Tài liệu Md33 - hàn bằng phương pháp khác

BỘ LAO ĐỘNG - THƢƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Tên mô đun: Các phƣơng pháp hàn khác (Hàn dƣới nƣớc, hàn điện tử, hàn laser, hàn ma sát...) NGHỀ: HÀN TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG NGHỀ (Ban hành kèm theo Quyết định số: 120/QĐ-TCDN ngày 25 tháng 02 năm 2013 của Tổng Cục trưởng Tổng cục Dạy nghề) Hà Nội, năm 2013 1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. LỜI GIỚI THIỆU Trong những năm gần đây sự phát triển của Công nghệ Hàn kim loại đã mang lại nhiều lợi ích không thể phủ nhận cho nền kinh tế quốc dân, ở Việt Nam cũng như trên thế giới các phương pháp hàn đặc biệt ngày càng được phổ biến rộng rãi ở các doanh nghiệp sản xuất cơ khí cũng như các trường đào tạo nghề hàn, tuy nhiên nguồn tài liệu trong nước về các phương pháp hàn đặc biệt vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu của người đọc, hầu hết các tài liệu là của nước ngoài vì thế gây không ít khó khăn cho người đọc. Với mục tiêu bổ sung nguồn tài liệu phục vụ cho các học sinh trong các trường dạy nghề, người lao động trong các doanh nghiệp liên quan đến nghề hàn, nhóm biên soạn chúng tôi xin giới thiệu cuốn giáo trình: Các phương pháp hàn khác (Hàn dưới nước, hàn ma sát, hàn laze, hàn chùm tia điện tử, ...). Trong giáo trình này chúng tôi chủ yếu trình các nội dung kiến thức về các phương pháp hàn hiện nay đã phổ biến trên thế giới, tuy nhiên phần nội dung về kỹ năng chỉ trình bày về các phương pháp đã hoặc trong tương lai gần sẽ phổ biến ở Việt Nam, giúp người học có điều kiện tiếp cận với các phương pháp hàn đó, hiện nay các loại thiết bị hàn cho các phương pháp hàn này chưa được sử dụng phổ biến trong nước. Giáo trình này có tham khảo các tiêu chuẩn quốc tế ISO, tiêu chuẩn châu Âu EU và các tiêu chuẩn của Hiệp hội hàn Mỹ AWS, các tài liệu từ các nước khác như Nga, Đức,.... Mặc dù đã rất cố gắng, song trong quá trình biên soạn không thể tránh khỏi những thiếu sót, nhóm biên soạn rất mong được sự đóng góp của các đồng nghiệp và bạn đọc nhằm hoàn thiện giáo trình. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Tham gia biên soạn 2 MỤC LỤC TRANG LỜI GIỚI THIỆU ..........................................................................................................1 MỤC LỤC ......................................................................................................................2 BÀI 1: SỬ DỤNG THIẾT BỊ, DỤNG CỤ HÀN DƢỚI NƢỚC ................................7 1. Áp suất thủy tĩnh và đặc điểm của hàn dƣới nƣớc......................................7 1.1. Áp suất thủy tĩnh ................................................................................7 1.2. Đặc điểm của hàn dưới nước ..............................................................8 2. Các thao động tác của ngƣời thợ trong môi trƣờng nƣớc và ngƣời điều khiển trên mặt nƣớc ...........................................................................................9 2.1. Các thao động tác của người thợ ........................................................9 2.2.Các thao động tác của người điều khiển trên mặt nước ......................9 3. Hệ thống trao đổi thông tin khi hàn dƣới nƣớc .........................................10 3.1. Đàm thoại .........................................................................................10 3.2. Hình ảnh ...........................................................................................10 4. Vật liệu hàn dƣới nƣớc.................................................................................10 4.1. Yêu cầu .............................................................................................11 4.2. Cấu tạo que hàn để hàn dưới nước ...................................................11 5. Kỹ thuật hàn dƣới nƣớc ...............................................................................17 5.2. Các thông số hàn chính ....................................................................18 5.3. Chuyển động của que hàn ................................................................18 5.4. Luyện tập hàn dưới nước (Có trình tự kèm theo) .............................18 6. An toàn lao động và vệ sinh môi trƣờng ....................................................18 BÀI 2: HÀN DƢỚI NƢỚC .........................................................................................25 1. Chuẩn bị thiết bị dụng cụ, vật liệu hàn dƣới nƣớc. ...................................25 1.1. Thiết bị .............................................................................................25 1.2. Dụng cụ ............................................................................................26 1.3. Vật liệu hàn ......................................................................................27 2. Chuẩn bị mép hàn ........................................................................................27 2.1.Mép hàn .............................................................................................27 2.2 Làm sạch............................................................................................28 3. Kỹ thuật hàn dƣới nƣớc ...............................................................................28 3.1. Hàn ướt .............................................................................................28 3.2. Hàn khô ............................................................................................29 4. Kiểm tra chất lƣợng mối hàn ......................................................................30 4.1. Phương pháp kiểm tra mối hàn ........................................................30 4.2. Sửa chữa khuyết tật ..........................................................................30 5. An toàn lao động và vệ sinh môi trƣờng ....................................................30 BÀI 3: VẬN HÀNH SỬ DỤNG THIẾT BỊ HÀN MA SÁT ....................................36 1. Thực chất của hàn ma sát ............................................................................36 1.1.Thực chất ...........................................................................................36 1.2. Đặc điểm...........................................................................................38 1.3. Phạm vi ứng dụng.............................................................................40 2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị hàn ma sát .............................40 2.1. Cấu tạo ..............................................................................................41 2.2. Nguyên lý làm việc ..........................................................................43 3. Điều kiện và phƣơng pháp tạo ma sát ........................................................49 3.1. Điều kiện tạo ma sát ........................................................................49 3 3.2. Phương pháp tạo ma sát ...................................................................49 4. Chọn chế độ hàn ma sát ...............................................................................50 4.1. Chọn lực ép ......................................................................................50 4.2. Chọn tốc độ quay..............................................................................50 5. Vận hành, sử dụng thiết bị hàn ma sát .......................................................52 5.1. Gá phôi .............................................................................................52 5.2. Lựa chọn các thông số hàn: ..............................................................53 5.3. Quá trình hàn ma sát quay: ...............................................................58 6. Những sai hỏng thƣờng gặp và biện pháp khắc phục ...............................63 BÀI 4: HÀN MA SÁT .................................................................................................67 1. Lựa chọn kiểu chuyển động tƣơng đối .......................................................67 2. Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ hàn ma sát........................................................68 2.1.Thiết bị: .............................................................................................68 2.2.Dụng cụ .............................................................................................69 3. Làm sạch bề mặt, gá phôi ............................................................................69 3.1. Làm sạch bề măt ...............................................................................69 3.2. Gá phôi .............................................................................................69 4. Kỹ thuật hàn ma sát. ....................................................................................69 4.1. Kỹ thuật hàn. ....................................................................................69 4.2. Chọn chế độ hàn theo bảng chế độ sau : .........................................70 5. Trình tự thực hiện hàn ma sát quay ...........................................................70 BÀI 5: VẬN HÀNH, SỬ DỤNG MÁY HÀN PLASMA ..........................................75 1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy hàn, mỏ hàn. ..............................75 1.1. Cấu tạo của máy hàn ........................................................................75 1.2. Nguyên lý làm việc của máy hàn. ....................................................75 1.3. Cấu tạo mỏ hàn .................................................................................76 1.4. Nguyên lý làm việc của mỏ hàn. ......................................................77 2. Khí bảo vệ và khí tạo plasma ......................................................................78 2.1. Khí bảo vệ: .......................................................................................78 2.2. Khí tạo plasma ..................................................................................78 3. Kết nối thiết bị hàn. ......................................................................................78 4. Chọn đƣợc chế độ hàn ..................................................................................79 4.1. Chọn điện cực ...................................................................................79 4.2. Cường độ dòng điện .........................................................................79 4.3. Lưu lượng khí bảo vệ, khí tạo plasma ..............................................79 5. Vận hành, sử dụng thiết bị hàn plasma ......................................................80 6. An toàn lao động và vệ sinh công nghiệp: ..................................................80 BÀI 6: HÀN PLASMA ................................................................................................83 1. Chọn mỏ hàn, kết nối khí bảo vệ và khí tạo plasma .................................83 1.1.Chọn mỏ hàn .....................................................................................83 1.2.Kết nối khí bảo vệ và khí tạo plasma ................................................83 2. Chuẩn bị phôi hàn. .......................................................................................84 2.1.Chuẩn bị mép hàn ..............................................................................84 2.2.Làm sạch và kiểm tra phôi ................................................................84 3. Kỹ thuật hàn plasma ....................................................................................84 3.1.Tư thế hàn. .........................................................................................84 3.2. Góc độ mỏ hàn .................................................................................85 3.3 Chuyển động của mỏ hàn ..................................................................85 4 3.4 Kỹ thuật hàn ......................................................................................85 3.5. Chế độ hàn ........................................................................................86 4 Trình tự thực hiện ........................................................................................86 5. Khuyết tật thƣờng gặp và biện pháp khắc phục .......................................87 6. An toàn lao động và vệ sinh công nghiệp: ..................................................87 BÀI 7: VẬN HÀNH, SỬ DỤNG MÁY HÀN ĐIỆN TỬ ..........................................92 1.Thực chất đặc điểm và công dụng của phƣơng pháp hàn điện tử ............92 1.1.Thực chất ...........................................................................................92 1.2. Đặc điểm...........................................................................................93 1.3. Công dụng ........................................................................................93 2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy hàn điện tử. ................................94 2.1. Cấu tạo ..............................................................................................94 2.2. Nguyên lý làm việc ..........................................................................96 2.3. Kết nối thiết bị hàn điện tử. ..............................................................97 3. Chọn chế độ hàn ...........................................................................................97 4. Vận hành, sử dụng thiết bị hàn điện tử ......................................................98 5. An toàn lao động và vệ sinh phân xƣởng ...................................................98 BÀI 8: HÀN ĐIỆN TỬ ..............................................................................................101 1.Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ hàn điện tử ......................................................101 1.1.Thiết bị ............................................................................................101 1.2.Dụng cụ ...........................................................................................101 2. Chuẩn bị phôi hàn. .....................................................................................101 2.1.Chuẩn bị mép hàn ............................................................................101 2.2.Làm sạch và kiểm tra phôi ..............................................................102 3. Kỹ thuật hàn điện tử. .................................................................................102 3.1.Chế độ hàn: ......................................................................................102 3.2. Lập trình quỹ đạo ...........................................................................102 3.3. Nạp chương trình sang máy hàn .....................................................103 3.4. Gá phôi lên máy. ............................................................................103 3.5. Chạy mô phỏng ..............................................................................103 4. An toàn lao động và vệ sinh công nghiệp .................................................103 BÀI 9: VẬN HÀNH SỬ DỤNG THIẾT BỊ HÀN LASER .....................................109 1.Thực chất đặc điểm và công dụng của phƣơng pháp hàn laser ..............109 1.1.Thực chất .........................................................................................109 1.2. Đặc điểm.........................................................................................112 1.3. Công dụng ......................................................................................112 2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy hàn laser ...................................114 2.1. Cấu tạo ............................................................................................114 2.2. Nguyên lý làm việc ........................................................................114 3. Kết nối thiết bị hàn laser ............................................................................116 4. Kỹ thuật hàn ...............................................................................................116 4.1. Chọn chế độ hàn .............................................................................116 4.2. Lựa chọn khí bảo vệ .......................................................................117 4.3. Kỹ thuật hàn ...................................................................................117 BÀI 10: HÀN LASER ...............................................................................................119 1.Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ hàn laser..........................................................119 1.1.Thiết bị ............................................................................................119 1.2.Dụng cụ ...........................................................................................119 5 2. Chuẩn bị phôi hàn. .....................................................................................119 2.1. Chuẩn bị mép hàn ...........................................................................119 2.2. Làm sạch và kiểm tra phôi .............................................................119 3. Chuẩn bị môi trƣờng hàn. .........................................................................120 4. Kỹ thuật hàn laser ......................................................................................120 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................127 6 TÊN MÔ ĐUN: CÁC PHƢƠNG PHÁP HÀN KHÁC (Hàn dƣới nƣớc, hàn điện tử, hàn laser, hàn ma sát...) Mã mô đun: MĐ 33 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí: Là môn đun được bố trí cho người học sau khi đã học xong các mô đun chuyên môn nghề từ MĐ20 - Tính chất của mô đun: Là mô đun chuyên môn nghề, trang bị các kiến thức, kỹ năng về các quá trình hàn đặc biệt, hiện đang được sử dụng trên thế giới, mới cập nhật trong nước hoặc chưa được sử dụng rộng rãi trong nước. - Ý nghĩa, vai trò mô đun: Là mô đun quan trọng trong chương trình đào tạo nghề Hàn, người học được cập nhật những kiến thức, kỹ năng hàn dưới nước, hàn ma sát, hàn plasma, hàn chùm tia điện tử. Mục tiêu của mô đun: - Trình bày được thực chất của các phương pháp hàn đặc biệt hoặc mới phát triển; - Trình bày được cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại thiết bị, dụng cụ hàn dưới nước, hàn siêu âm, hàn điện tử, hàn laser, hàn ma sát, hàn plasma; - Sử dụng được các loại dụng cụ, thiết bị hàn hàn dưới nước, hàn điện tử, hàn laser, hàn ma sát, hàn plasma; - Nêu được các thông số trong chế độ hàn, điều chỉnh được chế độ hàn; - Hàn được các mối hàn trên các thiết bị hàn hàn dưới nước, hàn điện tử, hàn laser, hàn ma sát, hàn plasma đảm bảo yêu cầu kỹ thuật; - Thực hiện công tác an toàn lao động và vệ sinh công nghiệp đúng quy định. Nội dung mô đun: Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: Thời gian Số Tên các bài trong mô đun Tổng Lý Thực Kiểm TT số thuyết hành tra* 1 Sử dụng thiết bị hàn dưới nước 22 6 16 0 2 Hàn chi tiết dưới nước 22 6 16 0 3 Vận hành sử dụng thiết bị hàn ma sát 22 6 16 0 4 Hàn chi tiết bằng phương pháp ma sát 24 6 17 1 5 Vận hành, sử dụng máy hàn plasma 22 6 16 0 6 Hàn chi tiết bằng phương pháp plasma 28 6 21 1 7 Vận hành sử dụng máy hàn tia điện tử 22 6 16 8 Hàn chi tiết bằng chùm tia điện tử 24 6 17 1 Vận hành sử dụng thiết bị hàn bằng tia 9 22 6 16 0 laser Hàn chi tiết bằng phương pháp hàn 10 28 6 21 1 laser 11 Kiểm tra kết thúc mô đun 4 0 0 4 Cộng 240 60 172 8 7 BÀI 1: SỬ DỤNG THIẾT BỊ, DỤNG CỤ HÀN DƢỚI NƢỚC Mã bài: MĐ33.1 Giới thiệu: Hàn dưới nước là một công nghệ sử dụng hàn hồ quang tay để thực hiện các mối hàn sửa chữa trong môi trường nước; ngoài việc có kỹ năng hàn, người thợ còn phải có kỹ năng nặn sâu, làm việc trong môi trường nước và kỹ năng phối hợp nhóm giữa dưới nước và trên bờ một cách nhịp nhàng. Mục tiêu: - Trình bày được thực chất của hàn dưới nước; - Nêu được khó khăn và các điều kiện đặc biệt khi hàn dưới nước; - Chuẩn bị được thiết bị an toàn, thiết bị hô hấp, đấu nối thiết bị, dụng cụ, hàn dưới nước. - Chọn được các thông số của công nghệ, chế độ hàn và vật liệu hàn; - Thực hiện các thao tác, động tác, quy tắc thông tin khi thực hiện dưới nước; - Thực hiện tốt công tác an toàn lao động và vệ sinh môi trường. 1. Áp suất thủy tĩnh và đặc điểm của hàn dƣới nƣớc Mục tiêu: - Trình bày được sự ảnh hưởng của áp suất thủy tĩnh và các đặc điểm của quá trình hàn dưới nước. - Tính toán được áp lực ở độ sâu nhất định từ đó chuẩn bị các phương tiện, thiết bị phù hợp. 1.1. Áp suất thủy tĩnh Là áp suất tuyệt đối ở một độ sâu nhất định trong nước, luôn lớn hơn so với trong khí quyển, độ lớn của áp suất tăng lên khi độ sâu tăng lên, cở sở của hiện tượng này là định luật Pascal, công thức đơn giản của định luật này như sau: p = pa + gh Trong đó: p - Áp suất ở độ sâu h pa- Áp suất tác dụng lên bề mặt chất lỏng  - Khối lượng riêng của chất lỏng g - Gia tốc trọng trường h- Độ sâu điểm có áp suất p tính từ bề mặt chất lỏng Hình 1.1: Sơ đồ mô tả áp suất thủy tĩnh 8 Hình1.2: Áp suất thủy tĩnh Trong quá trình hàn dưới nước, người thợ hàn ngoài việc chịu áp suất khí quyển còn