CHƯƠNG 1 Câu 1: Hãy cho biết kỹ thuật an toàn phòng tránh điện giật khi hàn. Câu 2: Hãy cho biết kỹ thuật an toàn phòng tránh khói và khí hàn. Câu 3: Hãy cho biết kỹ thuật an toàn phòng tránh bức xạ hồ quang. Câu 4: Hãy cho biết kỹ thuật an toàn phòng tránh cháy nổ.
Câu 5: Nêu tên gọi và công dụng của các loại đồ bảo hộ lao động khi hàn. 19 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HÀN Hàn là một phương pháp liên kết thường là phương pháp bền vững nhất được dùng khi gắn kết kim loại. Nếu chế tạo một thiết bị gì đó bằng nhiều chi tiết kim loại, lúc đó các chi tiết cần phải gắn chặt với nhau bằng cách sử dụng vít hoặc đinh tán, uốn cong các chi tiết, hoặc thậm chí dán các chi tiết lại với nhau. Tuy nhiên, về chất lượng, lâu dài, thẩm mỹ, và an toàn thì phương pháp tốt nhất là sử dụng phương pháp hàn để liên kết các chi tiết lại với nhau.
Chương này sẽ trình bày những khái niệm cơ bản nhất về hàn, là nền tảng để hiểu các chương tiếp theo.1 Các khái niệm cơ bản Hàn là một phương pháp công nghệ dùng để liên kết hai hoặc nhiều chi tiết lại với nhau bằng nguồn nhiệt hoặc có thể sử dụng áp lực để đưa kim loại đến trạng thái hàn, sau đó kim loại liên kết lại với nhau tạo thành mối hàn bền vững không tháo rời được. Nguồn nhiệt hàn có thể được tạo ra từ sự cháy của khí đốt, hồ quang điện, điện trở hay phản ứng hóa học. Trong một số quy trình hàn, áp lực có thể được áp dụng, nhưng đó không phải là yêu cầu cần thiết cho tất cả quy trình hàn. Hàn cung cấp một sự liên kết bền vững, lâu dài nhưng thông thường sẽ ảnh hưởng đến tổ chức bên trong của vật liệu.
Vì vậy nó thường được đi kèm với quá trình xử lý nhiệt sau khi hàn cho hầu hết các chi tiết quan trọng. Hầu hết kim loại và hợp kim có thể được hàn bởi một số phương pháp hàn tuỳ thuộc vào “tính hàn” của chúng. Tính hàn được định nghĩa như đặc tính của kim loại, đây là chỉ số chỉ ra mức độ dễ hay khó khi kim loại được hàn với kim loại tương tự hoặc hàn với kim loại khác. Tính hàn của kim loại phụ thuộc vào nhiều thành phần hoá học và được đánh giá thông qua sự thay đổi tổ chức tế vi kim loại xảy ra do quá trình hàn, sự thay đổi về độ cứng trong và xung quanh mối hàn, sự phát sinh và hấp thụ khí đốt, mức độ oxi hóa, và ảnh hưởng đến xu hướng nứt của mối hàn.
Thép có hàm lượng cacbon thấp có tính hàn tốt nhất trong các loại kim loại và những loại vật liệu có tính đúc cao thường có tính hàn thấp. - Mối hàn là sự liên kết mang tính cục bộ của các kim loại (hoặc phi kim loại) được tạo ra bằng cách nung chúng tới nhiệt độ hàn, có sử dụng hoặc không sử dụng áp lực, hoặc chỉ thông qua sử dụng áp lực, và có sử dụng hoặc không sử dụng kim loại phụ. - Vật hàn là tổ hợp các bộ phận cấu thành được nối với nhau bằng phương pháp hàn. 20 - Liên kết là chỗ nối của các phần tử kim loại, bao gồm mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt.
