11.2. CÔNG NGHỆ HÀN HỒ QUANG ĐIỆN

11.2.1. Công nghệ hàn hồ quang

a.   Khái niệm

Hàn hồ quang điện là chiêu thức thông dụng nhất lúc bấy giờ để nối, không tháo rời những cụ thể với nhau bằng nguồn nhiệt dùng để hàn là hồ quang điện .

Hồ quang là hiện tượng chuyển động không ngừng của dòng điện tử trong môi trường đã được ion hóa giữa hai điện cực, hồ quang tạo ra nguồn nhiệt lớn (đạt được 600oC và ánh sáng với tia hồng ngoại, tử ngoại). Hàn điện hồ quang là dùng nhiệt lượng đó để nung cho vật hàn nóng chảy.

Hồ quang tập trung chuyên sâu trên một điểm của vật hàn, nhiệt lượng tương đối tập trung chuyên sâu, vật hàn thuận tiện nóng chảy tức thì, nhiệt năng này không truyền ra rộng nên sự biến dạng của vật hàn không trầm trọng như hàn khí. Tuy thao tác tương đối khó khăn vất vả, nhưng so với nơi có điện thì khá thuận tiện và rẻ. Phương pháp này được tăng trưởng thoáng đãng trong những năm gần đây và trong tương lai nó còn được vận dụng thoáng rộng hơn giải pháp hàn khí .

YouTube Video

b.   Các phương pháp hàn điện hồ quang tay

Có hai chiêu thức hàn điện hồ quang : theo loại điện cực được chia thành hai chiêu thức là hàn bằng điện cực không chảy ( điện cực than, điện cực graphit hoặc vonfram ) và chiêu thức hàn bằng điện cực sắt kẽm kim loại chảy ( que hàn ) .
Hình 11.3 – a là sơ đồ chiêu thức hàn bằng điện cực không chảy : điện cực thường dùng là điện cực than. Hàn được thực thi bằng dòng điện một chiều, điện cực không chảy nối với cực âm, còn vật hàn thì nối với cực dương của máy phát hàn. Hình 11.3 – b là sơ đồ giải pháp hàn bằng điện cực sắt kẽm kim loại chảy. Phương pháp này dùng rất thông dụng trong những ngành chế tạo máy, thiết kế xây dựng cũng như trong những việc làm sửa chữa thay thế .

Hồ quang điện khi hàn sắt kẽm kim loại hoàn toàn có thể là hồ quang trực tiếp hay gián tiếp. Hồ quang trực tiếp cháy giữa điện cực và vât hàn. Hồ quang gián tiếp cháy giữa hai điện cực than và để gần cụ thể được hàn, sắt kẽm kim loại được đốt nóng dưới tác động ảnh hưởng gián tiếp của hồ quang .
Môi trường xung quanh có tác động ảnh hưởng xấu tới chất lượng của mối hàn. Để ngăn ngừa tính năng xấu đó, người ta dùng nhiều chiêu thức bảo vệ mối hàn khác nhau .
Có ba loại hồ quang hàn là hồ quang kín, hồ quang được bảo vệ và hồ quang không được bảo vệ .
– Hồ quang kín được tạo ra trong nước hay trong chất trợ dung nhằm mục đích bảo vệ sắt kẽm kim loại khỏi bị tác động ảnh hưởng của môi trường tự nhiên xung quanh tác động ảnh hưởng đến .
– Trong trong thực tiễn, người ta dùng hồ quang điện hở được bảo vệ khỏi tác động ảnh hưởng của thiên nhiên và môi trường xung quanh bằng khí bảo vệ ( khí argon, CO2 ) .
– Đối với những mẫu sản phẩm không quang trọng, người ta thường dùng hồ quang hở trong trường hợp khi hàn bằng điện cực than .