chịu thêm áp suất thủy tĩnh. Vì vậy người thợ hàn chỉ có thể làm việc ở những độ sâu nhất định và phải trải qua quá trình luyện tập. 1.2. Đặc điểm của hàn dưới nước Hàn dưới nước là phương pháp hàn hồ quang điện đặc biệt được tiến hành dưới nước; que han có hai lớp thuốc bọc, lớp bên trong có tính năng như thuốc bọc que han thông thường, lớp bên ngoài có tính năng cách nước. Thuốc bọc que hàn dưới nước có độ bền cao, cách nước, cách điện cho lõi que và giữ cho hồ quang chay ổn định trong bong bóng khí hình thành và khôi phục không ngừng do nước bao quanh bị phân tách và bốc hơi dưới tác dụng của hồ quang. Hình1.3: Sơ đồ hồ quang hàn dưới nước - Hàn dưới nước là phương pháp ra đời muộn nhưng có ứng dụng rất lớn và đang được phat triển mạnh mẽ; hàn dưới nước có thể được thực hiện theo cách tương tự như trên bề mặt đất nhưng phải có thêm các yếu tố sau: + Làm lặng chuyển động của nước trên mối hàn kim loại và xung quanh. + Cần một áp lực đẩy của hồ quang cao hơn để tạo ra khoảng không khí tại vị trí hàn + Cần một nguồn nhiệt cao hơn do sự tản nhiệt lớn do tiếp xúc với nước. + Bong bóng khi được hình thành xung quanh hồ quang do đốt nóng, khi hàn các bong bóng vẫn tiếp tục xuất hiện và di chuyển lên mặt nước, do đó điều kiện xung quanh hồ quang không ổn định và sự chuyển động của vùng không khí nhanh hơn + Khi vật liệu là thép hợp kim có thể bị dòn và vỡ trong vùng HAZ do hiệu ứng làm lạnh quá nhanh. 9 2. Các thao động tác của ngƣời thợ trong môi trƣờng nƣớc và ngƣời điều khiển trên mặt nƣớc Mục tiêu: - Trình bày được nhiệm vụ của từng cá nhân trong nhóm làm việc khi hàn dưới nước. 2.1. Các thao động tác của người thợ - Thợ hàn: Thực hiện thao tác nặn, xác định vị trí hàn, mang các thiết bị tối thiểu cần thiết để thực hiện công việc hàn, thông tin cho người trên bờ việc điều chỉnh chế độ hàn, cấp khí và thiết bị. Hình 1.4: Nhiệm vụ của thợ hàn - Thợ phụ: Làm việc theo điều hành của thợ hàn bằng ký hiệu quy ước, mang vác thiết bị dụng dụng cụ cần thiết khi thợ hàn yêu cầu, canh chừng an toàn cho thợ hàn, thực hiện các yêu cầu khác khi thợ hàn yêu cầu. Hình 1.5: Nhiệm vụ của thợ phụ 2.2.Các thao động tác của người điều khiển trên mặt nước - Người điều khiển thiết bị: Thực hiện đóng ngắt điện, điều chỉnh dòng điện theo yêu cầu của thợ hàn theo tín hiệu quy định 10 Hình 1.6: Nhiệm vụ của người giám sát - Người kiểm tra giám sát: Giám sát sự phối hợp làm việc của cả nhóm, trực an toàn và xử lý tình trạng khẩn cấp 3. Hệ thống trao đổi thông tin khi hàn dƣới nƣớc Mục tiêu: - Trình bày được sự cần thiết phải trang bị hệ thống trao đổi thông tin trong quá trình hàn dưới nước - Kết nối được hệ thông trao đổi thông tin từ người điều khiển trên mặt nước và người thực hiện hàn dưới nước. - Kiểm tra được thông tin đảm bảo tính liên tục và chất lượng thông tin. 3.1. Đàm thoại Được thực hiện thông qua thiết bị hữu tuyến bằng giọng nói, hai chiều như điện thoại, theo ngôn ngữ bản địa giữa nhóm làm việc dưới nước và nhóm trên mặt nước. Các thông tin trao đổi bao gồm đóng ngắt máy hàn, tăng giảm cường độ dòng điện, hệ thống cấp khí dưỡng sinh, tình trạng khẩn cấp... 3.2. Hình ảnh Hình ảnh camera thụ động giám sát quá trình làm việc, thiết bị này chỉ có trong các thiết bị hàn mới hoặc các bể kính dành cho luyện tập. Khi sử dung thiết bị này đòi hỏi phải có người có chuyên môn theo dõi. a- Quan sát trực tiếp b- Quan sát thông qua camera Hình 1.7: Quan sát thông qua hình ảnh 4. Vật liệu hàn dƣới nƣớc Mục tiêu: - Trình bày được đặc điểm tác dụng của các loại vật liệu hàn dưới nước. 11 4.1. Yêu cầu Hai quá trình hàn dưới nước là hàn khô và hàn khô cục bộ dưới nước về cơ bản đã tạo cho vùng hàn một môi trường gần giống như trong không khí, vì vậy sự ảnh hưởng của vật liệu đến quá trình hàn dưới nước có thể coi là vật liệu hàn trong điều kiện thông thường. Khác với hai quá trình trên, quá trình hàn dưới nước bằng phương pháp hàn ướt lại rất cần quan tâm đến vật liệu sử dụng trong quá trình hàn do trong quá trình hàn sự khuếch tán hydro rất mạnh, khí sinh ra từ khi lớp thuốc bọc que hàn nóng chảy có thể gây nên các vết rỗ khí làm giảm cường độ của mối hàn. Để đảm bảo hồ quang cháy ổn định trong nước và cho chất lượng mối hàn tốt thì thành phần thuốc bọc que hàn phải có đầy đủ thành phần với các tác dụng như: chống thấm nước, tạo khí bảo vệ mối hàn, tạo xỉ, hợp kim hóa mối hàn. Vật liệu được sử dụng đến trong quá trình hàn dưới nước bao gồm: - Vật liệu cơ bản (chế tạo các kết cấu: tàu thủy; giàn khoan dầu...) - Vật liệu chế tạo que hàn (lõi que hàn; thuốc bọc que hàn) 4.2. Cấu tạo que hàn để hàn dưới nước Que hàn dưới nước là một loại que hàn hồ quang đặc biệt có hình dạng cơ bản như một que hàn hồ quang thông thường và có thêm các phần để đảm bảo các yêu cầu khác khi hàn dưới nước. Cấu tạo que hàn hồ quang tay để hàn dưới nước gồm 3 phần: Phần 1: Lõi que hàn Phần 2: Vỏ thuốc bọc Phần 3: Lớp chống thấm nước cho vỏ thuốc bọc Hình 1.8: Cấu tạo que hàn hồ quang để hàn dưới nước 1. Lõi que 2. Thuốc bọc 3. Lớp chống thấm D - Đường kính que hàn L - Chiều dài que hàn l - Chiều dài đuôi que α - Góc vát đầu que hàn a. Lõi que hàn 12 - Phần lõi que là những đoạn dây kim loại có các kích thước cơ bản sau đây: + Chiều dài que L = 300 ÷ 500 mm; + Đường kính lõi que d = 3 ÷ 5 mm và cỡ của que hàn