BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
NGUYỄN HẢI ðƯỜNG
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ BẢO VỆ TRONG
CÔNG NGHỆ HÀN MAG TỚI CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp
Mã số
: 60.52.14
Người hướng dẫn khoa học: PGS,TS. NGUYỄN THÚC HÀ
Hà Nội - Năm 2010
`
LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Những số liệu và kết quả ñược trình bày trong luận văn là khách quan,
trung thực và chưa từng ñược bất kỳ tác giả nào công bố dùng ñể bảo vệ
một học vị nào khác.
Các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc.
Mọi sự giúp ñỡ cho việc hoàn thành luận văn ñã ñược cảm ơn.
Tác giả luận văn
Nguyễn Hải ðường
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 2
LỜI CÁM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, tôi ñã nhận ñược sự giúp ñỡ
và cộng tác nhiệt tình của nhiều tập thể cũng như các cá nhân trong và ngoài
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, Trường ðại học Bách khoa Hà Nội.
ðến nay luận văn của tôi ñã hoàn thành, tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc tới Phó giáo sư Tiến sĩ Nguyễn Thúc Hà ñã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo
cho tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này
Tôi xin trân thành cám ơn các Thầy giáo, Cô giáo Khoa Cơ ñiện, Viện
ñào tạo sau ñại học, ñặc biệt là Bộ môn Công nghệ Cơ khí Trường ðại học
Nông nghiệp Hà Nội ñã ñóng góp ý kiến, tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong
quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn.
Tôi cũng xin trân thành cám ơn các Thầy giáo, cán bộ Thí nghiệm
thuộc Bộ môn Hàn – Công nghệ kim loại Trường ðại học Bách khoa Hà Nội,
các bạn bè ñồng nghiệp ñã giúp ñỡ, tạo mọi ñiều kiện về cơ sở vật chất, trang
thiết bị cho tôi triển khai thực hiện và hoàn thành luận văn.
Nhân dịp này cho tôi ñược gửi lời cảm ơn tới các Thầy giáo, Cô giáo
ñã giảng dạy và truyền ñạt cho tôi những kiến thức khoa học trong suốt thời
gian học tập ở lớp Cao học Cơ khí khóa 17, Trường ðại học Nông nghiệp Hà
Nội.
Tôi xin trân thành cám ơn !
Tác giả luận văn
Nguyễn Hải ðường
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 3
MỤC LỤC
Trang
Mở ñầu
12
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HÀN HỒ QUANG TRONG MÔI TRƯỜNG
14
KHÍ BẢO VỆ
1. Sự phát triển của ngành hàn và vai trò của nó trong công nghiệp
14
1.1. Lịch sử phát triển của ngành hàn
14
1.2.Vai trò của công nghệ hàn trong các ngành công nghiệp
15
2. Phân loại các phương pháp hàn
16
3. Phương pháp hàn nóng chảy
17
4. Tình hình nghiên cứu về hàn MAG
24
4.1. Trong nước
24
4.2. Ngoài nước
27
5. Vấn ñề nghiên cứu
27
5.1. Phương hướng nghiên cứu
27
5.2. Mục ñích của ñề tài
29
Chương 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ HÀN MAG
1. Quá trình hàn MAG
30
30
1.1. Bản chất
30
1.2. ðặc ñiểm, ứng dụng của hàn MAG
31
1.2.1 ðặc ñiểm
31
1.2.2. Ứng dụng của hàn MAG
31
1.3.Thiết bị, vật liệu
32
1.3.1. Thiết bị
32
1.3.2. Vật liệu
34
1.4. Công nghệ hàn MAG
37
1.4.1. Chuẩn bị liên kết trước khi hàn
37
1.4.2. Chế ñộ hàn
38
a. Dòng ñiện
38
b. ðiện áp hàn
38
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 4
c. Tốc ñộ hàn
38
