Chương 1:TỔNG QUAN VỀ HÀN TỰ ĐỘNG 1. Tổng quan về hệ thống hàn Hàn là quá trình công nghệ sản xuất các kết cấu không tháo được từ kim loại, hợp kim và các vật liệu khác. Nguyên lí của hàn: Khi hàn nóng chảy kim loại ở mối hàn hàn đạt tới trạng thái lỏng. Sự nóng chảy cục bộ của kim loại cơ bản được thực hiện tại các mép của phần tử ghép.
Có thể hàn bằng cách làm chảy kim loại cơ bản hoặc làm chảy kim loại cơ bản và vật liệu bổ sung nóng chảy tự rót vào bể hàn và tẩm ướt bề mặt rắn của các phần tử ghép. Khi tắt nguồn đốt nóng kim loại lỏng nguội và đông đặc, kết tinh, sau khi bể hàn kết tinh tạo thành mối hàn nguyên khối với cấu trúc liên kết hai chi tiết làmmột. - Ưu nhược điểm của hàn: Ưu điểm:Hàn là quá trình công nghệ được ứng dụng rộng rãi để chế tạo và phục hồi các kết cấu và chi tiết. Tính ưu việt bao gồm: Tiêu tốn ít kim loại, giảm chi phí lao động, rút ngắn thời gian sản xuất.
Nhược điểm: Trong quá trình hàn xảy ra sự bay hơi và oxi hoá một số nguyên tố, sự hấp thụ và hoà tan các chất khí của bể kim loại cũng như những thay đổi của vùng nhiệt ảnh hưởng nhiệt. Kết quả thành phần và cấu trúc của mối hàn khác với kim loại. Các biến dạng của kết gây bởi ứng suất dư có thể làm sai lệch kích thước và hình dáng của nó và ảnh hưởng tới độ bền của mối ghép. Lựa chọn công nghệ hàn 1.HànMIG/MAG Phương pháp này có tên gọi là hàn hồ quang kim loại trong môi trường khí bảo vệ hoặc tên thông dụng là hàn dây, hàn CO , tên gọi quốc tế là GMAW (Gas Metal ArcWelding).
Các thuật ngữ MIG (Metal inert gas): Khí "trơ" sử dụng khi hàn thép hợp kim và kim loại màu. MAG(Metalactivegas):Khí"hoạthóa"khihànthépthường,théphợpkimthấp. Khí trơ chủ yếu là Argon hoặc helium (khí dùng pha trộnthêm).Khíhoạthóathườnglà(CO )hoặcArgoncótrộnthêmOxy( )đôikhi Hydro ( ). 2 Khí hoạt hóa là khí CO hoặc khí trộn có chỉ số oxy hóa lớn hơn 2.1: Hàn MIG/MAG GMAW sử dụng hồ quang được thiết lập giữa dây điện cực nóng chảy và được cấp tự động vào chi tiết hàn.
Hồ quang này sẽ được bảo vệ bằng dòng khí trơ hoặc khí có tính khử. Sự cháy của hồ quang được duy trì nhờ các hiệu chỉnh đặc tính điện của hồ quang. Chiều dài hồ quang và cường độ dòng điện hàn được duy trì tự động trong khi tốc độ hàn và góc điện cực được duy trì bởi thợ hàn. Ba bộ phận kiểm soát quá trình hàn: - Súng hàn và cáphàn - Thiết bị cấpdây - Nguồn điệnhàn Súng hàn và cáp hàn đảm nhiệm vai trò cung cấp khí bảo vệ cho vùng hàn, dẫn hướng dây điện cực từ bộ phận cấp dây đến ống tiếp điện (contact tip) trên súng hàn, dẫn điện từ nguồn điện hàn đến súng hàn.
Khi nhấn công tắc trên súng hàn, khí, dòng điện hàn và dây hàn đồng thời được khởi động, hồ quang được mồi và duy trì tự động. Bộ phận cấp dây cùng với bộ nguồn sẽ phối hợp các đặc tính với nhau để hiệu chỉnh tự động chiều dài hồ quang và dòng điện hàn. Sự hiệu chỉnh này thực hiện được là nhờ sử sụng bộ nguồn áp không đổi (CV) phối hợp với bộ cấp dây tốc độ khôngđổi. GMAW có thể được thực hiện bán tự động hoặc tự động.