được gọi theo đường kính của lõi que; Một đầu để trần không bọc thuốc dùng để kẹp que hàn dài từ 15 ÷ 30 mm, đầu còn lại được vê vát sạch thuốc bọc có độ hở 1 ÷ 2 mm; Chiều dày lớp thuốc bọc lớn hơn so với thuốc bọc của que hàn hồ quang thông thường δ = 2 ÷ 3 mm. Hình 1.9: Que hàn dùng cho hàn dưới nước b. Vỏ bọc que hàn. Trong quá trình hàn dưới nước, thuốc bọc que hàn đóng vai trò rất quan trọng và ảnh hưởng nhiều tới khả năng mồi hồ quang, độ ổn định của hồ quang từ đó ảnh hưởng đến chất lượng của mối hàn. Thuốc bọc que hàn bao gồm nhiều hợp chất hoá học khác nhau (các chất khoáng CaCO 3 , MgCO 3 , CaF 2 …), các quặng (quặng Mangan), sa khoáng (ilmenhit, rutil), Các chất hữu cơ (Xenlulôzơ, tinh bột,...), các fero hợp kim (Fe–Mn, Fe–Si, Fe - Ti,…) đóng vai trò khác nhau trong thành phần mẻ liệu thuốc bọc que hàn. Mỗi thay đổi của một hợp chất đều ảnh hưởng tới chất lượng của mối hàn. Cũng giống như que hàn hồ quang thông thường việc đánh giá vai trò của các hợp chất ta có thể phân nhóm theo tác dụng của nó trong quá trình hàn. * Nhóm vật liệu tạo khí Khi hàn hồ quang nhóm hợp chất này sẽ phân huỷ, sinh ra khí CO 2, có tác dụng bảo vệ, cách ly hồ quang hàn và vũng hàn với môi trường xung quanh. Nhóm này gồm các chất như: - Các khoáng chất gốc cacbonat: Đá vôi (CaCO3), đôlômit (CaCO3.MgCO3) - Các hợp chất hữu cơ (Cn(H2O)n-1): Tinh bột (C12(H2O)11), xenlulô (Cellulo) (bột gỗ),… Khi hàn các hợp chất này sẽ phân hủy và sinh khí theo các phản ứng sau: CaCO3 → CaO + CO2 (2.1) MgCO3 → MgO + CO2 (2.2) CO2 → CO + 1/2O2 (2.3) Cn(H2O) n-1→(n-1)CO + (n-1) H2 + C (2.4) 13 Khí CO 2 tạo ra theo các phản ứng trên, một phần tham gia vào thành phần khí bảo vệ vùng hồ quang và kim loại vũng hàn, bảo đảm quá trình kết tinh ở vũng hàn tốt, phần còn lại bị phân huỷ thành khí CO theo phản ứng (2.3). * Nhóm vật liệu tạo xỉ Nhóm này có chức năng bảo vệ kim loại vũng hàn và tinh luyện kim loại mối hàn, cải thiện kim loại mối hàn, cũng như có tác dụng tạo dáng mối hàn. Chủng loại của nhóm này rất đa dạng: + Các ôxyt : SiO2 , MnO, Fe2O3 , Fe3O4 , Al2O3 , TiO2 ,… + Từ quặng: quặng Mangan (MnO2 , MnO), cao lanh (Al2O3 , SiO2), bôxit, bột tan, Hêmantit (ôxyt sắt màu đỏ sẫm Fe2O3), Magnetit (Fe3O4), trường thạch… + Từ sa khoáng: cát thạch anh (SiO2), Rutil (TiO2), Ilmenhit (TiO2, SiO2, Fe2O3), … + Các hợp chất halogen: CaF2 (từ huỳnh thạch),… + Các phức chất khác: Na2SiF6 ,… * Nhóm vật liệu chất khử, hợp kim hóa và biến tính kim loại mối hàn. Nhóm này thường có tác dụng khử ôxi và các tạp chất có hại (S, P). Đó là các fero hợp kim (Fe-Si, Fe-Mn, Fe-Ti,...) và bột Al. Hoặc có tác dụng biến tính kim loại mối hàn (Fe-Ti, Fe-V, Fe-Mo, Fe-Nb) và cao hơn nữa là hợp kim hóa kim loại mối hàn (đặc biệt hay được sử dụng khi hàn đắp). Đó là các fero hợp kim, bột kim loại, như Fe-Si, Fe-Mn, Fe-Ti, Fe-Cr, Fe-Ni, Fe-V, FeMo, Fe-W, bột Al,…với hàm lượng fero hợp kim khác nhau và kích thước hạt nhất định phù hợp với mức độ hoạt tính hóa học và chức năng của mỗi nguyên tố. * Nhóm vật liệu ổn định hồ quang. Là những hợp chất có điện thế ion thấp, giúp cho việc gây hồ quang được dễ dàng và duy trì hồ quang cháy ổn định, điều này cũng còn giúp cho việc hình thành mối hàn đều và đẹp. Đó là những hợp chất thuộc các nhóm sau: + Kim loại kiềm : K2O, Na2O từ nước thủy tinh kali (potash K2SiO3), Na2O từ nước thủy tinh natri (soda Na2SiO3). + Kim loại kiềm thổ : CaO, MgO,… từ các chất CaCO3 , MgCO3 , trừ CaF2, chất này làm giảm tính ổn định của hồ quang hàn. Ngoài ra có thể bổ sung các chất như: Fenspat (trường thạch), bột mica, đioxit titan (TiO2 ) cũng có tác dụng tăng tính ổn định của hồ quang hàn. Sự ổn định của hồ quang hàn có thể được đánh giá thông qua chiều dài đứt (lđ )của hồ quang hàn hay còn gọi là chiều dài tới hạn của hồ quang và sự ảnh hưởng của một số hợp chất phổ biến đến sự ổn định của hồ quang. * Nhóm vật liệu tạo hình. Là những hợp chất làm tăng tính dẻo và độ bám chắc của vỏ thuốc bọc với lõi que, giúp cho que hàn khi mới ép giữ được hình dáng cần thiết và không bị biến dạng do va đập khi phóng que, tiếp xúc với băng truyền. Đồng thời để giảm ma sát với khuôn ép và tăng độ nhẵn của bề mặt vỏ thuốc bọc, thường dùng các 14 chất có tác dụng bôi trơn và làm tăng độ dẻo của thuốc bọc, như cao lanh, bột tan, bột mica,... * Nhóm chất dính kết Để liên kết các thành phần của mẻ liệu và tạo khả năng bám dính với lõi que, thường sử dụng nước thủy tinh natri và kali với các tỉ trọng và modul khác nhau. Chẳng hạn, tỷ trọng của nước thủy tinh natri (Na2O.SiO2) thường là: 1,36 – 1,5g/cm3 và modul: 2,65 – 3,40. c. Lớp chống thấm nước Lớp chống thấm nước có tác dụng giữ cho lớp thuốc bọc luôn khô ráo, không bị ngấm nước, có như thế thi khi mồi hồ quang và khi hồ quang cháy thuốc bọc mới nóng chảy tạo ra các phản ứng hóa học, sinh ra các khí bảo vệ và các chức năng khác. Lớp chống thấm bọc trên que hàn có thể là 1 hoặc 2 lớp có chiều dày từ 0,2 đến 0,8 mm. Một trong những điều kiện quan trọng khi hàn trong nước bằng que hàn hồ quang tay là cần sử dụng các chủng loại que hàn với một lớp vỏ bọc chống thấm nước tương đối dày ở ngoài. Vỏ bọc của que hàn dưới nước do bị làm nguội mãnh liệt từ bên ngoài nên bao giờ cũng nóng chảy chậm hơn so với lõi que và tạo nên hình phễu dạng cốc ở đầu que hàn. Phễu dạng cốc này