CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HÀN HỒ QUANG 1. Sự phát triển của ngành hàn và vai trò của nó trong công nghiệp 1. Lịch sử phát triển của ngành hàn Năm 1802, viện sĩ Nga V.V Pê-tơ-rốp đã tìm ra hiện tượng hồ quang điện và chỉ rõ khả năng sử dụng nhiệt năng của nó để làm nóng chảy kim loại, mở ra thời kỳ hàn hồ quang.G Sla-vi-a-nốp đã áp dụng điện cực nóng chảy - điện cực kim loại vào hồ quang điện, đến năm 1907, kỹ sư Thủy Điển Kenbbécgơ đã phát hiện ra phương pháp ổn định quá trình phóng hồ quang và bảo vệ vùng hàn khỏi tác động của không khí xung quanh bằng cách bọc lên điện cực kim loại một lớp thuốc. Việc ứng dụng que hàn có bọc thuốc đã bảo đảm chất lượng của mối hàn trong ngành công nghiệp lúc bấy giờ.
Năm 1928, Alecxanđerơ (Mỹ) tìm ra phương pháp hàn hồ quang trong khí bảo vệ và đưa vào sản xuất. Hàn trong khí bảo vệ làm tăng vọt chất lượng mối hàn và hiện nay là một trong những phương pháp hàn được sử dụng rộng rãi với những ưu điểm về chất lượng mối hàn và đặc biệt là khả năng sử dụng dễ dàng ở mọi tư thế hàn và mọi vị trí hàn khác nhau. Năm 1929, người ta đã tìm ra phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc trong điều kiện thí nghiệm. Thời kỳ phát triển cao của công nghệ hàn tàu đã được mở ra vào những năm cuối thập kỷ 30 và đầu thập kỷ 40 sau những công trình nổi tiếng của viện sĩ E.Pa-ton về hàn dưới lớp thuốc.
Phương pháp hàn này được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp đóng tàu, đó là thành tựu vô cùng to lớn của kỹ thuật hàn hiện đại. Cho đến nay, hàn dưới thuốc vẫn là phương pháp cơ khí hoá cơ bản trong kỹ thuật hàn trong ngành công nghiệp với những ưu điểm vượt trội về hiệu suất và chất lượng của mối hàn. Năm 1949 đã ra đời phương pháp hàn nóng chảy đặc biệt - hàn điện xỉ. Đó là một phát minh nổi tiếng nữa của tập thể Viện hàn điện B.
Hàn điện xỉ được nghiên cứu và đưa vào sản xuất trong ngành công nghiệp từ những năm 50 để chế tạo các thiết bị nặng như lò hơi, tua bin, máy tời… Các phương pháp hàn ngày càng được nghiên cứu và cải tiến để nâng cao năng suất, hiệu quả và chất lượng mối hàn cũng như nâng cao khả năng tự động hóa. Từ cuối đại chiến thế giới lần thứ II, người ta đã tìm ra hai phương pháp công nghệ hàn trong khí bảo vệ: MIG (Metal - Iner - Gas) và TIG (Tungsten - Iner - Gas). Đặc trưng của hai phương pháp hàn MIG và TIG là trong quá trình hàn, hồ quang và bể hàn được bảo vệ bằng khí trơ (Ar, He). TIG là hàn bằng điện cực không nóng chảy (volfram hoặc grafit).
MIG là hàn bằng điện cực nóng chảy (dây kim loại). Khí bảo vệ (khí trơ) công nghệ sản xuất rất phức tạp, nên cuộc tìm kiếm khí bảo vệ rẻ hơn để thay thế đã thu hút nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu. Thành tựu của nhiều công trình nghiên cứu đã cho ra đời LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 phương pháp hàn MAG (Metal - Active - Gas). Công cuộc tìm kiếm của các nhà nghiên cứu khoa học vẫn tiếp tục và họ đã đạt được những thành tựu to lớn đó là phương pháp hàn MAG có thể dùng 100% khí CO2 làm khí bảo vệ trong quá trình hàn điện cực nóng chảy.
Từ năm 1953 ở Liên Xô đã chính thức ứng dụng công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ là CO2 và sau đó lần lượt năm 1955 - 1956 ở các nước phương Tây, Mỹ, Canada, Anh, Đức. cũng đã ứng dụng thành công và rất hiệu quả của công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ là CO2. Công nghệ hàn MAG đối với thế giới là một quá trình nghiên cứu, ứng dụng và dần hoàn thiện từng bước, đến nay đã phát triển đến mức độ cao, ứng dụng rất rộng rãi và hiệu quả trong các ngành công nghiệp. Vai trò của công nghệ hàn trong các ngành công nghiệp Công nghệ hàn đóng vai trò rất quan trọng.
Do nó có những ưu điểm nổi bật so với các phương pháp chế tạo cơ khí khác như: Công nghệ đơn giản dễ thực hiện, không cần phải thiết bị hiện đại, mối hàn bền, cơ tính tốt, đảm bảo độ kín tốt, công nghệ hàn có thể nối được những kim loại khác nhau, công nghệ hàn dễ cơ khí hoá, tự động hoá, giá thành chế tạo rẻ, tính kinh tế cao. Do công nghệ hàn có nhiều ưu điểm như vậy nên nó được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như: Ngành đóng tàu, chế tạo thiết bị cơ khí, Ngành lắp máy, Ngành xây dựng, Ngành công nghiệp ô - tô vv. Nhờ có công nghệ hàn mà các ngành công nghiệp khác cũng được phát triển và công nghệ hàn đã đóng vai trò không thể thiếu được trong các ngành công nghiệp. Phân loại các phương pháp hàn 1.