d. Phần nhô của ñiện cực hàn (Tầm với ñiện cực)
39
e. Lưu lượng khí hàn
40
50
1.4.3. Kỹ thuật hàn
2. Các phương thức chuyển dịch kim loại lỏng khi hàn MAG
51
2.1. Chuyển dịch kim loại dạng cầu
52
2.2. Chuyển dịch kim loại dạng phun
53
2.3. Chuyển dịch kim loại dạng ngắn mạch hoặc nhỏ giọt
53
3. Chụp khí và ảnh hưởng của nó tới quá trình bảo vệ vùng hàn
54
3.1. Chụp khí
54
3.2. Ảnh hưởng của chụp khí tới quá trình bảo vệ vùng hàn
55
4. Nghiên cứu ảnh hưởng của khí bảo vệ CO2 tới chất lượng mối hàn
55
4.1. Khí CO2
55
4.2. Tính chất của CO2 với hồ quang hàn và kim loại mối hàn
57
4.3. Quá trình lý hoá
59
4.4. Hiệu quả bảo vệ mối hàn của khí CO2
61
Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ
ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ
66
BẢO VỆ TRONG CÔNG NGHỆ HÀN MAG TỚI CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN
1. Chất lượng khí bảo vệ
68
2. Lưu lượng khí bảo vệ
73
3. Môi trường xung quanh
79
4. Góc nghiêng ñầu hàn so với bề mặt vật hàn
83
5. Khoảng cách từ vòi phun tới vật hàn
88
6 . Hình dáng liên kết hàn
93
7. ðộ sạch của Vòi phun
98
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
102
1. Kết luận
103
2. Kiến nghị
103
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 5
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2-1
Giới thiệu một số loại dây hàn thông dụng theo AWS
35
Bảng 2-2
Thành phần hoá học của một số loại dây hàn thông dụng
36
Bảng 2-3
Giới thiệu ứng dụng của một số loại khí và hỗn hợp khí bảo vệ
37
Bảng 2-4
Bảng tra chế ñộ hàn thép các bon và hợp kim thấp kiểu hàn sấp
40
Bảng 2-5
Chế ñộ hàn sấp, mỏ hàn nghiêng về phía trước
41
Bảng 2-6
Chế ñộ hàn sấp và hàn ngang, mỏ hàn nghiêng về phía trước
41
Bảng 2-7
Chế ñộ hàn ñứng từ dưới lên
41
Bảng 2-8
Chế ñộ hàn ñứng từ dưới lên, liên kết hàn chữ T, mỏ hàn nghiêng
42
về phía trước, dòng một chiều cực nghịch
Bảng 2-9
Chế ñộ hàn sấp liên kết giáp mối và liên kết chữ T. Hàn ngang liên
42
kết chữ T
Bảng 2-10
Bảng tra chế ñộ hàn thép Các bon và hợp kim thấp - Kiểu hàn
43
ñứng
Bảng 2-11
Chế ñộ hàn tự ñộng và bán tự ñộng khí CO2 , hàn ống giáp mối
44
Bảng 2-12
Chế ñộ hàn hỗn hợp khí Ar+CO2
44
Bảng 2-13
Chế dộ hàn thép không gỉ, hàn sấp mối hàn giáp mối
45
Bảng 2-14
Chế ñộ hàn thép không gỉ. Dịch chuyển ngắn mạch. hàn sấp giáp
46
mối, hàn ngang liên kết chồng và liên kết chữ T. Dòng một chiều
cực nghịch
Bảng 2-15
Chế ñộ hàn tự ñộng và bán tự ñộng khí CO2 với thép các bon và
46
thép hợp kim thấp
Bảng 2-16
Chế ñộ hàn tự ñộng và bán tự ñộng khí CO2 với thép các bon và
47
thép hợp kim thấp, mối hàn góc
Bảng 2-17
Hệ số ñắp khi hàn trong môi trường CO2
49
Bảng 2-18
Chất lượng khí CO2 dùng bảo vệ mối hàn
57
Bảng 3-1
Kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của chất lượng khí bảo vệ
72
Bảng 3-2
Kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của lưu lượng khí bảo vệ
78
Bảng 3-3
Kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của môi trường xung quanh
83
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 6
Bảng 3-4
Kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của góc nghiêng ñầu hàn so với
88
bề mặt vật hàn
Bảng 3-5
Kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của khoảng cách từ vòi phun tới
