
MÐp hµn ph¶i b»ng ph¼ng, khe hë hµn ®Òu ®Ó cho mèi hµn ®Òu ®Æn,
kh«ng bÞ cong vªnh, rç.
Víi hµn hå quang d-íp líp thuèc b¶o vÖ, nh÷ng liªn kÕt hµn cã chiÒu
dµy nhá h¬n 20mm kh«ng ph¶i v¸t mÐp khi hµn hai phÝa.
Nh÷ng liªn kÕt hµn cã chiÒu dµy lín cã thÓ v¸t mÐp b»ng má c¾t khÝ,
m¸y c¾t plasma hoÆc gia c«ng trªn m¸y c¾t gät.
12
Tr-íc khi hµn ph¶i lµm s¹ch mÐp trªn mét chiÒu réng 50 60mm vÒ
c¶ hai phÝa cña mèi hµn, sau ®ã hµn ®Ýnh b»ng que hµn chÊt l-îng cao.
2.1.3.2. ChÕ ®é hµn
1. Dßng ®iÖn hµn: ChiÒu s©u ngÊu cña liªn kÕt hµn tû lÖ thuËn víi
dßng ®iÖn hµn. Tuy nhiªn khi t¨ng dßng ®iÖn hµn, l-îng d©y hµn nãng ch¶y
t¨ng theo, hå quang ch×m s©u vµo kim lo¹i c¬ b¶n nªn chiÒu réng cña mèi
hµn kh«ng t¨ng râ rÖt mµ chØ t¨ng chiÒu cao phÇn nh« cña mèi hµn, t¹o ra
sù tËp trung øng suÊt, gi¶m chÊt l-îng bÒ mÆt mèi hµn, xØ khã t¸ch. NÕu
dßng ®iÖn qu¸ nhá th× chiÒu s©u ngÊu sÏ gi¶m, kh«ng ®¸p øng yªu cÇu.
(H.2-4).
b
b
b
Dßng ®iÖn hîp lý
Dßng ®iÖn qu¸ lín
chiÒu cao mèi hµn t¨ng
Dßng ®iÖn qu¸ nhá
kh«ng ®ñ ngÊ u
H×nh 2-4. ¶nh h-ëng cña dßng ®iÖn hµn tíi h×nh d¸ng mèi hµn
2. §iÖn ¸p hå quang. Hå quang dµi th× ®iÖn ¸p hå quang cao, ¸p lùc
cña nã lªn kim lo¹i láng gi¶m, do ®ã chiÒu s©u ngÊu gi¶m vµ t¨ng chiÒu
réng mèi hµn.
§iÒu chØnh tèc ®é cÊp d©y cã thÓ lµm thay ®æi ®iÖn ¸p cña cét hå
quang: t¨ng tèc ®é cÊp d©y th× ®iÖn ¸p cét hå quang sÏ thÊp vµ ng-îc l¹i.
3. Tèc ®é hµn. Tèc ®é hµn t¨ng, nhiÖt l-îng hå quang mét ®¬n vÞ
chiÒu dµi cña mèi hµn sÏ gi¶m, do ®ã ®é s©u ngÊu gi¶m, ®ång thêi chiÒu
réng cña mèi hµn còng gi¶m.
4. §-êng kÝnh d©y hµn. Khi ®-êng kÝnh d©y hµn t¨ng mµ dßng ®iÖn
kh«ng ®æi th× chiÒu s©u ngÊu gi¶m t-¬ng øng. §-êng kÝnh d©y hµn gi¶m th×
hå quang ¨n s©u h¬n vµo kim lo¹i c¬ b¶n, do ®ã mèi hµn sÏ hÑp vµ chiÒu s©u
ngÊu lín.
13
5. C¸c yÕu tè c«ng nghÖ kh¸c (®é dµi phÇn nh« cña d©y hµn, lo¹i vµ
cùc tÝnh dßng ®iÖn hµn v.v.)
§é dµi phÇn nh« cña d©y hµn t¨ng lªn th× t¸c dông nung nãng cña
kim lo¹i ®iÖn cùc tr-íc khi vµo vïng hå quang t¨ng lªn. D©y hµn ch¸y
nhanh, ®ång thêi ®iÖn trë ë phÇn nh« t¨ng lªn, dßng ®iÖn hµn gi¶m xuèng,
®Æc biÖt lµ khi hµn b»ng d©y hµn cã ®-êng kÝnh bÐ hiÖn t-îng nµy cµng râ
rÖt h¬n.