c.  Thiết bị và dụng cụ để hàn hồ quang tay

Khi hàn hồ quang hoàn toàn có thể dùng dòng điện một chiều hoặc xoay chiều .
Ưu điểm của dòng một chiều là hồ quang có tính không thay đổi cao và hoàn toàn có thể đổi cực để kiểm soát và điều chỉnh mức độ đốt nóng vật hàn .
Tuy nhiên trong trong thực tiễn, người ta thường hàn hồ quang với dòng điện xoay chiều. Ưu điểm của dòng xoay chiều là thiết bị rẻ hơn, nhỏ, gọn nhẹ, cơ động hơn, quản lý và vận hành cũng đơn thuần, hiệu suất cao, tiêu tốn điện năng ít hơn so với thiết bị dòng điện một chiều .
Nguồn điện hàn và máy hàn phải thỏa mãn nhu cầu những nhu yếu sau :
+ Điện áp không tải Uo phải đủ lớn để gây hồ quang nhưng không gây nguy hại khi sử dụng .
Với dòng xoay chiều : Uo = 50 – 80V
Với dòng một chiều : Uo = 35 – 55V
Với những giá trị điện áp không tải trên, khi có tải ( hồ quang cháy ) điện áp hạ xuống tương ứng 25 – 40V với dòng xoay chiều và 15 – 25V với dòng một chiều .

Điểm a là điểm gây hồ quang và b là điểm hồ quang cháy không thay đổi .
+ Cường độ dòng ngắn mạch phải nhỏ nhằm mục đích nâng cao tuổi bền cho máy hàn :
Inm = ( 1,3 – 1,4 ) Ih ( 11.1 )
Ở đây Ih là cường độ dòng điện hàn ( A ) .
+ Điện áp nguồn hàn phải đổi khác nhanh tương thích với sự đổi khác điện trở hồ quang nhằm mục đích không thay đổi sự cháy của hồ quang. Thông thường nguồn hàn quang hệ giữa U và I ( đặc tính ngoài ) là ngược nhau. Nghĩa là quan hệ đó có dạng đường cong dốc liên tục .
+ Cường độ dòng điện hàn biến hóa được hai kiểu : vô cấp và phân cấp .
+ Nguồn xoay chiều U và I phải lệch sóng nhau ( Hình 11.5 ) tránh cả hai giá trị cùng một lúc đều bằng không để không thay đổi hồ quang .
+ Thiết bị hàn bảo vệ gọn nhẹ, cấu trúc đơn thuần, dể sử dụng, giá tiền rẻ .

Máy hàn điện dùng điện một chiều

Máy hàn điện dùng điện một chiều là loại máy phát điện một chiều nhưng tính năng của nó không trọn vẹn giống máy phát điện. Vì khi hàn thường xảy ra hiện tượng kỳ lạ ngắn mạch, vì vậy nó phải có bộ phận ngăn ngừa cường độ ngắn mạch quá lớn. Muốn dễ tạo tia hồ quang thì điện áp gây tia hồ quang phải đủ lớn ( 80V ), sau khi đã có hồ quang Open thì lập tức điện áp giảm ngay xuống điện áp hàn ( 15 – 45V ). Mặt khác, do đặc thù và điều kiện kèm theo hàn khác nhau ( nguyên vật liệu, chiều dày vật hàn, que hàn to hay nhỏ ) nên cùng một điện áp hàn lại cần có những cường độ dòng điện hàn khác nhau, do đó cường độ hàn nên kiểm soát và điều chỉnh trong khoanh vùng phạm vi thích hợp. Ưu điểm khi dùng máy hàn điện một chiều so với giải pháp trực tiếp dùng điện một chiều là điện hàn được phân phối độc lập, không bị hạn chế bởi sự ngừng trệ do những nguyên do khác, đồng thời hoàn toàn có thể liên tục phối hợp với nhu yếu trong công tác làm việc hàn. Có thể thiết loại máy hàn có điện áp thấp và cường độ cao, khi đó sẻ phí tổn trong khi sử dụng, máy móc lại gọn nhẹ, hoàn toàn có thể luân chuyển dể dàng ( Hình 11.6 – a ) .