92
vật hàn
Bảng 3-6
Kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của hình dáng liên kết hàn
97
Bảng 3-7
Kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của ñộ sạch vòi phun
101
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢN VẼ
Trang
Hình 1-1
Các phương pháp hàn
16
Hình 1-2
Nguyên lý hàn hồ quang tay
18
Hình 1-3
Sơ ñồ hàn dưới lớp thuốc bảo vệ
20
Hình 1-4
Máy hàn dưới lớp thuốc bảo vệ
20
Hình 1-5
Phân loại hàn trong môi trường khí bảo vệ
21
Hình 1-6
Sơ ñồ nguyên lý hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí trơ
22
Hình 1-7
Vùng hồ quang và vũng hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường
22
khí trơ
Hình 1-8
Sơ ñồ hàn hồ quang ñiện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo
23
vệ
Hình 2-1
Sơ ñồ nguyên lý hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo
30
vệ
Hình 2-2
Hệ thống thiết bị hàn
32
Hình 2-3
Bộ cấp dây hàn MAG
33
Hình 2-4
Mỏ hàn MAG
33
Hình 2-5
ðồng hồ, van giảm áp và bộ sấy khí CO2
34
Hình 2-6
Dây hàn MAG
34
Hình 2-7
Khí hàn MAG
37
Hình 2-8
Liên kết trước khi hàn
38
Hình 2-9
Phần nhô ra của ñiện cực hàn ( Tầm với ñiện cực)
30
Hình 2-10
Lưu lượng khí CO2
40
Hình 2-11
Góc nghiêng mỏ hàn
50
Hình 2-12
Chiều dịch chuyển mỏ hàn
50
Hình 2-13
Hồ quang của kiểu chuyển dịch dạng cầu
52
Hình 2-14
Hồ quang của kiểu chuyển dịch dạng phun
53
Hình 2-15
Biểu ñồ giao ñộng hồ quang của kiểu chuyển dịch ngắn mạch
54
Hình 2-16
Chụp khí hàn MAG
55
Hình 2-17
Bộ phận sấy khí bảo vệ khi hàn MAG
56
Hình 2-18
Quá trình lý hoá sảy ra khi hàn MAG
61
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 8
Hình 2-19
Sơ ñồ lưu lượng khí bảo vệ khác nhau
62
Hình 2-20
Khí bảo vệ chịu tác ñộng của gió
62
Hình 2-21
Sơ ñồ hoá mặt cắt cột khí bảo vệ
63
Hình 2-22
Góc nghiêng ñầu hàn
63
Hình 2-23
Khoảng cách từ vòi phun tới vật hàn
64
Hình 2-24
Hàn góc trong
64
Hình 2-25
Hàn góc ngoài
65
Hình 2-26
Vòi phun bị hạt kim loại bám vào
65
Hình 3-1
Thiết bị, dụng cụ, vật tư thí nghiệm hàn MAG
67
Hình 3-2
Khí bảo bệ trong hàn MAG
68
Hình 3-3
Mối hàn chất lượng khí bảo vệ tốt
69
Hình 3-4
Mối hàn chất lượng khí bảo vệ trung bình
69
Hình 3-5
Mối hàn chất lượng khí bảo vệ kém
69
Hình 3-6
Các mối hàn chịu ảnh hưởng của chất lượng khí bảo vệ
71
Hình 3-7
ðiều chỉnh lưu lượng khí bảo vệ
73
Hình 3-8
Sơ ñồ các vùng hàn với lưu lượng khí bảo vệ khác nhau
74
Hình 3-9
Mối hàn MAG với lưu lượng khí bảo vệ nhiều hơn yêu cầu
74
Hình 3-10
Mối hàn MAG với lưu lượng khí bảo vệ ñúng theo yêu cầu
75
Hình 3-11
Mối hàn MAG với lưu lượng khí bảo vệ ít hơn yêu cầu
75
Hình 3-12
Các mối hàn chịu ảnh hưởng của lưu lượng khí bảo vệ khác nhau
78
Hình 3-13
Sơ ñồ hàn MAG với các ñiều kiện môi trường khác nhau
79
Hình 3-14
Mối hàn MAG khi hàn có gió và không có tấm trắn
80
Hình 3-15
Mối hàn MAG khi hàn có gió và ñã tăng lưu lượng khí bảo vệ
80
Hình 3-16
Mối hàn MAG khi hàn có gió và có tấm trắn bảo vệ
80
Hình 3-17
Các mối hàn chịu ảnh hưởng của ñiều kiện môi trường khác nhau
82
Hình 3-18
Hàn MAG với góc nghiêng ñầu hàn khác nhau
84
Hình 3-19
Mối hàn MAG khi góc nghiêng ñầu hàn so với bề mặt vật hàn nhỏ
85
Hình 3-20
Mối hàn MAG khi góc nghiêng ñầu hàn so với bề mặt vật hàn lớn
85