Theo trạng thái hàn Ngày nay hàn đã có hàng trăm phương pháp khác nhau theo trạng thái hàn có thể chia ra 2 nhóm: Hình 1-1: Các phương pháp hàn. Hàn hồ quang plasma; LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Hàn chùm tia điện tử; 4. Hàn hồ quang điện; 5.
Hàn điện xỉ; 6. Hàn nhiệt nhôm; 8. Hàn hồquang tay; 9. Hàn tự động và bán tự động dưới lớp 10.
Hàn hồquang trong môi trường thuốc; 12. Hàn hồ quang tay điện cực không 11. Hàn hồ quang tay điện cực nóng nóng chảy; chảy; 14. Hàn trong môi trường khí Hêli; 13.
Hàn trong môi trường khí Argon; 16. Hàn trong môi trường khí CO2; 15. Hàn trong môi trường khí Nitơ; 18. Hàn siêu âm; 20.
Hàn điện tiếp xúc; 19 .Hàn khuếch tán trong chân không; 21. Hàn cao tần; 26. Hàn giáp mối; 28. Hàn bằng điện cực giả; 27.
Hàn điểm bằng tụ. Ngoài ra, một vài năm gần đây còn xuất hiện phương pháp hàn nhiệt. + Hàn nóng chảy. Khi hàn nóng chảy, kim loại mép hàn được nung đến trạng thái nóng chảy kết hợp với kim loại bổ sung từ ngoài vào điền đầy khe hở giữa hai chi tiết hàn, sau đó đông đặc tạo thành mối hàn.
Khi hàn nóng chảy, các khí xung quanh nguồn nhiệt có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình luyện kim và hình thành mối hàn. Do đó, để điều chỉnh quá trình hàn theo chiều hướng tốt thì phải ứng dụng các biện pháp công nghệ nhất định: dùng thuốc bảo vệ, khí bảo vệ, hàn trong chân không,… + Hàn áp lực. Khi hàn bằng áp lực kim loại ở vùng mép hàn được nung nóng đến trạng thái dẻo, sau đó hai chi tiết được ép lại với lực ép đủ lớn, tạo ra mối hàn. Hàn nhiệt là sử dụng nhiệt của các phản ứng hóa học phát nhiệt để nung kim loại mép hàn đến trạng thái nóng chảy đồng thời kết hợp với lực ép để tạo ra mối hàn.
Theo năng lượng sử dụng - Điện năng: Hàn hồ quang, hàn điện tiếp xúc - Hóa năng: Hàn khí, hàn nhiệt - Cơ năng: Hàn ma sát, hàn nguội 1. Theo mức độ tự động hóa - Hàn bằng tay. - Hàn bán tự động LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 - Hàn tự động 1. Phương pháp hàn nóng chảy Các phương pháp hàn nóng chảy được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp đóng tàu, cơ khí chế tạo, sản xuất kết cấu thép, xây dựng, giao thông vận tải… Phương pháp hàn nóng chảy thường chia ra các loại sau: - Hàn hồ quang tay; - Hàn điện xỉ; - Hàn hồ quang điện cực nóng chảy (MIG/MAG) trong môi trường khí bảo vệ; - Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy (TIG) trong môi trường khí trơ; - Hàn hồ quang chìm tự động và bán tự động (hàn dưới lớp thuốc).1 Hàn hồ quang tay Là phương pháp hàn hồ quang có điện cực là que hàn.
Trong quá trình hàn các chuyển động như gây hồ quang, dịch chuyển que, dịch chuyển hồ quang theo dọc mối hàn được thực hiện bằng tay. Phương pháp công nghệ hàn này được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Mặc dù đã có những phương pháp mới có năng suất, chất lượng cao; nhưng phương pháp hàn hồ quang tay vẫn không thể thiếu trong các dạng sản xuất sửa chữa, sản xuất loạt nhỏ, đặc biệt ở những qui trình công nghệ hàn không thể tiến hành cơ khí hóa và tự động hóa. Chất lượng của mối hàn phụ thuộc chủ yếu vào tay nghề của người thợ cũng như dòng điện hàn.
Hình1 – 2:Nguyên lý hàn hồ quang tay. Hàn điện xỉ Phương pháp hàn điện xỉ là một phương pháp có nhiều ưu việt nhất trong các phương pháp hàn điện vì nó không gây biến dạng góc, không cần vát mép hàn, khe hở giữa hai mép hàn 12 mm tạo điều kiện thuận lợi cho lắp ráp, giảm tiêu hao năng lượng điện, tiêu hao xỉ hàn… do đó ngày càng được sử dụng rộng rãi. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Hàn hồ quang điện cực nóng chảy (MIG/MAG) trong môi trường khí bảo vệ Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ là phương pháp hàn thích ứng với mọi kết cấu hàn và cho năng suất và chất lượng hàn cao.
Phương pháp công nghệ này có thể phân loại thành các phương pháp sau (Hình 1 – 3). Hình 1 – 3:Phân loại hàn trong môi trường khí bảo vệ Ở các phương pháp hàn này, bể hàn được bảo vệ khỏi sự tác dụng của môi trường bên ngoài (chủ yếu là ôxy và nitơ). Môi trường bảo vệ có thể là khí hoạt tính hoặc khí trơ. Môi trường khí trơ không có phản ứng hóa học với bể hàn.
Môi trường khí hoạt tính có phản ứng hóa học với bể hàn; những tác động xấu đó lại được khắc phục bằng thành phần hóa học thích hợp của vật liệu hàn (dây hàn). Hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi trường 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 sự tác dụng của ôxy và nitơ trong môi trường xung quanh bởi một loại khí hoặc một hỗn hợp khí. Tiếng Anh phương pháp này gọi là GMAW (Gas Metal Arc Welding). LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 Hình1 – 4:Sơ đồ hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ.
Vùng hàn và hồ quang hàn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.