- Kim loại phụ là kim loại hoặc hợp kim được bổ sung vào mối hàn để tạo ra liên kết hàn. - Kim loại cơ bản là kim loại hoặc hợp kim của vật hàn. - Kim loại mối hàn là toàn bộ phần kim loại cơ bản, kim loại phụ đã được nung chảy (hoặc đã được chuyển sang trạng thái dẻo) trong quá trình hàn. - Quy trình hàn (phương pháp hàn) là một nhóm các nguyên lý hoạt động cơ bản (luyện kim, điện, vật lý, hóa học, hoặc cơ học) được sử dụng khi hàn nhằm tạo ra sự liên kết các chi tiết hàn.2 Đặc điểm Ưu điểm: - Hàn có tính kinh tế và quá trình tạo liên kết nhanh hơn một số mối liên kết khác (ri-vê, bu-lông, đúc,…).
- Độ bền kéo mối liên kết hàn tương đương với kim loại cơ bản, thỉnh thoảng còn cao hơn. - Phần lớn kim loại và hợp kim giống nhau hoặc không giống nhau đều có thể hàn được. - Hầu như các thiết bị hàn thì khá rẻ và sẵn có trên thị trường. - Cho phép việc tự do thiết kế về kiểu dáng.
- Hàn có thể là hàn điểm, hàn đường hoặc hàn nhiều đường. - Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá cao. Nhược điểm: - Vật hàn tồn tại nhiệt, ứng suất và biến dạng lớn. - Vật hàn cần được loại bỏ ứng suất hoặc xử lý nhiệt.
- Môi trường làm việc độc hại: bức xạ, khói, tia lửa,… - Cần có đồ gá để gá đặt các chi tiết khi hàn. - Cần chuẩn bị mép hàn trước khi hàn nếu được yêu cầu. - Kỹ năng thợ hàn được yêu cầu cao. - Nhiệt độ sẽ làm thay đổi cấu trúc vùng kim loại mối hàn khác so 21 với vùng kim loại cơ bản theo chiều hướng xấu đi hoặc tốt hơn.3 Công dụng - Về mặt chế tạo: hàn được ứng dụng để chế tạo nồi hơi, ống, ống bình chứa, dầm, cột, kèo, cầu, tàu thuyền, thân máy bay, vỏ máy, tên lửa, toa xe, ô tô và ngay cả đến tàu du hành vũ trụ.
Nói chung những bộ phận có hình dáng phức tạp, chịu lực tương đối lớn mà lại mỏng đều dùng phương pháp hàn. - Về mặt tu sửa: những bộ phận hỏng và cũ như xylanh rạn, đường ray bị mòn, bánh răng bị nứt hoặc gãy, khung xe, sườn xe bị gãy, những vật bị khuyết đều có thể dùng phương pháp hàn để tu sửa, vừa nhanh, vừa rẻ.4 Phân loại Trên thế giới hiện nay có trên 200 quy trình hàn khác nhau nhưng chúng được liệt kê vào 5 nhóm quy trình hàn chính dựa trên sự sinh ra của nguồn nhiệt hay áp lực. Phân loại các nhóm quy trình hàn 2.2 Các yếu tố thuật ngữ 2.1 Cấu tạo của một mối liên kết hàn Mối hàn được thiết kế hoặc tra theo các bộ tiêu chuẩn như AWS, ASTM, ASME IX, DIN, JIS, ISO, TCVN,… để có được các kích thước cụ 22 thể về bề rộng, chiều cao, độ ngấu. Dựa vào đó người thợ hàn sẽ thiết lập, điều chỉnh các thông số hàn để đạt được các kích thước cơ bản đó.
Và dưới đây là một số kích thước cơ bản của một mối hàn (Hình 2. a) Mối hàn giáp mối b) Mối hàn góc h – chiều sâu ngấu (độ ngấu) k – kích thước cạnh mối hàn b – bề rộng c – chiều cao (độ lồi) Hình 2. Biên dạng và các kích thước cơ bản của một mối liên kết hàn 2.2 Các kiểu liên kết hàn Theo cách phân loại của Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ (AWS), có 5 kiểu liên kết hàn cơ bản: hàn giáp mối, hàn góc, hàn chồng mối, hàn chữ T và hàn gấp cạnh. - Hàn giáp mối: là mối hàn được hình thành bằng cách đặt hai vật hàn đối đầu với nhau và trên cùng một mặt phẳng như Hình 2.