Hình 3-21
Các mối hàn chịu ảnh hưởng của góc nghiêng ñầu hàn khác nhau
87
Hình 3-22
Hàn MAG với khoảng cách từ vòi phun tới vật hàn khác nhau
89
Hình 3-23
Mối hàn MAG với khoảng cách từ vòi phun tới vật hàn lớn
89
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 9
Hình 3-24
Mối hàn MAG với khoảng cách từ vòi phun tới vật hàn vừa phải
90
Hình 3-25
Các mối hàn chịu ảnh hưởng của khoảng cách từ vòi phun tới vật
92
hàn khác nhau
Hình 3-26
Hàn MAG liên kết góc trong với lưu lượng khí bảo vệ khác nhau
93
Hình 3-27
Hàn MAG kết cấu góc ngoài với lưu lượng khí bảo vệ khác nhau
94
Hình 3-28
Mối hàn MAG với liên kết góc trong
94
Hình 3-29
Mối hàn MAG với liên kết góc ngoài
95
Hình 3-30
Mối hàn MAG với liên kết góc trong, góc ngoài
96
Hình 3-31
ðộ sạch vòi phun khác nhau
98
Hình 3-32
Mối hàn MAG khi vòi phun khí bị các hạt kim loại bám vào
99
Hình 3-33
Mối hàn MAG khi vòi phun khí không bị các hạt kim loại bám vào
99
Hình 3-34
Các mối hàn chịu ảnh hưởng của ñộ sạch vòi phun khác nhau
100
Hình 4-1
Một số hình ảnh về thí ngiệm hàn MAG
106
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 10
MỞ ðẦU
Cùng với sự phát triển của các ngành cơ khí, công nghệ hàn kim loại cũng ñã có
những bước phát triển vượt bậc ñóng vai trò rất quan trọng trong các ngành cơ khí,
trong những năm gần ñây nhờ tiến bộ và ứng dụng khoa học kỹ thuật, một loạt các
phương pháp hàn mới ra ñời, ñóng góp rất lớn vào sự phát triển kinh tế và sự nghiệp
công nghiệp hoá hiện ñại hoá ñất nước. Ở nước ta trong những năm gần ñây ñược
sự quan tâm của ðảng, Nhà nước cùng với các chính sách khuyến khích ñầu tư, ñổi
mới công nghệ, hiện ñại hoá các thiết bị sản xuất cơ khí. Ngành Hàn cũng ñã ñược
quan tâm và ñầu tư thoả ñáng nhờ vậy các khu công nghiệp, các Công ty, Xí nghiệp
, Nhà máy và các cơ sở sản xuất cơ khí ñã ñầu tư, và ứng dụng công nghệ hàn tiên
tiến vào sản xuất, một trong những công nghệ hàn tiên tiến ñang ñược ứng dụng có
hiệu quả cao ñó là Công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ ( hàn MAG )
Tuy nhiên việc sử dụng khí bảo vệ trong công nghệ hàn MAG như thế nào cho
hiệu quả và ảnh hưởng của chúng tới chất lượng mối hàn ra sao thì chưa ñược các
cơ sở sản xuất quan tâm ñúng mức, dẫn ñến chất lượng mối hàn không cao, hiệu
quả kinh tế còn hạn chế.
ðề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của khí bảo vệ trong công nghệ hàn MAG tới
chất lượng mối hàn: Sẽ giải quyết ñược bài toán sử dụng khí bảo vệ trong công
nghệ hàn MAG như thế nào ñể ñem lại hiệu quả kinh tế cao và chất lượng hình
dáng bề mặt mối hàn tốt, cũng như sự ảnh hưởng của khí bảo vệ trong công nghệ
hàn MAG tới chất lượng mối hàn.
Kết quả nghiên cứu của ñề tài là các kết luận kiến nghị về chế ñộ sử dụng khí
bảo vệ trong công nghệ hàn MAG với các yếu tố công nghệ khác nhau, giúp cho
người thợ hàn tính toán dự trù khí bảo vệ trong hàn MAG và ñặt chế ñộ hàn phù
hợp . ðể giúp chúng ta có cái nhìn khoa học khi lựa chọn khí bảo vệ trong công
nghệ hàn MAG và ñiều chỉnh ñúng lưu lượng khí khi dùng, cũng như các biện pháp
ñể nâng cao tính bảo vệ của khí hàn, ñem lại hiệu quả kinh tế, ñảm bảo ñược chất
lượng hình dáng bề mặt mối hàn theo yêu cầu kỹ thuật.
