Giáo trình Hàn TIG, MIG/MAG trình độ CĐN – Vận hành thiết bị hàn MAG, MIG

• Tác giả: TS. Nguyễn Ngọc Hùng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định
• Chuyên ngành: Công nghệ Hàn
• Đề tài: Hàn TIG, MIG/MAG
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Địa điểm: Nam Định

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình hàn TIG MIG MAG

Giáo trình hàn TIG, MIG/MAG là tài liệu đào tạo thực hành thuộc Bộ môn Công nghệ Hàn, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định. Giáo trình được biên soạn theo phương pháp dạy học tiếp cận năng lực thực hiện (4D). Nội dung bao gồm kiến thức về hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ. Phương pháp hàn MIG sử dụng điện cực nóng chảy dạng dây trong khí trơ argon. Phương pháp hàn MAG sử dụng khí hoạt tính như CO2 hoặc hỗn hợp Ar/CO2. Giáo trình phục vụ đào tạo công nhân kỹ thuật hàn trình độ cao. Đối tượng áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô, đóng tàu và chế tạo kết cấu thép. Giáo trình cung cấp nền tảng vững chắc cho người học nghề hàn.

1.1. Định nghĩa phương pháp hàn TIG MIG MAG

Hàn TIG là quá trình hàn hồ quang sử dụng điện cực không nóng chảy bằng vonfram trong môi trường khí trơ. Hàn MIG sử dụng điện cực nóng chảy dạng dây hàn trong khí bảo vệ trơ như argon. Hàn MAG tương tự MIG nhưng dùng khí hoạt tính như CO2 hoặc hỗn hợp Ar/CO2. Phương pháp MIG/MAG ra đời từ thập kỷ 50 và được sử dụng rộng rãi đến nay. Quá trình hàn này có độ tin cậy cao và năng suất đắp kim loại lớn. Có thể áp dụng ở chế độ hàn tự động hoặc bán tự động cho nhiều loại vật liệu khác nhau.

1.2. Mục tiêu đào tạo của giáo trình

Giáo trình giúp người học nắm được khái niệm và ưu nhược điểm của phương pháp hàn MIG/MAG. Người học trình bày được nguyên lý và mô tả các bộ phận của máy hàn. Giáo trình rèn luyện kỹ năng thao tác điều chỉnh dòng điện, điện áp và tốc độ đẩy dây hàn. Người học thực hành kết nối phụ kiện trên máy với độ chính xác cao. Kiểm tra miệng phun, vòi phun và ống tiếp điện không bị bám xỉ. Giáo trình còn hướng dẫn lắp ráp bộ điều chỉnh lưu lượng khí CO2 và điều chỉnh áp suất khí từ 1 đến 3 kG/cm2.

II. Phân tích đặc điểm kỹ thuật hàn MIG MAG

Hàn MIG/MAG có nhiều ưu điểm nổi bật so với các phương pháp hàn truyền thống. Năng suất đắp kim loại cao ở cả chế độ tự động và bán tự động. Thành phần khí bảo vệ ảnh hưởng đáng kể đến đặc trưng quá trình hàn. Khí bảo vệ tác động đến hình dạng mối hàn và mức độ bắn tóe. Cơ tính của kim loại mối hàn, đặc biệt là độ dai va đập, phụ thuộc vào loại khí sử dụng. Khí CO2 thường dùng cho hàn thép cacbon thấp kết cấu thông dụng. Hỗn hợp Ar/CO2 cho chất lượng mối hàn cao hơn. Hàn MIG/MAG có thể áp dụng cho nhiều chiều dày và vị trí hàn khác nhau. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả khi hàn nhôm trong môi trường khí argon. Giáo trình cung cấp kiến thức toàn diện về các thông số kỹ thuật cần thiết.

