chương 1 tác giả đã: Phân tích, tổng hợp và đánh giá các công trình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm bằng với các phương pháp hàn khác nhau. Phân tích được đặc điểm, tính công nghệ của nhôm và hợp kim nhôm nói chung và hợp kim nhôm A5083 nói riêng để từ đó lựa chọn được phương pháp hàn phù hợp và hiệu quả đổi với hợp kim nhôm A5083. Lựa chọn phương pháp hàn MIG để hàn mối ghép góc chữ T hợp kim nhôm A5083. 11 CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ VÀ QUÁ TRÌNH LUYỆN KIM KHI HÀN HỢP KIM NHÔM 2.1 Công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm Phương pháp hàn hồ quang điện cực 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 [1][12].
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 Oxy 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 (Gas Metal Arc Welding) [14].
Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí hoạt tính (CO 2, 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. 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. Phương pháp hàn MIG nhôm và hợp kim nhôm có thể áp dụng kiểu bán tự động hoặc tự động. Các loại nhôm, hợp kim nhôm có thể hàn ở mọi tư thế bằng phương pháp này, chỉ cần lựa chọn được vật liệu hàn và các thông số hàn thích hợp.2 Đặc điểm Được ứng dụng phổ biến trong chế tạo các kết cấu hợp kim nhôm quan trọng.
Khí bảo vệ thường được dùng là He (99,985%), Ar (99,98%). Hiệu quả khi hàn tấm có chiều dày ≥ 4mm Dòng một chiều cực nghịch (bắn phá catot màng Al203 bằng các ion dương). So với hàn TIG, cơ tính mối hàn thấp hơn do điện cực bị nung nóng quá mức. Tuy nhiên có ưu điểm là khử tạp chất (oxít nhôm) tốt và có năng suất cao.
Đường kính dây hàn d = 1,2 ÷ 1,5 mm. Với các dây lớn hơn quá trình hàn chỉ ổn định khi dòng điện có cường độ cao hơn 130A ÷ 140 A, cho phép hàn một lượt các tấm có chiều dày 4 ÷ 6 mm. Khi hàn ở các tư thế hàn ngang hàn trần cần giảm cường độ dòng điện hàn 10 ÷ 15 % Khoảng cách từ đầu chụp khí đến bề mặt vật hàn là từ 5 ÷ 15mm. Chế độ hàn tiêu biểu: hầu hết hợp kim nhôm được hàn bằng chế độ dịch 12 chuyển tia có dòng bằng hoặc xung.
Mật độ dòng điện hàn 80 ÷ 480 A/mm2 Các ưu điểm của dịch chuyển tia là ngấu tốt, hồ quang cứng, hẹp và ổn định dễ hàn ở các tư thế khác nhau, có thể hàn mối hàn góc nhỏ trên chiều dài lớn.3 Các thông số công nghệ 2. Cường độ dòng điện hàn (tốc độ đẩy dây hàn) Dòng điện hàn được chọn phụ thuộc vào kích thước điện cực dây hàn, dạng truyền kim loại lỏng vào bể hàn và chiều dày liên kết hàn. Khi dòng điện quá thấp sẽ không đảm bảo ngấu hết chiều dày liên kết, giảm độ bền của mối hàn. Khi dòng điện quá cao sẽ dẫn tới tăng khả năng bắn tóe kim loại, gây rỗ xốp, biến dạng mối hàn không ổn định [1][12].
1 Quan hệ của dòng điện hàn và tốc độ cấp dây Tốc độ cấp dây phải tương ứng với tốc độ của nóng chảy của điện cực (dây hàn). Tức là phụ thuộc vào cường độ dòng điện hàn và đường kính dây hàn. Tốc độ cấp dây thường được căn chỉnh theo qui định của nhà sản xuất. Tuy nhiên, trước khi tiến hành hàn ta nên hàn thử và điều chỉnh tốc độ theo yêu cầu cụ thể.
Điện áp hàn Điện áp hàn là một thông số quan trọng trong hàn MIG [12-14], quyết định dạng truyền kim loại lỏng. Điện áp sử dụng phụ thuộc vào chiều dày chi tiết hàn, kiểu liên kết, kích thước điện cực dây hàn, thành phần khí bảo vệ, dây hàn. Để có giá trị điện áp hàn hợp lí, ta phải tiến hành hàn thử với các giá trị điện áp tra bảng hoặc tính toán, sau đó ta quan sát đường hàn để chọn giá trị thích hợp. Mối quan hệ giữa điện áp hàn và cường độ dòng điện hàn quyết định đến hình thức dịch chuyển kim loại lỏng vào bể hàn từ đó ảnh hưởng đến hình dáng, kích 13 thước và chiều sâu ngấu của mối hàn, [18].
2 Các dạng dịch chuyển kim loại vảo bể hàn 2. Lưu lượng khí bảo vệ Sự tiêu hao của khí bảo vệ phụ thuộc vào cường độ dòng điện hàn và đường kính dây hàn, đường kính miệng phun [1][12][14]. Lưu lượng khí bảo vệ ít dẫn đến mối hàn bị xốp, lượng kim loại lỏng bắn tóe càng nhiều và có thể không hình thành được mối hàn với hàn nhôm và hợp kim nhôm. Tuy nhiên khi lưu lượng khí bảo vệ dư thừa, miệng phun nhỏ có thể sẽ tạo thành dòng khí xoáy và hút không khí từ môi trường vào bể hàn; khí bảo vệ dư thừa sẽ gây ra lãng phí không cần thiết.