Mục tiêu của ñề tài ñược thể hiện rõ qua tên của ñề tài là: Nghiên cứu ảnh
hưởng của khí bảo vệ trong công nghệ hàn MAG tới chất lượng của mối hàn.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 11
Cấu trúc của luận văn gồm: Phần mở ñầu; chương 1,2,3, 4 phần tài liệu tham khảo;
một số hình ảnh về quá trình thí nghiệm.
Nội dung chính của luận văn:
Chương 1. Chủ yếu nghiên cứu về tổng quan về hàn hồ quang trong
môi trường khí bảo vệ.
Chương 2. Nghiên cứu lý thuyết về hàn MAG.
Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của khí bảo vệ trong
công nghệ hàn MAG tới chất lượng mối hàn.
Chương 4. Kết luận và các kiến nghị.
Tài liệu tham khảo
Một số hình ảnh về thí nghiệm hàn MAG.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 12
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HÀN HỒ QUANG
TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ BẢO VỆ
1. Sự phát triển của ngành hàn và vai trò của nó trong công nghiệp.
1.1. Lịch sử phát triển của ngành hàn.
Năm 1802, viện sĩ Nga V.V Pê-tơ-rốp ñó tìm ra hiện tượng hồ quang ñiện và
chỉ rõ khả năng sử dụng nhiệt năng của nó ñể làm nóng chảy kim loại, mở ra thời kỳ
hàn hồ quang.
Năm 1888, N.G Sla-vi-a-nốp ñó áp dụng ñiện cực nóng chảy-cực ñiện kim
loại vào hồ quang ñiện, ñến năm 1907, kỹ sư Thuỵ ðiển Kenbbécgơ ñó phát hiện ra
phương pháp ổn ñịnh quá trình phóng hồ quang và bảo vệ vùng hàn khỏi tác ñộng
của không khí xung quanh bằng cách bọc lên ñiện cực kim loại một lớp thuốc. Việc
ứng dụng que hàn có bọc thuốc ñã bảo ñảm chất lượng của mối hàn trong ngành
công nghiệp lúc bấy giờ.
Năm 1928, Alecxanñerơ (Mỹ) tìm ra phương pháp hàn hồ quang trong khí
bảo vệ và ñưa vào sản xuất. Hàn trong khí bảo vệ làm tăng vọt chất lượng mối hàn
và hiện nay là một trong những phương pháp hàn ñược sử dụng rộng rãi với những
ưu ñiểm về chất lượng mối hàn và ñặc biệt là khả năng sử dụng dễ dàng ở mọi tư
thế hàn và mọi vị trí hàn khác nhau.
Năm 1929, người ta ñó tìm ra phương pháp hàn tự ñộng dưới lớp thuốc trong
ñiều kiện thí nghiệm. Thời kỳ phát triển cao của công nghệ hàn tàu ñã ñược mở ra
vào những năm cuối thập kỷ 30 và ñầu thập kỷ 40 sau những công trình nổi tiếng
của viện sĩ E.O.Pa-ton về hàn dưới lớp thuốc. Phương pháp hàn này ñược ứng dụng
rộng rãi trong ngành công nghiệp ñóng tàu, ñó là thành tựu vô cùng to lớn của kỹ
thuật hàn hiện ñại. Cho ñến nay, hàn dưới thuốc vẫn là phương pháp cơ khí hoá cơ
bản trong kỹ thuật hàn trong ngành công nghiệp với những ưu ñiểm vượt trội về
hiệu suất và chất lượng của mối hàn.
Năm 1949 ñã ra ñời phương pháp hàn nóng chảy ñặc biệt - hàn ñiện xỉ. ðó là
một phát minh nổi tiếng nữa của tập thể Viện hàn ñiện B.O Pa-tô. Hàn ñiện xỉ ñược
nghiên cứu và ñưa vào sản xuất trong ngành công nghiệp từ những năm 50 ñể chế
tạo các thiết bị nặng như lò hơi, tua bin, máy tời…
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 13
Các phương pháp hàn ngày càng ñược nghiên cứu và cải tiến ñể nâng cao
năng suất, hiệu quả và chất lượng mối hàn cũng như nâng cao khả năng tự ñộng
hóa.
Từ cuối ñại chiến thế giới lần thứ II, người ta ñã tìm ra hai phương pháp
công nghệ hàn trong khí bảo vệ: MIG (Metal - Iner - Gas) và TIG (Tungsten - Iner Gas). ñặc trưng của hai phương pháp hàn MIG và TIG là trong quá trình hàn, hồ
quang và bể hàn ñược bảo vệ bằng khí trơ (Ar, He). TIG là hàn bằng ñiện cực
không nóng chảy (volfram hoặc grafit). MIG là hàn bằng ñiện cực nóng chảy (dây
kim loại).