Ngày nay chúngđượcsửdụngrộngrãichocáccôngviệchànnhờvàoưuđiểm: - Năng suấtcao - Giá thànhthấp 3 - Năng lượng hàn thấp, ít biến dạngnhiệt - Hàn được hầu hết các kimloại - Dễ tự động hóa Hình 1.2: Trạm hàn MIG/MAG Trang bị hàn:Quá trình GMAW có thể thực hiện tự động hoặc bán tự động. Các trang bị cơ bản gồm có: - Súnghàn - Bộ cấp dâyhàn - Bộ điều khiển - Nguồn điệnhàn - Van giảmáp - Các trang bị cần thiết cho dây điện cực, giá đỡ cuộn dây, contact tip, ống dẫnhướng - Cápđiệnvàcácđườngdẫnkhíbảovệ,nướclàmnguội. Các loại súng hàn khác nhau được thiết kế nhằm cung cấp hiệu quả tối đa cho công việc hàn. Chúng bao gồm súng hàn công suất cao, loại nhẹ dùng hàn ở mọi vị trí, loại thiết kế đặc biệt cho các mối hàn đặc biệt.
Có loại làm nguội bằng nước, có loại làm nguội bằng khí, loại mỏ thẳng, loại mỏcong.Loạilàmnguộibằngkhíthườngcóphạmviứngdụngchodònghàn nhỏ hơn 600A. Khi hàn trên các dây chuyền công nghệ chúng ta thườngdùng loại làm nguội bằngnước.3:Thiết bị hàn GMAW Hình 1.4:Trạm hàn GMAW tự động Súng hàn bao gồm các chi tiết sau: - Ống dây dẫn và contacttip - Mỏ phunkhí - Ống dẫn dây điệncực - Ống dẫn khí bảovệ - Ốngdẫnnướclàmnguội(đối với loại làm nguội bằngnước) - Dây dẫn điện hàn - Công tắc điềukhiển 5 Hình 1.5:Ống dẫn, súng, van Contact tip thường được chế tạo bằng đồng hoặc hợp kim đồng nó có nhiệm vụ tiếp điện cho dây hàn. Contact tip nối với nguồn điện hàn nhờ vào dây dẫn điện hàn. Mặt phía trong của contact tip rất quan trọng bởi vì nó vừa bảo đảm dẫn điện tốt vừa bảo đảm dây hàn đi qua dễ dàng.
Khi hàn cần chọn contact tip phù hợp với cỡ dây hàn, contact tip cần được gá đặt nhẹ nhàng vào súng hàn nhờ vào côn siết và phải đặt đúng tâm của mỏ phun khí. Mỏ phun khí bảo vệ có nhiệm vụ cung cấp dòng khí bảo vệ vũng hàn. Chế độ dòng chảy trong mỏ phun rất quan trọng vì nó bảo đảm cho việc bảo vệ vùng hàn khỏi sự xâm nhập của các khí có hại, các cỡ mỏ phun khác nhau đượcchọnchophùhợpvớicôngviệc,cỡ lớndùngchodònghànlớn,bềrộng mối lớn, cỡ nhỏ dùng cho dòng hàn nhỏ. Ống dẫn dây hàn là bộ phận định vị vàhướngdẫndâyhàntừbánhxecấpdâyđếncontacttip.Trongquátrìnhhàn cần bảo đảm việc cấp dây điều đặn thì hồ quang mới cháy ổnđịnh.
Dây hàn bị vặn xoắn, gấp khúc phải loại bỏ không được dùng để tránh bị kẹt dây. Đường kính và vật liệu ống dẫn dây rất quan trọng đối với quá trình hàn, ống dẫn bằng thép dùng cho các vật liệu cứng như thép, inox trong khi ống nilon được dùng cho các vật liệu mềm như nhôm, magnesium, đồng, khi hàn cần chú ý tránh bẻ gấp khúc ống dẫn để không bị kẹt dây. Đối với mỗi cỡ dây cần dùng ống dẫn thích hợp, bộ cấp dây kiểu đẩy thường được dùng song khoảng cách từ thiết bị hàn đến nơi hàn không quá 3 – 4 mét. Cấp dây kiểu kéo thường được bố trí trong súng hàn và nó cho phép khoảng cách đến thiết bị hàn xa hơn.
Khi phải hàn trên cao hoặc không thể bố trí thiết bị gần nơi cần hàn có thể sử dụng loại súng hàn có gắn cuộn dây (spool on gun). Motor cấp dây thường là loại có tốc độ điều chỉnh vô cấp. Bộ cấp dâytốcđộ không 6 đổi có trang bị mạch điện tử để điều khiển quá trình mồi hồ quang, tự động hiệu chỉnh khi có sự thay đổi điện áp nguồn, tự hiệu chỉnh khi xảy ra sựtrượtdây.Kếtquảlàhồquangmồivàcháyổnđịnhhơn,hạnchếđángkể lượng văng tóe. Thiết bị được bố trí trong hộp kín để hạn chế bụi bặm, tăng tuổi thọ và giảm nhu cầu bảo trì tốc độ cấp dây biến thiên từ 1,9 – 25 m/min (75 - 980m/min).
Bộ cấp dây có trang bị hệ thống hãm động lực cho phép dừng cấp dây tức thời mỗi khi nhả contact điềukhiển. Bộ điều khiển hàn và bộ cấp dây thường được liên kết khối với nhau. Nó có chức năng điều khiển tốc độ cấp dây. Tốc độ motor được xác lập trướctheo khoảng giá trị dòng hàn.
Mạch điều khiển sẽ hiệu chỉnh quá trình khởi động và dừng cấp dây. Khí bảo vệ, nước làm nguội và dòng điện hàn thường được gắn với nguồn cung cấp thông qua bộ điều khiển. Lưu lượng khí bảo vệ và nước được hiệu chỉnh đồng bộ với việc khởi động và và dừng quá trình hàn nhờ vào các van điện từ (solenoids). Thường thì bộ điều khiển được trang bị các bộđịnhthìchosựphunkhítrướcvàsaukhihàn.Việckhởiđộngdònghàncó thể kích hoạt trực tiếp từ bộ điều khiển hoặc thông qua điện áp hồquang.
Van chỉnh áp khí bảo vệ, thiết bị hàn cần cung cấp khí bảo vệ với áp suất và lưu lượng không đổi van chỉnh áp đảm nhiệm vai trò đó. Có các loại van một cấp hoặc hai cấp, có hay không trang bị lưu lượng kế. Loại hai cấp cho áp suất và lưu lượng khí cung cấp đều hơn loại mộtcấp. Nguồn điện hàn quá trình GMAW được dùng với nguồn DC kiểu điện áp không đổi (CV), điện cực dương.
Có nghĩa là súng hàn được gắn vào cực dương còn chi tiết hàn được đấu cực âm, điện cực DC âm không thích hợp do hồ quang không ổn định. Ưu điểm chính của thiết bị kiểu CV là điện áp hồ quang không đổi trong suốt quá trình hàn. Dòng hàn sẽ tự động tăng hoặc giảm khi chiều dài hồ quang thay đổi, từ đó làm tăng hoặc giảm tốc độ chảy của dây hàn nhờ đó mà điện áp hồ quang được duy trì không đổi. Như vậy, thiết bị GMAW điều chỉnh dòng điện hàn thông qua bộ cấp dây.
Đường đặc tính ngoài của thiết bị CV có dạng nằm ngang, nên ứng với sự thay đổi nhỏ về điện áp cũng dẫn tới sự thay đổi lớn về dòng điện. Nói cách khác, độ nhạy rất cao trong khi thiết bị CC thì hầu như dòng không thay đổi khi thay đổi điện áp. 7 Khi tăng khoảng cách giữa contact tip và chi tiết, điện áp hàn và chiều dài hồ quang tăng lên, dòng điện hàn sẽ giảm xuống như đặc tính đã mô tả, khi đótốc độ chảy của dây hàn giảm tương ứng, vì tốc độ cấp dây là hằng nên lúc này sẽ lớn hơn tốc độ chảy kết quả là hồ quang sẽ bị ngắn lại. Quá trình ngược lại sẽ diễn ra khi giảm điện áp hồ quang.6:Đặc tính V-A của thiết bị CC và CV 1.
Vật liệu hàn dùng trong MIG –MAG: a) Khí bảo vệ: Nhìn chung mọi kim loại đều có xu hướng kết hợp với oxy để tạo nên các oxyt kim loại. Một số ít lại kết hợp với nitơ tạo ra các nitric kim loại, oxy cũng kết hợp với carbon để tạo ra khí monoxide carbon. Tất cả các phản ứng này là trở ngại chính cho công việc hàn bởi chúng hình thành nên các khuyết tật như rỗ khí, làm giòn kim loại hàn. Mặc khác không khí lại chứa 80% nitơ và 20% oxy nên lẽ tự nhiên là không thể tiến hành hàn mà không có biện pháp nào để bảo vệ vũng chảy.
Nhiệm vụ của khí bảo vệ trong hàn GMA là tạo ra khí quyển có tính trơ hoặc khử để ngăn chặn các khí có hại từ không khí vào trong vũnghàn.