Máy hàn điện dùng điện xoay chiều

Máy hàn điện dùng điện xoay chiều là máy biến áp giảm điện áp của nguồn điện xoay chiều xuống ( Hình 11.6 – b ). Loại máy biến áp này cũng phải tương thích với yêu câu quang hệ cường độ dòng điện và điện áp trong lúc hàn, nên cấu trúc của nó cũng khác với máy biến áp thường thì. Muốn thỏa mãn nhu cầu điều kiện kèm theo này, máy biến áp phải dùng những chiêu thức dưới đây .
+ Điều chỉnh điện áp để kiểm soát và điều chỉnh cường độ hàn .
+ Dùng uộn dây cảm ứng để kiểm soát và điều chỉnh cường độ hàn .
Hai chiêu thức trên tương đối rẻ tiền. Cấu tạo của máy biến áp hàn điện có rất nhiều loại
Hiệu suất của máy biến áp hàn ( 80 – 90 % ) so với máy hàn điện một chiều ( 50 – 70 % ), như vậy hiệu suất máy biến áp hàn tốt hơn, tổn thất không tải chừng 2 % vì vậy dùng điện xoay chiều tương đối thuận tiện ( Hình 11.6 – b, c ) .
Dụng cụ để hàn hồ quang có những loại đa phần sau đây :
– Mặt nạ để bảo vệ da và mắt khỏi tính năng có hại của tia tử ngoại ( làm hại da ) tia hồng ngoại ( làm hại mắt ), đồng thời để chắn những tia lửa từ que hàn và vật hàn bắn ra .
– Găng tay và áo quần được làm bằng da hoặc vải amiang .
– Tấm chắn màu đen để tránh sự phản xạ quang tuyến gây ảnh hưởng tác động tới sức khỏe thể chất của những người ở gần nơi hàn .
– Thiết bị thông gió .
– Dây cáp dẫn điện .
– Kìm hàn để cặp điện cực ( que hàn )
– Đầu cặp nối với vật hàn để tiếp thông dòng điện với vật hàn ( tiếp mass ) .
– Những phụ tùng khác như thùng đựng que hàn, ghế bàn, bàn chải sắt, đục và dụng cụ gá lắp …

Điện cực

Điện cực dùng để hàn hồ quang được chia làm hai loại :

Điện cực không chảy

Điện cực không chảy gồm điện cực than, điện cực graphit và điện cực vonfram. Điện cực than và điện cực graphit dùng khi hàn với dòng điện một chiều. Điện cực vonfram dùng hàn với dòng điện một chiều hay dòng điện xoay chiều trong môi trường tự nhiên khí bảo vệ argon

Điện cực nóng chảy

Điện cực nóng chảy ( hay còn gọi là que hàn ) tùy theo hiệu quả của nó và thành phần hóa học của sắt kẽm kim loại được hàn, người ta sản xuất những loại que hàn tương ứng như : que hàn thép ; gang ; đồng ; nhôm ; …
Mặt khác que hàn điện còn được chia ra hai loại : que hàn không thuốc ( que hàn trần ) và que hàn có thuốc bọc .

Lớp thuốc bọc que hàn điện có khối lượng chiếm 1 – 5 % khối lượng lõi sắt kẽm kim loại ( dq ), đường kính ngoài que hàn dn ≤ 1,2 dq ( dq được gọi là đường kính que hàn ) .
Lớp thuốc bọc mỏng mảnh : có tính năng làm tăng tính không thay đổi của hồ quang. Thành phần thuốc bọc thường có : đá vôi, fenpat, bột tan … ( chiếm 80 – 85 % khối lượng ) và thủy tinh lỏng ( 15 – 20 % khối lượng ). Lớp thuốc bọc loại này thường dùng hàn những cấu trúc không quang trọng, vì mối hàn bằng que hàn này có cơ tính kém .
Lớp thuốc bọc loại dày ( dn ≥ 1,55 dq ) có tính không thay đổi hồ quang và tạo xung quanh hồ quang một lớp khí và xỉ bảo vệ sắt kẽm kim loại khỏi bị tính năng của ôxyvà nitơ ở môi trường tự nhiên. Trong trường hợp thiết yếu người ta cho thêm lớp thuốc bọc những thành phần kim loại tổng hợp ( những fero kim loại tổng hợp ), những thành phần này sẽ tham gia vào thành phần của mối hàn và nâng cao cơ tính của mối hàn .
Thành phần của lớp bọc này gồm có những chất ion hóa ( phấn ), chất tạo xỉ ( cao lanh ), chất tạo khí ( tinh bột ), chất khử ôxy ( nhôm, fero mangan … ), những chất kim loại tổng hợp và chất dính kết .