2.1. Ưu điểm của phương pháp hàn MIG MAG

Hàn MIG/MAG có tốc độ hàn nhanh và năng suất cao hơn hàn hồ quang tay truyền thống. Mối hàn có chất lượng tốt, ít khuyết tật và độ thẩm mỹ cao. Phương pháp này có thể hàn được nhiều loại vật liệu khác nhau gồm thép, nhôm, inox. Hàn MIG/MAG dễ dàng tự động hóa và cơ giới hóa trong sản xuất công nghiệp. Quá trình hàn liên tục không cần thay que hàn như phương pháp hàn hồ quang tay. Bề mặt mối hàn nhẵn, ít xỉ hàn nên giảm thời gian làm sạch sau hàn.

2.2. Nhược điểm và hạn chế cần lưu ý

Hàn MIG/MAG yêu cầu trang thiết bị phức tạp hơn so với hàn que truyền thống. Chi phí đầu tư máy hàn và khí bảo vệ ban đầu cao hơn. Phương pháp này nhạy cảm với gió và không khí lưu thông bên ngoài. Cần không gian làm việc kín hoặc có biện pháp chắn gió hiệu quả. Hàn MIG/MAG đòi hỏi người thợ có kỹ năng điều chỉnh nhiều thông số cùng lúc. Các khuyết tật thường gặp gồm cháy cạnh, rỗ khí, chảy tràn nếu điều chỉnh sai. Bảo dưỡng thiết bị định kỳ là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo chất lượng mối hàn.

III. Phương pháp thực hành hàn TIG MIG MAG hiệu quả

Phương pháp thực hành trong giáo trình được thiết kế theo module tiếp cận năng lực. Bài học vận hành thiết bị hàn MAG, MIG là module đầu tiên. Người học thực hành toàn bộ quy trình theo phiếu hướng dẫn chi tiết. Kỹ thuật hàn mối nối là module tiếp theo trong chuỗi đào tạo. Bài học hàn mối nối chữ V giúp người học nắm vững kỹ thuật hàn dày. Module cuối cùng là hàn đắp rèn luyện kỹ năng kiểm soát vũng hàn. Phương pháp đánh giá dựa trên quan sát và nhận xét cá nhân. Mỗi nhóm thực hành trên một máy hàn riêng biệt. Giáo viên không can thiệp trực tiếp trong quá trình thực hành của học viên. Cách tiếp cận này phát huy tính tự chủ và khả năng xử lý tình huống.

3.1. Kỹ thuật hàn mối nối và hàn đắp

Kỹ thuật hàn mối nối đòi hỏi người học tính toán kích thước mối hàn và chế độ hàn phù hợp. Hàn đắp yêu cầu duy trì góc má hàn tạo với phía ngược hướng hàn từ 70 đến 80 độ so với mặt phẳng hàn. Dao động má hàn theo đường thẳng hoặc đường thẳng có dao động ngang tùy kích thước mối hàn. Điểm bắt đầu và kết thúc hàn cần xử lý kỹ để tránh rỗ khí và ngậm xỉ. Hàn mối nối chữ V yêu cầu chuẩn bị phôi đúng kỹ thuật với mép hàn sạch sẽ. Khoảng cách từ 15 đến 20 mm hai bên mối hàn phải được làm sạch bụi bẩn và dầu mỡ.

3.2. Quy trình vận hành và điều chỉnh thiết bị

Người học cần nắm vững cách kết nối các phụ kiện trên máy hàn với độ chính xác 100%. Kiểm tra miệng phun, vòi phun và ống tiếp điện trước khi hàn để đảm bảo không bị bám xỉ. Lắp ráp bộ điều chỉnh lưu lượng khí CO2 đúng quy trình kỹ thuật. Tháo lắp van giảm áp với chai khí an toàn và kết nối ống dẫn khí. Điều chỉnh áp suất khí bảo vệ trong khoảng từ 1 đến 3 kG/cm2 tùy vật liệu và chiều dày. Thiết bị sử dụng là máy hàn MaxiCompact 322 với đầy đủ phụ kiện chuyên dụng.