Khí bảo vệ (khí trơ) công nghệ sản xuất rất phức tạp, nên cuộc tìm kiếm khí bảo
vệ rẻ hơn ñể thay thế ñã thu hút nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu. Thành tựu của
nhiều công trình nghiên cứu ñã cho ra ñời phương pháp hàn MAG (Metal - Active Gas). Công cuộc tìm kiếm của các nhà nghiên cứu khoa học vẫn tiếp tục và họ ñã
ñạt ñược những thành tựu to lớn ñó là phương pháp hàn MAG có thể dùng 100%
khí CO2 làm khí bảo vệ trong quá trình hàn ñiện cực nóng chảy. Từ năm 1953 ở
Liên Xô ñã chính thức ứng dụng công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ là CO2
và sau ñó lần lượt năm 1955 - 1956 ở các nước phương Tây, Mỹ, Canada, Anh, ðức
... cũng ñã ứng dụng thành công và rất hiệu quả của công nghệ hàn trong môi trường
khí bảo vệ là CO2.
Công nghệ hàn MAG ñối với thế giới là một quá trình nghiên cứu, ứng dụng
và dần hoàn thiện từng bước, ñến nay ñã phát triển ñến mức ñộ cao, ứng dụng rất
rộng rãi và hiệu quả trong các ngành công nghiệp.
1.2. Vai trò của công nghệ hàn trong các ngành công nghiệp.
Công nghệ hàn ñóng vai trò rất quan trọng. Do nó có những ưu ñiểm nổi bật
so với các phương pháp chế tạo cơ khí khác như:
Công nghệ ñơn giản dễ thực hiện, không cần phải thiết bị hiện ñại, mối hàn
bền, cơ tính tốt, ñảm bảo ñộ kín tốt, công nghệ hàn có thể nối ñược những kim loại
khác nhau, công nghệ hàn dễ cơ khí hoá, tự ñộng hoá, giá thành chế tạo rẻ, tính kinh
tế cao. Do công nghệ hàn có nhiều ưu ñiểm như vậy nên nó ñược ứng dụng rộng dãi
trong các ngành công nghiệp như: Ngành ñóng tàu, chế tạo thiết bị cơ khí, Ngành
lắp máy, Ngành xây dựng, Ngành công nghiệp ô - tô vv..... Nhờ có công nghệ hàn
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 14
mà các ngành công nghiệp khác cũng ñược phát triển và công nghệ hàn ñã ñóng vai
trò không thể thiếu ñược trong các ngành công nghiệp.
2. Phân loại các phương pháp hàn.
2.1. Theo trạng thái hàn.
Ngày nay hàn ñã có hàng trăm phương pháp khác nhau theo trạng thái hàn có
thể chia ra 2 nhóm:
Hình 1.1. C ác phương pháp hàn.
1. Hàn laser;
2. Hàn hồ quang plasma;
3. Hàn chùm tia ñiện tử;
4. Hàn hồ quang ñiện;
5. Hàn ñiện xỉ;
6. Hàn khí;
7. Hàn nhiệt nhôm;
8. Hàn hồ quang tay;
9. Hàn tự ñộng và bán tự ñộng dưới lớp thuốc; 10. Hàn hồ quang trong môi trường
khí bảo vệ;
11. Hàn hồ quang tay ñiện cực nóng chảy;
12. Hàn hồ quang tay ñiện cực
không nóng chảy;
13. Hàn trong môi trường khí Argon;
14. Hàn trong môi trường khí Hêli;
15. Hàn trong môi trường khí Nitơ;
16. Hàn trong môi trường khí CO2;
17. Hàn siêu âm;
18. Hàn nổ;
19. Hàn nguội;
20. Hàn ñiện tiếp xúc;
21. Hàn ma sát;
22.Hàn khuếch tán trong chân
không;
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 15
23. Hàn cao tần;
24. Hàn rèn;
25. Hàn giáp mối;
26. Hàn ñiểm;
27. Hàn ñường;
28. Hàn bằng ñiện cực giả;
29. Hàn ñiểm bằng tụ.
Ngoài ra, một vài năm gần ñây còn xuất hiện phương pháp hàn nhiệt.
+ Hàn nóng chảy.