Đường kính dây hàn Thông thường đường kính dây hàn tăng khi tăng chiều dày chi tiết hàn. Tuy nhiên sự lựa chọn đường kính dây hàn lại ảnh hưởng lớn tới kiểu dịch chuyển kim loại lỏng vào bể hàn. Đối với dòng điện hàn cho trước, khi giảm đường kính dây hàn sẽ làm tăng tốc độ dịch chuyển kim loại lỏng và tốc độ nóng chảy của điện cực (dây hàn) sẽ cao hơn do mật độ dòng điện tăng lên. Vận tốc hàn Tốc độ hàn quyết định tới chiều sâu ngấu của mối hàn.
Nếu tốc độ hàn thấp, kích thước vũng hàn sẽ lớn và ngấu sâu. Khi tăng tốc độ hàn, tốc độ cấp nhiệt của hồ quang vào mối hàn sẽ giảm, làm giảm độ ngấu và thu hẹp mối hàn [1][6]. Chiều dài phần nhô ra của dây hàn (độ nhú của điện cực) Khi tăng chiều dài phần nhô, nhiệt nung nóng đoạn dây hàn này sẽ tăng, làm giảm cường độ dòng điện hàn cần thiết để nóng chảy điện cực theo tốc độ cấp dây nhất định. Khoảng cách này là rất quan trọng khi hàn, chỉ cần một sự biến thiên nhỏ 14 cũng làm tăng biến thiên dòng điện một cách rõ rệt.
Chiều dài phần nhô quá lớn sẽ làm dư kim loại nóng chảy ở mối hàn, giảm độ ngấu. Ngoài ra tính ổn định của hồ quang cũng bị ảnh hưởng. Nếu chiều dài phần nhô ra quá nhỏ sẽ gây ra sự bắn tóe, kim loại bắn tóe sẽ dính vào mỏ hàn ống chụp khí làm cản trở khí bảo vệ mối hàn, gây ra rỗ xốp trong mối hàn [12]. 3 Độ hòa tan của H2 trong KLCB Hầu như mọi máy hàn MIG đều được dùng điện DC.
Tùy theo máy, cường độ dòng điện trong khoảng vài trăm tới khoảng 1200A, điện áp đầu vào 110÷220V hoặc 380V. Chu kì tải 40%, 60% hoặc 100%. - Khí bảo vệ: Khí Argon là khí được điều chế từ khí quyển bằng phương pháp hóa lỏng không khí và tinh chế độ tinh khiết 99,98%. Khí này được chứa trong các chai khí với áp suất cao hoặc ở dạng lỏng với nhiệt độ -185,5ºC.
Khí bảo vệ Argon, Heli dùng trong hàn MIG ngoài tác dụng bảo vệ vùng hàn, bảo vệ điện cực còn làm nhiệm vụ làm mát điện cực và cùng hàn. Khí Argon, Heli là khí trơ (không tác dụng hóa học với các nguyên tố khác), khí Argon không màu, không độc và nặng khoảng 1,5 lần so với không khí (tỷ trọng 1,783g/l) Argon không hòa tan trong kim loại ở trạng thái lỏng hay rắn. Heli có tỷ trọng 0,187g/l có nghĩa là khí Argon nặng gấp 10 lần so với Heli. Trong thực tế khí Argon được sử dụng rộng rãi hơn khí Heli vì Argon có những lí do sau: +) Nó tạo ra hồ quang cháy êm hơn, tạo ra điện áp hồ quang thấp hơn với cùng một dòng hàn khi dùng các khí khác.
Có tác dụng làm sạch bề mặt vật liệu khi hàn Nhôm, bảo vệ cũng hàn tốt hơn với lưu lượng thấp hơn vì nó nặng hơn khí Heli. Dễ gây hồ quang hơn(do điện áp hồ quang thấp hơn khi hàn với các khí khác). 15 +) Khí Heli là loại khí phong phú thứ hai sau khí Argon so với các khí trơ còn lại với cùng dòng hàn, khí Heli tạo ra điện áp hồ quang gấp 1,7 lần so với khí Argon, đồng thời nguồn nhiệt hồ quang khí Heli cũng lớn gấp 1,7 lần khi hàn so với khí Argon. +) Trong công nghiệp khí Argon được điều chế từ không khí bằng cách hạ nhiệt độ của không khí, biến nó thành thế lỏng cho bay hơi tách Argon ra khỏi hỗn hợp (dựa vào nhiệt độ sôi của các chất thành phần không khí).
Chế độ hàn nhôm trong môi trường khí bảo vệ điện cực nóng chảy (SMAW) Bảng 2. 1 Bảng chế độ hàn góc chữ T hợp kim nhôm A5083 2.4 Ứng suất dư Ứng suất dư là loại ứng suất xuất hiện. 4 Phân bố ứng suất dư trong liên kết hàn góc chữ T 16 2.5 Vật liệu hàn 2. Khí bảo vệ Khí bảo vệ dùng trong hàn MIG nhôm và hợp kim nhôm là Ar, He với độ tinh khiết 99,98% hoặc hỗn hợp Ar + He.
Dây hàn Theo tiêu chuẩn AWS A5.10 – 1980: • E: Điện cực hàn. • R: dây hàn Bảng 2.