Khi hµn hå quang tù ®éng vµ b¸n tù ®éng d-íp líp thuèc b¶o vÖ cã
thÓ dïng dßng ®iÖn mét chiÒu hoÆc xoay chiÒu. Th«ng th-êng khi hµn
nh÷ng tÊm thÐp dµy th× dïng ®iÖn xoay chiÒu, cßn khi hµn nh÷ng tÊm thÐp
máng th× dïng ®iÖn mét chiÒu ®Ó gi÷ ®-îc hå quang æn ®Þnh h¬n. Víi c¸c
lo¹i thuèc hµn ®ang dïng hiÖn nay, khi ®æi tõ nèi thuËn sang nèi nghÞch
chiÒu s©u ngÊu sÏ t¨ng lªn. Hµn b»ng dßng xoay chiÒu cã chiÒu s©u ngÊu ë
møc trung b×nh so víi khi hµn b»ng dßng mét chiÒu nèi thuËn vµ nèi
nghÞch.
Cì cña h¹t thuèc hµn cã ¶nh h-ëng nhÊt ®Þnh ®Õn ®é ngÊu cña mèi
hµn. Thuèc hµn cã cì h¹t nhá sÏ lµm gi¶m bít tÝnh linh ho¹t cña hå quang
vµ lµm t¨ng chiÒu s©u ngÊu.
2.1.3.3. Kü thuËt hµn
Khi hµn gi¸p mèi mét líp, ®Ó tr¸nh ch¸y thñng, ®Ó cã ®é ngÊu hoµn
toµn vµ sù t¹o h×nh tèt ë mÆt tr¸i cña mèi hµn ta cã thÓ ¸p dông c¸c biÖn
ph¸p nh-: hµn lãt phÝa d-íi, dïng ®Öm thÐp, ®Öm thuèc, ®Öm ®ång, ®Öm
gåm hoÆc dïng khãa ch©n.
NÕu chiÒu dµy vËt hµn t-¬ng ®èi lín, cã thÓ hµn lãt b»ng c¸c ph-¬ng
ph¸p, råi sau ®ã míi hµn chÝnh thøc (H.2-5a).
Trong tr-êng hîp kh«ng thÓ hµn líp lãt ®-îc, cã thÓ dïng ®Öm thÐp
cè ®Þnh ®Ó cã thÓ hµn ngÊu hoµn toµn (H.2-5b).
Khãa ch©n (H.2-5c) t-¬ng tù nh- hµn víi ®Öm thÐp. Khãa ch©n hay
dïng cho mèi hµn cña c¸c vËt h×nh trô nh- èng, bån chøa v.v.
14
Cã thÓ dïng tÊm ®Öm rêi b»ng ®ång, hoÆc ®Öm ®ång kÕt hîp víi
thuèc nh- ë h×nh 2-5d.
2
1
3
bn
4
a)
b)
5
c)
d)
H×nh 2-5 BiÖn ph¸p chèng kim lo¹i ch¶y khái que hµn
n = (0,3 - 0,5)bn = 4
Chi tiÕt hµn; 2) Mèi hµn; 3) Mèi hµn lãt; 4) §Öm thÐp(®ång)
5) §Öm ®ång + thuèc hµn;
Khi hµn hå quang tù ®éng hoÆc b¸n tù ®éng d-íi líp thuèc b¶o vÖ,
tèt nhÊt nªn dïng ®Öm thuèc ®Ó ng¨n kim lo¹i láng ch¶y khái khe hë hµn.
H×nh 2-6 chØ ra mét sè ph-¬ng ph¸p ®Öm thuèc th«ng dông.
4
3
A -A
2
1
b )
a )
C h iÒ u q u a y
A
th u è c
A
H×nh 2-6 Ph-¬ng ph¸p ®Öm líp thuèc hµn
1) èng ®µn håi; 2) C¬ cÊu Ðp; 3) Thuèc hµn; 4) VËt hµn
Khi hµn c¸c liªn kÕt ch÷ T vµ liªn kÕt hµn gãc cã thÓ øng dông ®Öm
thuèc hoÆc hµn lãt phÝa bªn kia (H.2-7). C¸c biÖn ph¸p nµy ¸p dông cho vÞ
trÝ hµn "lßng thuyÒn" khi mµ kim lo¹i láng cã kh¶ n¨ng ch¶y khái khe hµn.
BiÖn ph¸p ®Æt vµo khe hë hµn mét tiÕng ¸tbÐt (ami¨ng) (H.2-7c) chØ ¸p
15
dông cho hµn kim lo¹i dµy, v× sù tiÕp xóc trùc tiÕp cña ¸tbÐt víi kim lo¹i
láng th-êng sinh ra rç khÝ.
