I. Khái niệm chung về hàn điện hồ quang
Hàn điện hồ quang là một quy trình công nghệ quan trọng trong ngành cắt gọt kim loại. Thực chất của hàn là nối hai hoặc nhiều phần tử kim loại thành một khối bền vững bằng cách sử dụng nguồn nhiệt để nung nóng chỗ cần nối đến trạng thái hàn. Sau đó, kim loại lỏng tự kết tinh hoặc được ép lại với nhau để tạo thành mối hàn chắc chắn. Quá trình hàn có những đặc điểm nổi bật: tạo ra liên kết nguyên khối, không tháo rời, tiết kiệm tối đa 20% khối lượng kim loại so với phương pháp bulông hay đinh tán. Giáo trình hàn cơ bản được biên soạn theo hình thức tích hợp lý thuyết và thực hành, phục vụ đào tạo nghề cắt gọt kim loại ở trình độ cao đẳng.
1.1. Thực chất và đặc điểm của hàn
Hàn là quá trình nối ghép kim loại thông qua nguồn nhiệt tập trung. Khi kim loại đạt trạng thái lỏng, mối hàn tự hình thành mà không cần lực ép. Đặc điểm chính của hàn là tạo liên kết cứng, nguyên khối, không tháo rời. So với các phương pháp khác, hàn cho phép tiết kiệm 10-20% khối lượng và dễ cơ khí hóa, tự động hóa quá trình sản xuất.
1.2. Ưu điểm và ứng dụng của hàn điện hồ quang
Hàn điện hồ quang có độ bền cao, độ kín tốt, phù hợp cho các kết cấu quan trọng như vỏ tàu, bồn bể, thiết bị áp lực. Quy trình hàn có tính linh động, năng suất cao và mức đầu tư thấp. Tuy vậy, vật liệu tại vùng mối hàn có thể thay đổi, cần kiểm soát chặt chẽ để đạt chất lượng tối ưu.
II. Các loại máy hàn và trang thiết bị cơ bản
Để thực hiện hàn cơ bản theo giáo trình ngành cắt gọt kim loại, cần sử dụng các loại máy hàn điện hồ quang phù hợp. Máy hàn được chia thành các loại khác nhau dựa trên nguồn điện và công suất. Ngoài máy hàn, học viên cần làm quen với các dụng cụ hàn: kìm hàn, kính hàn bảo vệ, đồ gá định vị chi tiết. Các trang thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ an toàn lao động và đảm bảo chất lượng mối hàn. Việc chọn đúng máy hàn và trang thiết bị phù hợp giúp nâng cao hiệu quả hàn và giảm khuyết tật mối hàn.
2.1. Máy hàn điện hồ quang và phân loại
Máy hàn điện hồ quang được phân loại theo nguồn điện: máy hàn xoay chiều (AC), máy hàn một chiều (DC), máy hàn xung. Mỗi loại máy có ưu, nhược điểm riêng. Máy AC phù hợp hàn các vật liệu thông thường, máy DC cho hàn chất lượng cao.
2.2. Dụng cụ và đồ gá hàn
Các dụng cụ cầm tay như kìm hàn, búa gõ, chổi sắt được sử dụng để xử lý mối hàn sau khi làm. Đồ gá định vị chi tiết, kính hàn bảo vệ mắt từ tia điện hồ quang. Tất cả các công cụ này là bắt buộc để đảm bảo chất lượng hàn và an toàn tay nghề.
III. Các loại que hàn và vật liệu hàn
Que hàn thép các bon thấp là vật liệu tiêu hao chính trong quá trình hàn cơ bản. Các loại que hàn được phân loại theo ký mã hiệu và hình dáng bên ngoài để phục vụ các mục đích hàn khác nhau. Theo giáo trình hàn cơ bản của ngành cắt gọt kim loại, que hàn được chọn dựa trên thành phần hóa học, độ dãn, độ kéo và các tính chất cơ học của mối hàn cần đạt được. Việc chọn đúng loại que hàn giúp nâng cao chất lượng mối hàn, giảm khuyết tật và tiết kiệm chi phí nguyên liệu. Mỗi loại que hàn có nhiệt độ làm việc riêng và phù hợp với các vị trí hàn khác nhau.
3.1. Phân loại que hàn theo ký mã hiệu
Que hàn thép các bon thấp được mã hiệu hóa theo tiêu chuẩn quốc tế. Ký mã gồm các chữ số và ký tự chỉ thành phần hóa học, cơ tính và kích thước que hàn. Việc đọc đúng ký hiệu que hàn giúp thợ hàn lựa chọn que phù hợp cho từng loại mối hàn cơ bản.
3.2. Hình dáng và đặc tính bên ngoài của que hàn
Que hàn có hình dáng thanh tròn với đường kính khác nhau (1.6mm đến 5mm). Bề mặt que có lớp phủ (flux) bảo vệ kim loại lỏng từ không khí. Màu sắc, độ bóng của lớp phủ cho biết loại que hàn và khả năng hàn của nó. Chọn đúng que hàn là yếu tố quyết định chất lượng.
IV. Nguyên lý hàn và các liên kết hàn cơ bản
Nguyên lý hàn hồ quang dựa trên việc tạo ra hồ quang điện giữa điện cực (que hàn) và chi tiết cần hàn. Hồ quang điện phát sinh nhiệt độ khoảng 3000-4000°C, đủ để nung nóng và nóng chảy kim loại. Kim loại nóng chảy từ que hàn và chi tiết tạo thành mối hàn sau khi làm lạnh. Theo giáo trình hàn cơ bản, có các liên kết hàn cơ bản: hàn đường trên mặt phẳng, hàn chốt, hàn giáp mối không vát mép, hàn giáp mối có vát mép, hàn góc không/có vát mép, hàn gấp mép kim loại mỏng. Mỗi loại liên kết có vị trí hàn và kỹ thuật thực hiện riêng để đạt chất lượng mối hàn tốt nhất.
4.1. Nguyên lý quá trình hàn hồ quang
Hồ quang điện được tạo thành giữa que hàn và chi tiết khi có điện áp tác dụng. Nhiệt từ hồ quang nung nóng kim loại đến trạng thái lỏng, tạo ra bộ tụ lỏng (melt pool). Lớp flux từ que hàn bảo vệ kim loại lỏng khỏi oxy hóa, tạo slag (xỉ) phủ bề mặt mối hàn.
4.2. Các liên kết hàn cơ bản và vị trí hàn
Liên kết hàn cơ bản gồm: hàn đường, hàn chốt, hàn giáp mối, hàn góc, hàn gấp mép. Mỗi loại liên kết có vị trí hàn riêng (bằng, đứng, ngang). Vị trí hàn bằng là dễ nhất, được dùng để học trong giáo trình hàn cơ bản. Thục hành các liên kết hàn này giúp thợ hàn nắm vững kỹ thuật cơ bản.