11.2.2. Hàn hồ quang tay

a.    Các loại liên kết hàn

Hàn hồ quang tay tuy năng suất thấp, chất lượng không cao, đòi hỏi phải có tay nghề cao, nhưng rất linh hoạt phù hợp với sản xuất nhỏ, với các kết cấu phức tạp. Các kết cấu thường có các loại liên kết như hình 11.8.           

Công nghệ hàn hồ quang tay, được khởi đầu từ việc sẵn sàng chuẩn bị mép hàn ( gồm có việc làm sạch và vát mép cạnh hàn ). Trên hình 11.8 trình làng những loại chuẩn bị sẵn sàng mép hàn tùy thuộc vào độ dày vật hàn .

b. Vị trí mối hàn trong không gian: Các mối hàn phân bố trong một kết cấu hàn theo vị trí không gian khác nhau. Chúng được chia làm 3 vị trí: sấp, đứng, trần. Xác định đúng vị trí trong không gian sẽ xác định được chế độ và biện pháp kỹ thuật đúng đắn.

Hình 11.9 ra mắt 3 vị trí đó .

– Xét trong mặt phẳng ngang những mối hàn phân bổ từ 0 – 60 o thuộc vị trí hàn sấp .
– Những vị trí nằm trong khỏang 60 – 120 o gọi là vị trí đứng và ngang .
– Từ 120 – 180 o những mối hàn ở vị trí hàn trần ( ngửa ). Trong những vị trí đó, vị trí hàn sấp là vị trí thuận tiện nhất .

c. Chế độ hàn hồ quang tay: Thông số quan trọng cần được xác định khi hàn là đường kính que hàn (dq), cường độ dòng điện hàn (Ih).

Khi hàn mối hàn giáp mối ( Hình 11.10 a ), để bảo vệ chiều rộng và chiều cao mối hàn, qd phụ thuộc vào vào chiều dày vật hàn, người ta tính dq theo công thức sau :
dq = s / 2 + 1 ( mm ) ( 11.2 )
Còn so với link hàn góc, chữ T ( Hình 11.10 b ) dq tính theo công thức sau :
dq = k / 2 + 2 ( 11.3 )
Ở đây : s : chiều dày vật hàn ( mm )
k : cạnh mối hàn góc hay chữ T ( mm ) .
Cường độ dòng điện hàn hồ quang tay ( Ih ) nhờ vào vào đường kính và sắt kẽm kim loại vật hàn. Ngoài ra còn nhờ vào vào vị trí mối hàn trong khoảng trống .
Công thức kinh nghiệm tay nghề sau đây tính cho vị trí hàn sấp của link hàn thép :
Ih = ( 20 – 6 dq ). dq ( A ) ( 11.4 )
Trong đó : dq – đường kính que hàn ( mm )

11.3. Hàn hồ quang tự động

Hàn hồ quang tay có hiệu suất thấp, chất lượng không đồng đều, hao phí sắt kẽm kim loại đầu mẫu que hàn cao, hiệu suât nhiệt kém .
Hàn hồ quang tự động hóa sẽ nâng cao hiệu suất và bảo vệ tính như nhau về chất lượng mối hàn. Năng suất được nâng cao đa phần là do dùng tỷ lệ dòng điện cao và do que hàn chảy liên tục
Hàn hồ quang tự động hóa không mất thời hạn để đổi khác que hàn như hàn tay. Hồ quang khi hàn tự động hóa mạnh và làm cho sắt kẽm kim loại chảy sâu hơn, vì vậy những mối hàn có chiều dày hàn lớn cũng hoàn toàn có thể chỉ hàn một lần. Tất cả những điều đó làm cho hiệu suất hàn được nâng cao so với hàn tay 5 – 10 lần .
Hàn tự động hóa cũng không cần phải dùng kính bảo vệ mắt cho thợ hàn khi thực thi hàn tự động hóa hồ quang dưới lớp thuốc hàn .