1
1
Ðp
2
2
3
a)
b)
1
1
1
5
6
4
c)
d)
e)
H×nh 2.7 BiÖn ph¸p chèng kim lo¹i ch¶y khái khe hë
khi hµn gãc ë vÞ trÝ lßng thuyÒn
a) Mèi hµn gãc trªn ®Öm thuèc; b) Hµn trªn ®Öm thuèc ®-îc Ðp vµo mèi nèi ch÷
T
c) Hµn mèi hµn gãc víi miÕng ¸tbÐt; d) Hµn mèi hµn gãc sau khi ®· hµn lãt;
e) Hµn mét phÝa trªn ®Öm ®ång víi thuèc.1. D©y hµn; 2. Thuèc hµn;
3. èng Ðp gi÷ thuèc; 4. Mèi hµn lãt; 5. TÊm ®Öm ®ång; 6. MiÕng ¸tbÐt
2.2. Hµn hå quang b»ng ®iÖn cùc nãng ch¶y trong m«i
tr-êng khÝ b¶o vÖ
2.2.1. Thùc chÊt, ®Æc ®iÓm vµ ph¹m vi øng dông
2.2.1.1. Thùc chÊt vµ ®Æc ®iÓm
Hµn hå quang b»ng ®iÖn cùc nãng ch¶y trong m«i tr-êng khÝ b¶o vÖ
lµ qu¸ tr×nh hµn nãng ch¶y trong ®ã nguån nhiÖt hµn ®-îc cung cÊp bëi hå
quang t¹o ra gi÷a ®iÖn cùc nãng ch¶y (d©y hµn) vµ vËt hµn: hå quang vµ
kim lo¹i nãng ch¶y ®-îc b¶o vÖ khái t¸c dông cña oxi vµ nit¬ trong m«i
tr-êng xung quanh bëi mét lo¹i khÝ hoÆc mét hçn hîp khÝ. TiÕng Anh
ph-¬ng ph¸p nµy gäi lµ GMAW (Gas Metal Arc Welding).
16
D©y hµn
c¬ cÊ u
cÊ p d©y
BÐp tiÕp ®iÖn
Nguån ®iÖn hµn
KhÝ b¶o vÖ
Hå quang
Kim lo¹i c¬ b¶n
Kim lo¹i c¬ b¶n
H×nh 2-8. S¬ ®å nguyªn lý hµn hå quang nãng ch¶y trong m«i tr-êng khÝ b¶o
vÖ.
KhÝ b¶o vÖ cã thÓ lµ khÝ tr¬ (Ar, He hoÆc hçn hîp Ar + He) kh«ng t¸c
dông víi kim lo¹i láng trong khi hµn hoÆc lµ c¸c lo¹i khÝ ho¹t tÝnh (CO2;
CO2 + O2; CO2 + Ar, ...) cã t¸c dông chiÕm chç vµ ®Èy kh«ng khÝ ra khái
vïng hµn ®Ó h¹n chÕ t¸c dông xÊu cña nã.
Khi ®iÖn cùc hµn hay d©y hµn ®-îc cÊp tù ®éng vµo vïng hå quang
th«ng qua c¬ cÊu cÊp d©y, cßn sù dÞch chuyÓn hå quang däc theo mèi hµn
®-îc thao t¸c b»ng tay th× gäi lµ hå quang b¸n tù ®éng trong m«i tr-êng
khÝ b¶o vÖ.
Hµn hå quang b»ng ®iÖn cùc nãng ch¶y trong m«i tr-êng khÝ tr¬ (Ar,
He) tiÕng Anh gäi lµ ph-¬ng ph¸p hµn MIG (Metal Inert Gas). V× c¸c lo¹i
khÝ tr¬ cã gi¸ thµnh cao nªn kh«ng ®-îc øng dông réng r·i, chØ dïng ®Ó
hµn kim lo¹i mÇu vµ thÐp hîp kim.
Hµn hå quang b»ng ®iÖn cùc nãng ch¶y trong m«i tr-êng khÝ ho¹t
tÝnh (CO2, CO2 + O2, ...) tiÕng Anh gäi lµ ph-¬ng ph¸p hµn MAG (Metal
Active Gas). Ph-¬ng ph¸p hµn MAG sö dông khÝ b¶o vÖ CO2 ®-îc øng
dông réng r·i do cã rÊt nhiÒu -u ®iÓm:
- CO2 lµ lo¹i khÝ dÔ kiÕm, dÔ s¶n xuÊt vµ gi¸ thµnh thÊp;
17
N¨ng suÊt hµn trong CO2 cao, gÊp h¬n 2,5 lÇn so víi hµn hå quang
tay;
- TÝnh c«ng nghÖ cña hµn trong CO2 cao h¬n so víi hµn hå quang
d-íi líp thuèc v× cã thÓ tiÕn hµnh ë mäi vÞ trÝ kh«ng gian kh¸c nhau;
- ChÊt l-îng hµn cao. S¶n phÈm hµn Ýt bÞ cong vªnh do tèc ®é hµn cao,
nguån nhiÖt tËp trung, hiÖu suÊt sö dông nhiÖt lín, vïng ¶nh h-ëng nhiÖt hÑp;
- §iÒu kiÖn lao ®éng tèt h¬n so víi hµn hå quang tay vµ trong qu¸
tr×nh hµn kh«ng ph¸t sinh khÝ ®éc.