Khi hàn nóng chảy, kim loại mép hàn ñược nung ñến trạng thái nóng chảy
kết hợp với kim loại bổ sung từ ngoài vào ñiền ñầy khe hở giữa hai chi tiết hàn, sau
ñó ñông ñặc tạo thành mối hàn.
Khi hàn nóng chảy, các khí xung quanh nguồn nhiệt có ảnh hưởng rất lớn
ñến quá trình luyện kim và hình thành mối hàn. Do ñó ñể ñiều chỉnh quá trình hàn
theo chiều hướng tốt thì phải ứng dụng các biện pháp công nghệ nhất ñịnh: dùng
thuốc bảo vệ, khí bảo vệ, hàn trong chân không,…
+ Hàn áp lực.
Khi hàn bằng áp lực kim loại ở vùng mép hàn ñược nung nóng ñến trạng thái
dẻo, sau ñó hai chi tiết ñược ép lại với lực ép ñủ lớn, tạo ra mối hàn.
+ Hàn nhiệt.
Hàn nhiệt là sử dụng nhiệt của các phản ứng hóa học phát nhiệt ñể nung kim
loại mép hàn ñến trạng thái nóng chảy ñồng thời kết hợp với lực ép ñể tạo ra mối
hàn.
2.2 Theo năng lượng sử dụng.
-
ðiện năng: Hàn hồ quang, hàn ñiện tiếp xúc…
-
Hóa năng: Hàn khí, hàn nhiệt…
-
Cơ năng: Hàn ma sát, hàn nguội…
2.3 Theo mức ñộ tự ñộng hóa.
-
Hàn bằng tay.
-
Hàn bán tự ñộng.
-
Hàn tự ñộng.
3. Phương pháp hàn nóng chảy.
Các phương pháp hàn nóng chảy ñược ứng dụng rộng rãi trong ngành công
nghiệp ñóng tàu, cơ khí chế tạo, sản xuất kết cấu thép, xây dựng, giao thông vận tải
…… Phương pháp hàn nóng chảy thường chia ra các loại sau:
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 16
- Hàn hồ quang tay;
- Hàn hồ quang tự ñộng và bán tự ñộng;
- Hàn ñiện xỉ.
3.1 Hàn hồ quang tay.
Là phương pháp hàn hồ quang có ñiện cực là que hàn. Trong quá trình hàn
các chuyển ñộng như gây hồ quang, dịch chuyển que, dịch chuyển hồ quang theo
dọc mối hàn ñược thực hiện bằng tay.
Phương pháp công nghệ hàn này ñược sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Mặc
dù ñã có những phương pháp mới có năng suất, chất lượng cao; nhưng phương pháp
hàn hồ quang tay vẫn không thể thiếu trong các dạng sản xuất sửa chữa, sản xuất
loạt nhỏ, ñặc biệt ở những qui trình công nghệ hàn không thể tiến hành cơ khí hóa
và tự ñộng hóa.
Chất lượng của mối hàn phụ thuộc chủ yếu vào tay nghề của người thợ cũng
như dòng ñiện hàn.
Kìm hàn
que hàn
hồ quang
sỉ
kim loại
mối hàn
kim loại
lỏng
kim loại
cơ bản
Nguồn
hàn
bể
hàn
Hình1.2. Nguyên lý hàn hồ quang tay.
3.2 Hàn hồ quang tự ñộng và bán tự ñộng.
3.2.1 Nguyên lý và ñặc ñiểm.
a. Nguyên lý:
Hàn hồ quang tự ñộng là quá trình hàn trong ñó các khâu của quá trình hàn
ñược tiến hành tự ñộng bởi máy hàn, bao gồm: gây hồ quang, chuyển dịch ñiện cực
hàn xuống vũng hàn ñể duy trì hồ quang cháy ổn ñịnh, dịch chuyển ñiểm hàn dọc
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 17
mối hàn, cấp thuốc hàn hoặc khí bảo vệ.
Khi chỉ một số khâu trong quá trình hàn ñược tự ñộng hóa người ta gọi là
hàn bán tự ñộng. Thường khi hàn bán tự ñộng người ta chỉ tự ñộng hóa khâu cấp
ñiện cực hàn vào vũng hàn còn di chuyển ñiện cực thực hiện bằng tay.
b. ðặc ñiểm:
* Năng suất hàn cao (Thường gấp 5÷10 so với hàn hồ quang tay) nhờ sử dụng
dòng ñiện hàn cao.
* Chất lượng mối hàn tốt và ổn ñịnh.