Phương pháp hàn tự động hóa này được dùng nhiều trong công nghiệp lúc bấy giờ. Mặt khác giải pháp này cũng có hiệu suất cao hơn giải pháp hàn tự động hóa hồ quang hở ( hàn tự động hóa hồ quang trong môi trường tự nhiên khí bảo vệ ). Kinh nghiệm sản xuất chứng tỏ rằng hàn tự động hóa hồ quang dưới lớp thuốc đặc biệt quan trọng sẽ rất tốt khi hàn những mối hàn thẳng và vòng. Phương pháp hàn hồ quang tự động hóa được dùng nhiều trong sản xuất hàng loạt, thậm chí còn trong cả sản xuất đơn chiếc như hàn bể chứa, nồi hơi, bình chứa chất lỏng, vỏ máy điện, ống, … thời hạn gần đây hàn tự động hóa dưới lớp trợ dung còn được dùng trong việc kiến thiết xây dựng lò cao, cầu đường giao thông, sản xuất tàu thủy, toa xe, ôtô và những ngành sản xuất khác .
Hàn tự động hóa dưới lớp trợ dung là quy trình sử dụng nhiệt độ hồ quang nung chảy dây hàn dưới lớp thuốc. Hình 11.11 bộc lộ nguyên tắc quy trình hàn tự động hóa dưới lớp thuốc. Dây hàn ( 2 ) cuộn trong giá ( 3 ) đi qua tẩu hàn đến chỗ hàn ( 1 ) nhờ đầu tự động hóa ( 4 ), đầu tự động hóa này chuyển dời dọc theo đường hàn nhờ bộ truyền ( 7 ). Ở phía trước hồ quang, chất trợ dung từ máng ( 6 ) rơi xuống, chảy đều trên đường hàn và khi hàn, thuốc hàn bị chảy phủ trên sắt kẽm kim loại nóng chảy để bảo vệ, sau khi đông cứng lại, tạo thành lớp xỉ cứng ( 9 ) bọc lấy mối hàn ( 8 ). Phần còn lại của chất trợ dung chưa bị nung chảy thì theo ống cao su đặc ( 10 ) bị hút trở về máng chứa ( 5 ) để dùng lại. Các máy hàn tự động hóa SW – 101 Nhật : máy MCH6 ; MCH7 của Pháp đang có ở Việt nam .
Kim loại dây hàn và vật hàn được hồ quang nung chảy trong điều kiện kèm theo không có không khí nhờ lớp trợ dung nóng chảy cách ly nên sắt kẽm kim loại hàn không bị oxy hóa .

11.4. Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ

Trong chiêu thức hàn điện hồ quang, ngoài việc dùng điện cực ( que hàn ), chất trợ dung còn có cách bảo vệ mối hàn khỏi bị oxy hóa và nitơ hóa bằng cách dùng những dòng khí bảo vệ đẩy không khí ra khỏi thiên nhiên và môi trường hồ quang và giữ cho sắt kẽm kim loại nóng chảy không tiếp xúc với không khí bên ngoài. Các khí bảo vệ dùng để hàn là những khí khử oxy ( hyro, cacbon, … ), những khí trơ ( argon, heli ) và khí hoạt tính ( cacbonic – CO2 ) .
Những chiêu thức hàn trong thiên nhiên và môi trường khí bảo vệ thường dùng nhất là dùng trong môi trường tự nhiên khí hydrro, hàn trong khí argon và trong khí cacbonic ( CO2 ). Hàn trong môi trường tự nhiên CO2 với dây hàn nóng chảy được gọi là hàn MAG ( Metal – ActivGas ), hàn trong thiên nhiên và môi trường khí argon với dây hàn nóng chảy được gọi là hàn MIG ( Metal – Inter Gas ) .

Những ưu điểm của chiêu thức hàn hồ quang argon :
– Năng suất cao .
– Có thể cơ khí hóa trong khi hàn .
– Có thể hàn một số ít lớn sắt kẽm kim loại mà không cần dùng chất trợ dung, bảo vệ mối hàn sạch, bỏ được nguyên công làm sạch xỉ hàn .
– Có tính linh động hơn

– Nung nóng tập trung nên kim loại hàn được ngấu hơn.

Hàn hồ quang argon hoàn toàn có thể thực thi với điện cực không nóng chảy ( gọi là hàn TIG ). Khi hàn TIG hồ quang cháy trong thiên nhiên và môi trường argon, lớp khí này bảo vệ sắt kẽm kim loại nóng chảy khỏi bị oxy hóa – hình 11.13 .

YouTube Video

Hàn hồ quang argon dùng hầu hết để hàn thép không gỉ những kim loại tổng hợp nhôm và kim loại tổng hợp magiê, kim loại tổng hợp titan .

Source: https://thevesta.vn
Category: Công Nghệ