2.2.1.2. Ph¹m vi øng dông
Trong nÒn c«ng nghiÖp hiÖn ®¹i, hµn hå quang nãng ch¶y trong m«i
tr-êng khÝ b¶o vÖ chiÕm mét vÞ trÝ rÊt quan träng. Nã kh«ng nh÷ng cã thÓ
hµn c¸c lo¹i thÐp kÕt cÊu th«ng th-êng, mµ cßn cã thÓ hµn c¸c lo¹i thÐp
kh«ng gØ, thÐp chÞu nhiÖt, thÐp bÒn nãng, c¸c hîp kim ®Æc biÖt, c¸c hîp kim
nh«m, magiª, niken, ®ång, c¸c hîp kim cã ¸i lùc hãa häc m¹nh víi «xi.
Ph-¬ng ph¸p hµn nµy cã thÓ sö dông ®-îc ë mäi vÞ trÝ trong kh«ng
gian. ChiÒu dµy vËt hµn tõ 0,4 4,8 mm th× chØ cÇn hµn mét líp mµ kh«ng
ph¶i v¸t mÐp, tõ 1,6 10mm th× hµn mét líp cã v¸t mÐp, cßn tõ 3,2 25mm
th× hµn nhiÒu líp.
2.2.2. VËt liÖu vµ thiÕt bÞ hµn hå quang ®iÖn cùc nãng ch¶y
trong m«i tr-êng khÝ b¶o vÖ
2.2.2.1. VËt liÖu hµn
1. D©y hµn
Khi hµn trong m«i tr-êng khÝ b¶o vÖ, sù hîp kim hãa kim lo¹i mèi
hµn nh»m ®¶m b¶o c¸c tÝnh chÊt yªu cÇu cña mèi hµn ®-îc thùc hiÖn chñ
yÕu th«ng qua d©y hµn. Do vËy, nh÷ng ®Æc tÝnh cña qu¸ tr×nh c«ng nghÖ
hµn phô thuéc rÊt nhiÒu vµo t×nh tr¹ng vµ chÊt l-îng d©y hµn. Khi hµn
MAG, th-êng sö dông d©y hµn cã ®-êng kÝnh tõ 0,8 ®Õn 2,4mm.
Sù æn ®Þnh cña qu¸ tr×nh hµn còng nh- chÊt l-îng cña liªn kÕt hµn
phô thuéc nhiÒu vµo t×nh tr¹ng bÒ mÆt d©y hµn. CÇn chó ý ®Õn ph-¬ng
ph¸p b¶o qu¶n, cÊt gi÷ vµ biÖn ph¸p lµm s¹ch d©y hµn nÕu d©y bÞ gØ hoÆc
18
bÈn. Mét trong nh÷ng c¸ch ®Ó gi¶i quyÕt lµ sö dông ®©y cã líp m¹ ®«ng.
D©y m¹ ®ång sÏ n©ng cao chÊt l-îng bÒ mÆt vµ kh¶ n¨ng chèng gØ, ®ång
thêi n©ng cao tÝnh æn ®Þnh cña qu¸ tr×nh hµn.
Theo hÖ thèng tiªu chuÈn AWS, ký hiÖu d©y hµn thÐp cacbon th«ng
dông nh- sau:
ER
70
S-
X
Ký hiÖu ®iÖn cùc hµn
hoÆc que hµn phô
Thµnh
phÇn
vÖ
hãa häc vµ khÝ b¶o
§é bÒn kÐo nhá nhÊt
( ksi)
S = D©y hµn ®Æc
B¶ng 2-2 giíi thiÖu mét sè lo¹i d©y hµn th«ng dông theo AWS
Mét sè lo¹i d©y hµn thÐp cacbon th«ng dông B¶ng 2-2
§iÒu kiÖn hµn C¬ tÝnh
Giíi h¹n
bÒn kÐo
Cùc tÝnh KhÝ b¶o vÖ cña liªn
Giíi h¹n
ch¶y cña
kim lo¹i
mèi hµn
min (psi)
60000
Ký hiÖu
theo AWS
§é d·n
dµi
% (min)
kÕt
min (psi)
E70S - 2
E70S - 3
E70S - 4
E70S - 5
E70S - 6
E70S - 7
DCEP
DCEP
DCEP
DCEP
DCEP
DCEP
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
72000
72000
72000
72000
72000
72000
22
22
22
22
22
22
60000
60000
60000
60000
60000
Thµnh phÇn hãa häc (%)
Mn Si C¸c nguyªn tè kh¸c
AWS
C
19
Tải về để xem bản đầy đủ
101 trang
09/01/2024
6900
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Nghề Hàn", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_nghe_han.pdf
