CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN FCAW 1. Tổng quan về phương pháp hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ Phương pháp hàn về hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ đã được giới thiệu từ năm 1920, nhưng đến tận năm 1948 nó mới được ứng dụng rộng rãi trên thị trường. Hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ là quá trình hàn nóng chảy trong đó nguồn nhiệt hàn được cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa điện cực nóng chảy (dây hàn) và vật hàn. Hồ quang và kim loại nóng chảy được bảo vệ khỏi tác dụng của Oxi và Nitơ trong môi trường xung quanh bởi một loại khí hoặc 1 hỗn hợp khí.
Khí bảo vệ có thể là khí trơ không tác dụng với kim loại lỏng khi hàn hoặc là các loại khí hoạt tính có tác dụng chiếm chỗ đẩy không khí ra ngoài vùng và hạn chế tác dụng xấu của nó. Phương pháp hàn này gọi là GMAW (Gaz Metal Arc Welding). Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí trơ (Ar, He, …) gọi là phương pháp hàn MIG (Metal Inert Gas), thường được sử dụng để hàn kim loại màu và hợp kim màu. Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí hoạt tính (CO2, CO2 + O2,…) gọi là phương pháp hàn MAG (Metal Active Gas), thường được sử dụng rộng rãi để hàn kim loại thép carbon và thép hợp kim thấp trong công nghiệp.
Một biến thể của phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ là sử dụng một điện cực hình ống có lõi chứa đầy bột kim loại để tạo nên những thành phần cơ bản của kim loại mối hàn (điện cực kim loại lõi thuốc). Những điện cực như thế khi sử dụng bắt buộc phải có khí bảo vệ để bảo vệ kim loại vũng hàn nóng chảy khỏi tác động của không khí. Những điện cực có lõi thuốc kim loại này được Hiệp hội hàn Hoa Kỳ coi là một nhánh của hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ. Các Hiệp hội hàn ở các nước khác có thể xếp điện cực này vào nhóm điện cực có lõi thuốc.
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng 3 GVHD: PGS. Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ có thể vận hành theo kiểu bán tự động hoặc tự động. Tất cả các kim loại quan trọng trong thương mại như là thép cácbon, thép hợp kim thấp độ bền cao, thép không gỉ, nhôm, đồng, titan, và các hợp kim của niken có thể hàn ở mọi tư thế bằng phương pháp này, chỉ cần lựa chọn được khí bảo vệ, điện cực và các thông số hàn thích hợp. Phạm vi ứng dụng - Trong nền công nghiệp hiện đại, hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ chiếm vị trí rất quan trọng.
Nó không những có thể hàn các loại thép kết cấu thông thường mà còn có thể hàn các loại thép không rỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nóng, các hợp kim đặc biệt, các loại hợp kim nhôm, ma giê, niken, đồng, các hợp kim. - Phương pháp hàn này dễ sử dụng và mang tính hiệu quả kinh tế cao trong sản xuất công nghiệp. Ưu điểm Phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ được ứng dụng rộng rãi tới ngày nay là dựa trên rất nhiều những ưu điểm nổi trội của nó. Những ưu điểm quan trọng của phương pháp hàn này là: - Tốc độ điền đầy là cao hơn nhiều so với trong phương pháp hàn hồ quang với que hàn có thuốc bọc.
- Phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ khắc phục được hạn chế về chiều dài điện cực có giới hạn trong phương pháp hàn hồ quang bằng que hàn có thuốc bọc. - Tốc độ hàn cao hơn so với phương pháp hàn hồ quang với que hàn có thuốc bọc vì điện cực được cấp liên tục và tốc độ điền đầy mối hàn cao hơn. - Dây hàn được cấp liên tục nên có thể thực hiện được các mối hàn dài mà không phải dừng rồi gây lại hồ quang. - Khi sự chuyển kim loại dạng bụi được sử dụng, có thể tạo nên những mối hàn với độ thâm nhập sâu hơn so với hàn bằng hàn hồ quang với que hàn có thuốc HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng 4 GVHD: PGS.
Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội bọc, điều đó cho phép thực hiện những mối hàn góc với kích cỡ nhỏ hơn mà vẫn đảm bảo độ bền tương đương. - Công tác làm sạch sau khi hàn là ít nhất do không có nhiều xỉ. Hạn chế Bên cạnh các ưu điểm kể trên thì phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ có những hạn chế nhất định giới hạn phạm vi ứng dụng của nó. Những hạn chế này là: - Thiết bị hàn phức tạp, đắt tiền, và kém cơ động hơn so với phương pháp hàn hồ quang que hàn có thuốc bọc.
- Phương pháp hàn hồ quang trong khí bảo vệ khó sử dụng ở những vị trí khó tiếp cận do súng hàn lớn hơn so với kìm hàn khi sử dụng phương pháp hàn hồ quang bằng que hàn có thuốc bọc, súng hàn cần phải bố trí gần liên kết. - Hồ quang hàn cần phải được bảo vệ chống lại tác dụng của không khí làm phân tán khí bảo vệ. Trong quá trình hàn cần có sự che chắn đảm bảo cho khu vực hàn không bị gió lùa hoặc thổi tạt. - Mức độ bức xạ nhiệt và cường độ dòng điện cao có thể làm cho người thợ vận hành khó chịu hơn với phương pháp hàn này.