Đây là mối liên kết hàn đơn giản nhất được sử dụng để liên kết với các vật hàn với nhau. - Hàn chồng mối: là mối hàn được hình thành bằng cách đặt hai vật hàn chồng lên nhau như Hình 2. Đây là mối hàn được sử dụng khá phổ biến khi liên kết hai vật hàn có chiều dày khác nhau. - Hàn góc: là mối hàn được hình thành bằng cách đặt hai góc của vật hàn lại với nhau để tạo thành góc vuông hoặc thành hình chữ L như Hình 2.
- Hàn chữ T: là mối hàn được tạo thành bằng cách đặt hai vật hàn vuông góc với nhau, trong đó tấm này đặt giữa tấm kia như Hình 2. - Hàn gấp cạnh: là mối liên kết được tạo ra ở cạnh của hai tấm vật 23 hàn. Mối hàn này được sử dụng ở các cạnh của hai tấm vật hàn liên kết và gần như song song với nhau (Hình 2. a) Mối hàn giáp mối b) Mối hàn chồng mối c) Mối hàn góc d) Mối hàn e) Mối hàn gấp cạnh chữ “T” Hình 2.
Các kiểu liên kết hàn 2.3 Các kiểu chuẩn bị mép hàn Việc chuẩn bị mép (cạnh) hàn tùy thuộc vào bề dày vật hàn và yêu cầu về độ bền của mối liên kết hàn. Nếu vật hàn mỏng thì không cần vát mép hoặc gấp mép. Nếu vật hàn dày và việc thực hiện một đường hàn không thể đáp ứng được độ bền mối hàn thì việc chuẩn bị mép hàn được yêu cầu thực hiện.4 cho thấy một số kiểu chuẩn bị mép hàn cho mối hàn giáp mối và các kiểu liên kết hàn khác cũng được chuẩn bị tương tự. Việc chuẩn bị mép hàn cũng được đề cập, trong một số bộ tiêu chuẩn như AWS, ASME, DIN, ISO, JIS, TCVN,… 24 Hình 2.
Chuẩn bị mép hàn cho mối hàn giáp mối 2.4 Các vị trí hàn Có 4 loại vị trí hàn (Hình 2.5), đó là: vị trí hàn bằng, vị trí hàn ngang, vị trí hàn đứng và vị trí hàn ngửa (trần). Các vị trí hàn trong không gian Hình 2. Vị trí các mối hàn được gọi theo tiêu chuẩn ISO và EN 1-(PA) hàn bằng; 2 và 8-(PB) hàn đứng ngang; 3 và 7-(PC) hàn ngang; 4 và 6-(PD) Hàn trần ngang; 5-(PE) hàn trần 25 - Vị trí hàn bằng (ký hiệu số 1): là vị trí mà ở đó quá trình hàn được thực hiện bên trên bề mặt mối hàn và mối hàn gần như là nằm ngang (phẳng). Đó là vị trí cơ bản nhất cũng như dễ dàng nhất để thực hiện.
Đây là vị trí hàn tốt vì tốc độ hàn nhanh, giảm thiểu tối đa thời gian và mệt mỏi của người thợ hàn. a) Tư thế hàn 1G (PA) b) Tư thế hàn 1F (PA) c) Tư thế hàn 1FR (PA) - ống xoay Hình 2. Các tư thế hàn ở vị trí hàn bằng - Vị trí hàn ngang (ký hiệu số 2): là vị trí mà bề mặt của vật hàn thì thẳng đứng và mối hàn được hình thành theo phương ngang. Sự hình thành kim loại trong mối hàn gần giống với vị trí hàn ngang.
Vị trí hàn này được sử dụng thông dụng trong hàn tàu thuyền và bể chứa. a) Tư thế hàn 2G (PC) b) Tư thế hàn 2F (PB) c) Tư thế hàn 2FR (PB) - ống xoay Hình 2. Các tư thế hàn ở vị trí hàn ngang 26 - Vị trí hàn đứng (ký hiệu số 3): là vị trí mà mặt phẳng của vật hàn là thẳng đứng và mối hàn được hình thành theo phương thẳng đứng.