IV. Ứng dụng và an toàn lao động khi hàn MIG MAG

Ứng dụng của hàn MIG/MAG rất rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp hiện đại. Ngành công nghiệp ô tô sử dụng phương pháp này để hàn thân xe và các chi tiết kim loại. Ngành đóng tàu áp dụng hàn MIG/MAG cho kết cấu vỏ tàu và các bộ phận chịu lực. Chế tạo kết cấu thép là lĩnh vực ứng dụng phổ biến nhất của phương pháp hàn này. An toàn lao động là yếu tố quan trọng hàng đầu khi thực hành hàn hồ quang. Người thợ phải trang bị đầy đủ thiết bị bảo hộ lao động chuyên dụng. Các biện pháp phòng cháy chữa cháy phải được thực hiện nghiêm ngặt tại xưởng hàn. Khi phát hiện sự cố phải ngắt điện ngay lập tức và báo cho người có trách nhiệm. Điều kiện xưởng ẩm ướt hoặc bị dột do mưa cần được xử lý trước khi hàn.

4.1. Ứng dụng thực tế trong công nghiệp

Trong công nghiệp ô tô, hàn MIG/MAG được dùng để hàn thân xe, khung gầm và các chi tiết động cơ. Ngành đóng tàu sử dụng phương pháp này cho hàn vỏ tàu, vách ngăn và kết cấu thượng tầng. Công nghiệp chế tạo kết cấu thép áp dụng rộng rãi cho hàn dầm, cột và khung nhà xưởng. Hàn MIG/MAG cũng được ứng dụng trong sản xuất thiết bị gia dụng và container vận chuyển. Ngành công nghiệp dầu khí sử dụng để hàn ống dẫn và bồn chứa áp lực. Chất lượng mối hàn cao giúp đảm bảo an toàn cho các công trình quan trọng này.