đảm bảo cho ổn định cho bong bong khí ở đầu que hàn và giữ cho hồ quang ổn định Mặt trái của lớp vỏ bọc chống thấm nước là nó có chiều dày lớn khá lớn, khi nước bốc hơi mãnh liệt trong vùng tiếp giáp với lõi que sẽ phá huỷ vỏ bọc que hàn ra làm nhiều mảnh nhỏ. Thuốc bọc que hàn ở bên trong lớp vỏ bọc khi bị thấm nước trở nên dẫn điện khi đó dòng điện chạy thẳng từ lõi que ra môi trường xung quanh và vỏ bọc bắt đầu bị phân huỷ. Hydro thoát ra một cách mãnh liệt từ bề mặt của lõi que cũng là yếu tố phá huỷ thêm vỏ bọc dẫn đến que hàn không sử dụng được nữa. Hiện tượng phá huỷ điện ly này càng xảy mãnh liệt trong môi trường nước biển vì vậy đối với các chủng loại que hàn dưới nước dùng trong môi trường nước biển đòi hỏi các yêu cầu kỹ thuật cao và chặt chẽ đối với vỏ bọc chống thấm nước. Lớp vỏ bọc chống thấm nước được tạo nên bằng cách thấm vỏ bọc que hàn bằng nhiều dạng dung dịch có thành phần khác nhau. Phương pháp cổ điển nhất là dùng dung dịch thẩm thấu bằng dung dịch paraphin (nến). Trong phương pháp này que hàn được sấy khô được nhúng vào bể paraphin nấu lỏng ở nhiệt độ 120 ÷ 160O C trong thời gian 30 phút sau đó lấy ra khỏi bể và làm nguội trong không khí ở tư thế thẳng đứng. Lớp vỏ bọc chống thấm bằng paraphin thường thường có tính chất co ngót lớn vì vậy sau khi nguội đi dễ tạo ra các bọt khí và làm giảm khả năng chống thấm nước của lõi que, vì vậy sau khi que hàn được làm nguội tiếp tục nhúng nhanh lần thứ 2 vào bể paraphin lỏng một lần nữa. Kết quả là trên bề mặt của que hàn tồn tại một lớp màng paraphin che kín hết các bọt khí. 15 Paraphin trắng là loại tốt nhất để dùng trong công việc này. Thông thường tiêu tốn khoảng 40 ÷ 50 kg cho 1 tấn que hàn. Lớp vỏ bọc chống thấm nước bằng paraphin tuy vậy cũng chỉ đạt mức chất lượng trung bình và thường được sử dụng để hàn các kết cấu trong môi trường nước ngọt. Để có thể thực hiện công việc hàn dưới nước cho các kết cấu công trình biển và cả trong môi trường nước ngọt, giải pháp tốt hơn và đảm bảo hơn là lớp vỏ bọc chống thấm bằng dung dịch xenluloit hoà tan trong axeton. Các mảnh xenluloit (lấy từ phim ảnh đã bỏ đi được rửa sạch hết lớp bề mặt) được cắt ra thành các mảnh nhỏ hay dải nhỏ và hoà tan trong axeton với tỷ lệ: 80 ÷ 90 g/lít axeton. Que hàn được nhúng trong dung dịch này, sau đó sấy khô và nhúng tiếp một lần nữa. Sử dụng cho 1 tấn que hàn dưới nước thông thường dùng 3 kg xenluloit và 35 ÷ 40 lít axeton. Cần lưu ý rằng các nguyên vật liệu như xenluloit; axeton và dung dịch là các chất dễ bắt lửa vì vậy cần chú trọng đặc biệt đến các biện pháp an toàn lao động phòng chống cháy và bảo vệ môi trường. Lớp vỏ bọc chống thấm nước chế tạo theo cách này đảm bảo thoả mãn được tất cả các yêu cầu kỹ thuật và phù hợp để bảo quản que hàn lâu dài. Ngoài các phương pháp kể trên còn có thể sử dụng một số loại dung dịch khác như sơn Nitro, một số loại nhựa hoặc dung dịch nhựa đường pha với xăng. d. Yêu cầu đối với que hàn dưới nước - Yêu cầu chung Que hàn phải đạt được các yêu cầu chính sau: + Đảm bảo yêu cầu về cơ tính kim loại mối hàn. + Đảm bảo thành phần hóa học cần thiết cho kim loại mối hàn. + Que hàn có tính công nghệ tốt. + Giá thành sản phẩm phù hợp. - Yêu cầu về đặc tính công nghệ đối với que hàn dưới nước. Bao gồm các chỉ tiêu chủ yếu sau: + Dễ gây hồ quang, hồ quang cháy ổn định khi hàn với dòng điện và chế độ hàn quy định trên nhãn mác. + Thuốc bọc nóng chảy đều, không vón cục gây khó khăn cho việc hàn. + Có khả năng hàn được mối hàn ở nhiều vị trí trong không gian. + Kim loại mối hàn ít bị khuyết tật : nứt, rỗ khí, rỗ xỉ,… + Tạo dáng mối hàn tốt : bề mặt mối hàn mịn, phần chuyển tiếp với kim loại cơ bản đều đặn. + Xỉ dễ nổi, phủ đều, dễ bong khỏi mối hàn khi nguội. + Trong quá trình hàn kim loại lỏng ít bị bắn tóe ra xung quanh. + Có năng suất hàn cao (có hệ số đắp cao). + Lượng khí độc tạo ra ở mức độ cho phép, đảm bảo vệ sinh công nghiệp. - Yêu cầu về đặc tính công nghệ đối với vỏ bọc que hàn dưới nước Vỏ thuốc bọc của que hàn phải đảm bảo các yêu cầu và chức năng sau: + Tạo ra môi trường ion hóa tốt để đảm bảo dễ gây hồ quang và hồ quang cháy ổn định. Thường dùng các nguyên tố thuộc nhóm kim loại kiềm hoặc kiềm thổ. 16 + Tạo ra khí bảo vệ vùng hàn, không cho nó tiếp xúc với oxy và nitơ của môi trường xung quanh. Thường dùng các chất hữu cơ (tinh bột, xenlulô,…), các khoáng chất gốc cacbonat (đôlômit, đá cẩm thạch…). + Tạo lớp xỉ mỏng phủ đều lên bề mặt kim loại mối hàn, bảo vệ không cho không khí xâm nhập trực tiếp vào vũng hàn và tạo điều kiện cho mối hàn nguội chậm. Đảm bảo hàn được các tư thế khác nhau trong không gian. Lớp xỉ này phải dễ bong sau khi mối hàn nguội. Thường dùng các loại như: TiO2, MnO, SiO2, Al2O3 , CaF2,… + Có khả năng khử oxy và các tạp chất có hại (S, P), tinh luyện kim loại. Đồng thời có thể hợp kim hóa kim loại mối hàn nhằm nâng cao hoặc cải thiện thành phần hóa học và cơ tính của kim loại mối hàn. Trong vỏ thuốc bọc, các ferro hợp kim thường được đưa vào để thực hiện chức năng này. + Ít khuyết tật bên trong: Rỗ khí, ngậm xỉ, không ngấu,… + Đảm bảo tính bong xỉ cao: Có thể tự bong hoặc có thể dùng bàn chải sắt, búa gõ nhẹ làm sạch xỉ hàn. + Đảm bảo yêu cầu vệ sinh công nghiệp: Lượng khí có hại và bụi sinh ra trong giới hạn cho phép. + Thuốc bọc có độ bền cần thiết, độ bám chắc cao (không bị vỡ, nứt trong quá trình vận chuyển và bảo quản), bảo vệ lõi que không bị ôxi hóa, khả năng chống hút ẩm cao. Thường dùng nước thủy tinh, dextrin,… + Nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp vỏ thuốc bọc phải đảm bảo yêu cầu, thuốc cháy đều và không rơi thành cục. + Lớp chống thấm phải đảm bảo độ dày cần thiết đủ để nước không thấm vào lớp thuốc bọc, cũng không quá dày làm ảnh hưởng đến sự nóng chảy của lớp thuốc bọc. + Khi hàn dưới nước, sự mất nhiệt do tiếp xúc trực tiếp với nước làm ảnh hưởng nhiều đến chất lượng mối hàn, để khắc phục hiện tượng này trong thành phần của thuốc bọc cần có lượng bột sắt lớn, khi tham gia phản ứng ô xy hóa lượng bột sắt này sinh nhiệt bù lại lượng nhiệt đã hao hụt, đảm bảo chất lượng của quá trình hàn. - Yêu cầu kỹ thuật chung đối với chế tạo que hàn. Ngoài nững yêu cầu đã nêu ở phần đặc tính công nghệ của que hàn ở phần trước, khi chế tạo que hàn phải đảm bảo thêm các yêu cầu sau đây: + Lớp thuốc bọc phải đảm bảo đồng tâm với lõi que, độ lệch tâm trung bình cho phép của que hàn không vượt quá 3% so với đường kính ngoài que hàn: Hình 1.10. Độ lệch tâm của vỏ bọc que hàn. 17 Trong đó: e : Là độ lệch tâm của vỏ bọc que hàn,%. δ1 : Chiều dày lớn nhất của mép ngoài mặt cắt vỏ bọc với đường kính lõi que δ2 : Chiều dày nhỏ nhất của mép ngoài mặt cắt vỏ bọc với đường kính lõi que D: Đường kính ngoài que hàn, mm. d: Đường kính lõi que hàn, mm + Độ ẩm thuốc bọc que hàn nhỏ hơn 1%; + Độ bám dính của vỏ bọc thể hiện qua chỉ số: Sau khi đã sấy khô, que hàn không bị rã thuốc bọc khi ngâm trong nước 24 giờ ở nhiệt độ môi trường; - Yêu cầu về thành phần hóa học của kim loại đắp theo hàm lượng các tạp chất: S, P. - Yêu cầu về hệ số thuốc bọc que hàn: là tỷ số trọng lượng thuốc bọc trên trọng lượng lõi thép (không bao gồm 2 đầu mút). Trong đó: K : Hệ số thuốc bọc, (%). G1 : Trọng lượng thuốc bọc que, (g). G : Trọng lượng lõi thép phần có thuốc bọc, (g). Đối với que hàn dưới nước là loại que hàn mà thuốc có độ dày thông thường thì hệ số thuốc bọc nằm trong khoảng 30 – 35% là hợp lý. 5. Kỹ thuật hàn dƣới nƣớc 5.1. Lựa chọn phương pháp: Có hai phương pháp hàn là phương pháp hàn ướt và hàn khô. - Hàn ướt: +Là phương pháp chỉ được thực hiện dưới nước, làm việc trực tiếp với môi trường nước, sử dụng que hàn nóng chảy MMA; nguồn điện được cung cấp bởi cáp hàn đến thợ nặn. Điện cực có thể sử dụng que hàn Ẻ601 chống thấm nước, nếu cách điện bị rò rỉ, dòng điện sẽ truyền ra ngoài gây tổn thất và làm nóng nước + Do làm việc trong môi trường nước xung quanh, nên xảy ra hiện tượng phân li hidro kéo theo kích thước khu vực ảnh hưởng nhiệt (HAZ) và mối hàn; điều này gây ra hệ quả là làm cho mối hàn bị giòn, nứt tế vi và có thể gây nên hiện tượng làm hỏng kết cấu hàn + Tầm quan sát bị hạn chế, sau một thời gian hàn người thợ khó quan sát được mối hàn do phản ứng tạo thành các đám mây bao bọc xung quanh khu vực hồ quang + Đòi hỏi thợ hàn có chuyên môn cao, sức khỏe tốt và khả năng nặn - Hàn khô: + Được làm vệc trong một buồng kín, trong buồng kín chứa đầy heli có áp suất bằng áp suất khỉ quyển. + Mối hàn hình thành tốt, nhưng không phải kết cấu nào cũng thực hiện được bằng phương pháp này 18 5.2. Các thông số hàn chính Khi hàn ướt dưới nước, để đảm bảo đủ nguồn nhiệt làm nóng chảy vật hàn và đẩy được nước khỏi đầu que để tạo thành vùng hồ quang, mặt khác còn bổ sung đủ nguồn nhiệt để phù hợp với tốc độ nguội, chế độ hàn dưới nước thường được chọn như sau Ih = (60  100)dq hoặc chọn theo bảng sau: Vị trí PC (ngang) (A) PE (ngửa) (A) PG (đứng) (A) PA (sấp) (A) 2,5 180 200 220 240 3,2 220 240 260 280 4 240 260 300 350 5 260 280 320 400 dq (mm) 5.3. Chuyển động của que hàn Để tạo cho mối hàn có độ ổn định nên giao động que hàn kiểu đường thẳng, nếu cần bề rộng mối hàn lớn nên giao động kiểu răng cưa hoặc bán nguyệt Hình 1.11: Giao động que hàn 5.4. Luyện tập hàn dưới nước (Có trình tự kèm theo) - Luyện tập cách chuẩn bị - Tín hiệu thông tin - Hàn đường thẳng trên mặt phẳng vị trí bằng 6. An toàn lao động và vệ sinh môi trƣờng - Trước khi hàn dưới nước phải được kiểm tra sức khỏe, nếu có đủ sức khỏe mới được thực hiện luyện tập. - Thiết bị hàn phải đảm bảo được tính cách điện và hạn chế điện thế thế hàn ở mức 50V - Khi áp suất của nước tăng do áp suất thủy tĩnh, ni tơ có nguy cơ ngấm qua da vào máu vì vậy cần cung cấp đủ dưỡng khí để bão hòa ni tơ - Khi hàn xong, thợ hàn muốn ra khỏi môi trường nước phải nổi nên từ từ, tránh ra khỏi môi trường nước một cách đột ngột. - Hệ thống thông tin liên lạc phải đảm bảo liên lạc thông suốt, phải dừng làm việc, ra khỏi nước khi hệ thống có trục trặc. - Nếu nặn sâu, khi ra khỏi nước phải thực hiện đúng quy trình điều hòa áp suất khi ra khỏi môi trường nước 19 * Trình tự thực hiện luyện tập hàn dưới nước Nội Dụng dung cụ TT Hình vẽ minh họa công Thiết việc bị Kiểm tra sức khỏe Yêu cầu đạt đƣợc Dụng cụ y tế Theo quyết định của nhân viên y tế 2 Chuẩn bị thiết bị nặn Thiết bị bảo hộ nặn - Bộ đồ lặn đạt tiêu chuẩn - Thiết bị thông tin liên lạc sẵn sàng - Các bộ phận trong nhóm thống nhất được quy ước thông tin và nhiệm vụ từng người 3 Chuẩn Thiết bị dụng bị hàn, cụ thiết bồn bị hàn, hàn bể hàn - Thiết bị đảm bảo độ cách điện - Phôi hàn đúng kích thước - Áp suất trong bể đúng quy định 1