* Tiết kiệm kim loại nhờ hệ số ñắp cao.
* Tiết kiệm năng lượng vì sử dụng chiệt ñể nguồn nhiệt.
* Cải thiện ñiều kiện lao ñộng.
* Thiết bị hàn tự ñộng và bán tự ñộng ñắt, không hàn ñược các kết cấu hàn và
vị trí hàn phức tạp.
3.3 Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ (Submerged Arc Welding - SAW).
Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ còn gọi là hàn hồ quang chìm, tiếng
Anh viết tắt là SAW (Submerged Arc Welding), là quá trình hàn nóng chảy mà hồ
quang cháy giữa dây hàn (ðiện cực hàn) và vật hàn dưới một lớp thuốc bảo vệ.
Dưới tác dụng nhiệt của hồ quang, mép hàn, dây hàn và một phần của thuốc
hàn sát hồ quang bị nóng chảy tạo thành vũng hàn. Dây hàn ñược ñẩy vào vũng hàn
bằng một cơ cấu ñặc biệt với tốc ñộ phù hợp với tốc ñộ cháy của nó (Hình 1.3a).
Theo ñộ chuyển dịch của nguồn nhiệt (Hồ quang) mà kim loại vũng hàn sẽ
nguội và kết tinh tạo thành mối hàn (Hình 1.3b). Trên mặt vũng hàn và phần mối
hàn ñó ñông ñặc hình thành một lớp xỉ có tác dụng tham gia vào các qúa trình luyện
kim khi hàn, bảo vệ và giữ nhiệt cho mối hàn, và sẽ tách khỏi mối hàn sau khi hàn.
Phần thuốc hàn chưa ñược nóng chảy có thể sử dụng lại.
Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ có thể ñược tự ñộng cả hai khâu cấp dây
vào vùng hồ quang và di chuyển hồ quang dọc theo trục mối hàn. Trường hợp này
ñược gọi là “Hàn hồ quang tự ñộng dưới lớp thuốc bảo vệ”.
Nếu chỉ tự ñộng hóa khâu cấp dây hàn vào vùng hồ quang cũng không
chuyển ñộng hồ quang dọc theo trục mối hàn ñược thao tác bằng tay thì gọi là “Hàn
hồ quang bán tự ñộng dưới lớp thuốc bảo vệ”.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 18
b)
Hình 1.3. Sơ ñồ hàn dưới lớp thuốc bảo vệ.
a. Sơ ñồ nguyên lý; b. Cắt dọc theo trục mối hàn
Hình 1.4 . Máy hàn dưới lớp thuốc bảo vệ.
Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực cơ khí chế tạo như trong sản xuất: các kết cấu thép dạng tấm vỏ kích thước lớn,
các dầm thép có khẩu ñộ và chiều cao, các ống thép có ñường kính lớn, các bồn, bể
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 19
chứa, bình chịu áp lực và trong công nghệ ñóng tàu…
Tuy nhiên, phương pháp này chủ yếu ñược ứng dụng ñể hàn các mối hàn ở vị
trí hàn bằng, các mối hàn có chiều dài lớn và có quỹ ñạo không phức tạp.
Phương pháp hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ có thể hàn ñược các chi
tiết có chiều dày từ vài mm ñến hàng trăm mm.
3.4 Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ.
Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ là phương pháp hàn thích ứng với
mọi kết cấu hàn và cho năng suất và chất lượng hàn cao. Phương pháp công nghệ
này có thể phân loại thành các phương pháp sau (Hình 1.5):
Hình 1.5. Phân loại hàn trong môi trường khí bảo vệ.
Ở các phương pháp hàn này, bể hàn ñược bảo vệ khỏi sự tác dụng của môi
trường bên ngoài (Chủ yếu là ôxy và nitơ). Môi trường bảo vệ có thể là khí hoạt tính
hoặc khí trơ. Môi trường khí trơ không có phản ứng hóa học với bể hàn. Môi trường
khí hoạt tính có phản ứng hóa học với bể hàn; những tác ñộng xấu ñó lại ñược khắc
phục bằng thành phần hóa học thích hợp của vật liệu hàn (Dây hàn).
3.4.1. Hàn hồ quang ñiện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ.
ðiện cực không nóng chảy thường dùng là Volfram và phương pháp hàn này
tiếng Anh gọi là TIG (Tungsten Inert Gas). ðây là phương pháp hàn vạn năng: có
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 20
- Xem thêm -