4.2. Quy trình an toàn lao động khi hàn hồ quang

Người thợ hàn phải mặc đầy đủ trang bị bảo hộ gồm găng tay, kính bảo hộ và tạp dề chống cháy. Khu vực hàn phải thông gió tốt để loại bỏ khói và khí độc sinh ra trong quá trình hàn. Thiết bị điện phải được kiểm tra cách điện định kỳ và nối đất an toàn. Bình khí nén phải được bảo quản đúng quy cách, tránh va đập và nhiệt độ cao. Khu vực hàn phải có bình chữa cháy và cát sẵn sàng ứng phó sự cố cháy nổ. Sau khi kết thúc ca làm việc phải kiểm tra tắt máy và đóng van khí cẩn thận.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Gi¸o tr×nh Hµn TIG, MIG/MAG Tr×nh ®é C§N LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình “Hàn TIG, MIG/MAG” được biên soạn dựa trên cơ sở chương trình đào tạo thực hành thuộc Bộ môn Công nghệ Hàn, Khoa Cơ khí - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định do Bộ Giáo dục & Đào tạo quy định. Giáo trình Hàn trong môi trường khí bảo vệ được thiết kế theo phương pháp dạy học thực hành tiếp cận năng lực thực hiện (4D). Do đó, việc biên soạn giáo trình Hàn trong môi trường khí bảo vệ TIG, MIG/MAG là một trong số các công nghệ tiên tiến đã và đang được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ôtô; công nghiệp đóng tàu và chế tạo kết cấu thép. Giáo trình Hàn trong môi trường khí bảo vệ TIG, MIG/MAG phục vụ cho công tác dạy học thực hành của giáo viên dạy nghề và học tập của HSSV, góp phần vào việc đào tạo đội ngũ công nhân kỹ thuật Hàn ở trình độ cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng phát triển của xã hội. Để giáo trình được hoàn thiện, chúng tôi mong được sự góp ý kiến rộng rãi của các độc giả. Các ý kiến đóng góp xin được gửi về Email: [e-mail] Xin trân trọng cảm ơn! T/M các tác giả TS. Nguyễn Ngọc Hùng TS. NguyÔn Ngäc Hïng 1 Tr-êng §¹i häc SPKT Nam §Þnh ThS. NguyÔn Hång Thanh MODULE Hµn TIG, MIG/MAG Tr×nh ®é: C§N MD 06-01. VẬN HÀNH THIẾT BỊ HÀN MAG, MIG VÀ ĐIỀU CHỈNH CHẾ ĐỘ HÀN I. Sau khi học xong bài học này người học sẽ có khả năng: - Nắm được khái niệm, ưu nhược điểm của phương pháp hàn MIG/MAG - Trình bày được nguyên lý và mô tả được các bộ phận của máy hàn MAG, MIG. - Thao tác các nút điều chỉnh dòng điện hàn, điện áp hàn, tốc độ đẩy dây hàn, quá trình hàn liên tục và không liên tục. - Kết nối các phụ kiện trên máy với 100% độ chính xác và đáp ứng yêu cầu về đặc điểm kỹ thuật. - Kiểm tra miệng phun, vòi phun, ống tiếp điện không bị bám xỉ. - Khi lắp ráp bộ điều chỉnh lưu lượng khí CO2, tháo lắp van giảm áp với chai khí đúng quy trình, ống dẫn khí CO2, điều chỉnh áp suất khí từ (13kG/cm2). Khái niệm và đặc điểm 2. Khái niệm Đây là loại quá trình hàn có độ tin cậy cao khi sử dụng điện cực nóng chảy dưới dạng dây hàn trong môi trường khí trơ trên cơ sở khí argon. Ra đời trong thập kỷ 50, quá trình này được biết đến với tên gọi ban đầu là quá trình hàn MIG và cho đến nay vẫn là một trong những quá trình hàn được sử dụng rộng rãi vì có một loạt những ưu điểm nổi bật. Ta có thể sử dụng phương pháp hàn này ở chế độ hàn tự động hoặc bán tự động đối với nhiều loại vật liệu, chiều dày và vị trí hàn. Đây là loại quá trình hàn có năng suất đắp cao ở hai chế độ hàn tự động và bán tự động. Một trong những ứng dụng ban đầu của phương pháp hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ là hàn nhôm trong môi trường khí argon. Đối với thép, khí bảo vệ được sử dụng rộng rãi là CO2 và hỗn hợp khí Ar/CO2. Thành phần khí bảo vệ có ảnh hưởng đáng kể đến đặc trưng của quá trình hàn, hình dạng mối hàn, mức độ bắn tóe và cơ tính của kim loại mối hàn (đặc biệt là độ dai va đập). Khí bảo vệ CO2 thường được sử dụng cho hàn kết cấu thông dụng từ thép cac bon thấp đôi khi đòi hỏi cao về hình dạng bề mặt mối hàn, phạm vi biến thiên tương đối rộng chế độ hàn và độ dai va đập. Mặc dù có giá TS. Nguyễn Ngọc Hùng 1 Trường ĐHSPKT Nam Định ThS. Nguyễn Hồng Thanh MODULE Hµn TIG, MIG/MAG Tr×nh ®é: C§N thành cao, các hỗn hợp khí Ar/CO2 hoặc Ar/CO2/O2 cho phép cải thiện đáng kể hình dạng bề ngoài mối hàn. Ưu nhược điểm của quá trình hàn GMAW 1. Ưu điểm: - Có thể hàn ở cả hai chế độ: tự động và bán tự động. - Mức độ linh hoạt cao đối với các loại vật liệu khác nhau và vị trí hàn khác nhau. - Năng suất đắp cao (có thể dùng dây lõi bột). - Mật độ dòng hàn cao bảo đảm vùng ảnh hưởng hẹp; - Chế độ hàn xung cho phép kiểm soát tốt hơn quá trình hàn so với hàn không có xung. Nhược điểm: - Dễ hình thành khuyết tật, bắn tóe và rỗ khí. - Giá thành thiết bị hàn cao hơn so với phương pháp hàn hồ quang tay. Bên cạnh đó nếu yêu cầu tối ưu hóa các thông số hàn để kiểm soát quá trình hàn tốt hơn thì giá thành thiết bị sẽ tăng rất cao. - Sử dụng dây hàn lõi bột tự bảo vệ sẽ ít nhiều gây ảnh hưởng tới sức khỏe của người thợ. Do vậy phải yêu cầu có sự thông thoáng và điều kiện thông gió tốt (đặc biệt trong vùng không gian làm việc chật hẹp). - Chi phí sử dụng sẽ rất cao nếu sử dụng khí bảo vệ trên cơ sở argon so với khí CO2. - Khí bảo vệ (CO2) không cho phép đạt tới trạng thái dịch chuyển tia dọc trục, chất lượng bề mặt mối hàn kém hơn, hồ quang kém ổn định và mức độ bắn tóe cao hơn. Các dạng dịch chuyển trong hàn MIG/MAG Khi hàn trong môi trường khí bảo vệ bằng điện cực nóng chảy hồ quang giữa đầu điện cực và vật hàn liên tục nung chảy mép hàn và điện cực. Dây hàn được cấp vào vùng hồ quang thông qua cơ cấu cấp dây với tốc độ bằng tốc độ nóng chảy của điện cực (dây hàn). Phần điện cực nung chảy chuyển dịch vào vũng hàn theo các cơ chế sau: - Dịch chuyển ngắn mạch – Đây là dạng dịch chuyển liên quan đến trị số điện áp hàn, dòng điện hàn thấp (khoảng dưới 200A) và năng suất đắp thấp. Các giọt kim loại nóng chảy hình thành tại đầu điện cực liên tục có tiếp xúc đoản mạch với vũng hàn và TS. Nguyễn Ngọc Hùng 2 Trường ĐHSPKT Nam Định ThS. Nguyễn Hồng Thanh MODULE Hµn TIG, MIG/MAG Tr×nh ®é: C§N dịch chuyển hình thành dưới ảnh hưởng của sức căng bề mặt và lực điện từ. Đây là dạng dịch chuyển tương đối ổn định khi có các thông số hàn tối ưu. - Dịch chuyển giọt lớn – Khi tăng năng suất đắp thông qua tăng mật độ dòng điện hàn (thường trong khoảng 200 – 250A) và khi tăng tốc độ cấp dây, dịch chuyển của kim loại nóng chảy vào vũng hàn sẽ có dạng dịch chuyển giọt lớn. Lúc đó đầu điện cực không còn tiếp xúc đoản mạch với vũng hàn. Các giọt kim loại có kích thước lớn dịch chuyển không đồng đều theo thời gian vào vũng hàn dưới tác dụng của trọng lực và lực điện từ. ở dải cường độ dòng điện nói trên, dịch chuyển này mang đặc tính xung tia (với khoảng tần số 50Hz) và được kiểm soát bằng dạng sóng của dòng điện hàn. Do đó có thể giảm thiểu được bắn tóe và cải thiện chất lượng bề mặt mối hàn. Mặc dù mức độ bắn tóe giảm trong trường hợp này, nhưng nó dễ bị chịu ảnh hưởng của các thay đổi trong gá lắp kết cấu hàn (như độ chính xác) và các thông số của chế độ hàn xung. Dạng dịch chuyển này cần một loạt các thông số bổ sung, do đó cần được tối ưu hóa để có được chiều dài hồ quang ổn định. - Dịch chuyển tia dọc trục: Nếu tăng cường độ dòng điện hàn lên trên khoảng từ 220 – 250A kim loại điện cực sẽ dịch chuyển vào vũng hàn dưới dạng tia dọc trục, lúc này các giọt kim loại có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với đường kính điện cực, chúng được phun qua hồ quang từ đầu điện cực vào vũng hàn với vận tốc lớn. Để có được dạng dịch chuyển này, dòng điện hàn cần phải đạt trên 250A và khí sử dụng là hỗn hợp Ar/CO2. Với dạng dịch chuyển này cho ta phạm vi sử dụng dòng điện hẹp, chính vì vậy cần phải đảm bảo độ ổn định của hồ quang. Sự dịch chuyển ổn định của kim loại cho phép đạt được mối hàn có hình dạng đều khi cường độ dòng hàn cao (năng lượng đường cao) tạo nên mối hàn có bề rộng lớn. Do tính chảy loãng cao của vũng hàn nên chỉ áp dụng dạng dịch chuyển này ở các tư thế hàn bằng và hàn ngang. Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của máy hàn MIG/MAG. Nguyên lý và đặc điểm của quá trình hàn GMAW Khi hàn trong môi trường khí bảo vệ bằng điện cực nóng chảy hồ quang giữa đầu điện cực và vật hàn liên tục nung chảy mép hàn và điện cực. Dây hàn được cấp vào vùng hồ quang thông qua cơ cấu cấp dây với tốc độ bằng tốc độ nóng chảy của điện cực (dây hàn). Nguyễn Ngọc Hùng 3 Trường ĐHSPKT Nam Định ThS. Nguyễn Hồng Thanh MODULE Hµn TIG, MIG/MAG Tr×nh ®é: C§N H×nh 1. 1 HÖ thèng m¸y hµn MAG H×nh 1. 2 S¬ ®å nguyªn lý cña hµn MAG 2. M¸y biÕn thÕ hµn - §Æc tÝnh ®Çu ra: §èi víi ph-¬ng ph¸p hµn MAG ®Æc tÝnh ®Çu ra th-êng cã ®iÖn ¸p hµn kh«ng ®æi (CV) - Dßng ®iÖn hµn lµ dßng mét chiÒu - §iÖn ¸p hµn cã thÓ ®iÒu chØnh phï hîp víi qu¸ tr×nh hµn - §Ó ®¶m b¶o an toµn cho ng-êi thî, ®iÖn ¸p hµn ph¶i h¹ thÊp xuèng; th-êng ®iÖn ¸p kh«ng t¶i tèi ®a lµ 113 V, ®iÖn ¸p hµn lµ 15 ®Õn 30 V H×nh 1. Nguyễn Ngọc Hùng 4 Trường ĐHSPKT Nam Định ThS. Nguyễn Hồng Thanh MODULE Hµn TIG, MIG/MAG Tr×nh ®é: C§N H×nh 1. §-êng ®Æc tÝnh V-A 1. §ång hå hiÖn th× dßng vµ ¸p 4. Nóm ®iÒu chØnh tèc ®é ra d©y (dßng hµn) 5. Nguyễn Ngọc Hùng 5 Trường ĐHSPKT Nam Định ThS. Nguyễn Hồng Thanh MODULE Hµn TIG, MIG/MAG Tr×nh ®é: C§N 3. Chó ý: R·nh h×nh thang sö dông trong tr-êng hîp d©y hµn thÐp ®en; r·nh h×nh trßn dïng trong tr-êng hîp d©y hµn rçng hoÆc d©y hµn lâi thuèc hoÆc d©y nh«m. C¬ cÊu ®Èy d©y 1 - r·nh h×nh thang; 2 - r·nh h×nh trßn 4. Van gi¶m ¸p vµ bé phËn sÊy khÝ H×nh 1. Van gi¶m ¸p dïng trong hµn MAG TS. Nguyễn Ngọc Hùng 6 Trường ĐHSPKT Nam Định ThS. Nguyễn Hồng Thanh MODULE Hµn TIG, MIG/MAG Tr×nh ®é: C§N 2. §iÒu chØnh chÕ ®é hµn 2. ChuÈn bÞ tr-íc khi hµn - Điều chỉnh phần nhô của điện cực (khoảng cách từ ống tiếp điện): Lựa chọn theo dạng dịch chuyển kim loại lỏng xuống bể hàn. Thường từ 6  13 mm cho dịch chuyển ngắn mạch và từ 13  25 mm cho các dạng dịch chuyển khác. Hoặc Được xác định theo công thức thực nghiệm l=5+d.