- Khó khăn khi phải làm việc ở những vị trí trên cao. Công nghệ hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc Hàn dây hồ quang điện cực lõi thuốc là một bước phát triển của phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ. Phương pháp hàn này giúp nâng cao tính năng luyện kim của quá trình hàn và cơ tính của lớp đắp thông qua các nguyên tố hợp kim chứa trong thuốc hàn. Trong lĩnh vực hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp, hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc bằng phương pháp bán tự động đang thay thế dần cho nhiều ứng dụng hàn hồ quang tay.1 Nguyên lý, đặc điểm và phân loại 1.
Nguyên lý của hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc Hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc có nguồn gốc từ quá trình hàn bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ, trong đó điện cực nóng chảy là HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng 5 GVHD: PGS. Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội một ống kim loại, bên trong được điền đầy bằng thuốc hàn với chức năng tương tự như vỏ bọc que hàn. Quá trình hàn có thể được thực hiện theo một trong hai phương pháp: có sử dụng khí bảo vệ và không sử dụng khí bảo vệ (dây hàn tự bảo vệ). Đặc điểm của hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc Hàn bằng điện cực lõi thuốc khắc phục được những nhược điểm vốn có của hàn hồ quang tay như thời gian có hồ quang thấp, tốc độ đắp thấp, tổn thất đầu mẩu que hàn, các yếu tố liên quan đến kỹ năng và sự mệt mỏi của thợ hàn.
Thiết bị hàn cho phép tự động cấp và điều khiển điện cực (dây hàn) một cách tự động để thợ hàn có thể tập trung vào chuyển động của hồ quang một cách dễ dàng. So với điện cực dạng dây hàn đặc dùng trong hàn trong môi trường khí bảo vệ, điện cực lõi thuốc có một số ưu điểm như mức độ bắn tóe thấp, hình dạng bề mặt mối hàn được cải thiện đáng kể (do có các chất ổn định hóa hồ quang và tạo xỉ trong thành phần thuốc hàn). Ngoài ra, kim loại mối hàn ít bị rỗ khí và cho kết quả kiểm tra bằng chiếu tia X một cách nhất quán hơn nhiều. Mức độ tiêu thụ khí bảo vệ cũng thấp hơn nhiều (8 - 12 lít/phút so với 17 lít/phút khi hàn trong môi trường CO2 bằng dây hàn đặc biệt) [4].
Một ưu điểm nữa của điện cực lõi thuốc là các nhà chế tạo điện cực không phụ thuộc nhiều vào nhà máy sản xuất thép như với điện cực đặc, đặc biệt khi khối lượng đơn hàng lớn. Vì điện cực lõi thuốc sử dụng vật liệu thép tiêu chuẩn và điều chỉnh thành phần hóa học thông qua đơn thuốc thích hợp của lõi, nhà chế tạo điện cực có thể cung ứng theo các đơn hàng nhỏ trong một thời gian ngắn. Thuận lợi khác nữa là có khả năng chế tạo các dây hàn đắp có tính chất đặc biệt. Phân loại Hàn bằng điện cực lõi thuốc có thể phân loại theo hai phương pháp: hàn hồ quang điện cực lõi thuốc có sử dụng khí bảo vệ và hàn hồ quang điện cực lõi thuốc không sử dụng khí bảo vệ.
- Hàn hồ quang điện cực lõi thuốc có sử dụng khí bảo vệ: ưu điểm tiêu thụ ít khí bảo vệ hơn so với hàn bằng dây đặc. Năng xuất lao động cao phù hợp với các mối hàn dày mối hàn tốt và ít lỗi hơn so với hàn que và hàn MIG/MAG. HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng 6 GVHD: PGS. Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hình 1.
Nguyên lý quá trình hàn hồ quang điện cực lõi thuốc có sử dụng khí bảo vệ - Hàn hồ quang điện cực lõi thuốc không sử dụng khí bảo vệ (dây hàn tự bảo vệ) do trong thuốc hàn có các hợp chất giúp tạo môi trường bảo vệ mối hàn. Với loại này giúp cho tính cơ động của thiết bị cao, và thiết bị có thể làm việc tại các nơi có gió. HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng 7 GVHD: PGS. Nguyễn Thúc Hà Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hình 1.
Nguyên lý quá trình hàn hồ quang điện cực lõi thuốc không sử dụng khi bảo vệ 1. Vật liệu và thiết bị hàn FCAW 1. Vật liệu hàn 1) Dây hàn * Cấu tạo: Dây hàn lõi thuốc là dạng điện cực kim loại bên trong lõi dây điền đầy các chất ở dạng bột có tính năng như thuốc bọc que hàn. Cấu tạo của dây hàn lõi thuốc gồm hai phần cơ bản: vỏ dây kim loại và lõi thuốc.
Vỏ dây: Vỏ dây kim loại bên ngoài có dạng hình ống, được chế tạo từ băng kim loại, sau đó được vê thành hình chữ U hoặc từ dây kim loại cán định hình. Sau đó được điền đầy bột thuốc hàn và vê (tóp) kín lại.
