Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của khí bảo vệ trong công nghệ hàn mag tới chất lượng của mối hàn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NGUYỄN HẢI ðƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ BẢO VỆ TRONG CÔNG NGHỆ HÀN MAG TỚI CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: PGS,TS. NGUYỄN THÚC HÀ Hà Nội - Năm 2010 ` LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những số liệu và kết quả ñược trình bày trong luận văn là khách quan, trung thực và chưa từng ñược bất kỳ tác giả nào công bố dùng ñể bảo vệ một học vị nào khác. Các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc. Mọi sự giúp ñỡ cho việc hoàn thành luận văn ñã ñược cảm ơn. Tác giả luận văn Nguyễn Hải ðường Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 2 LỜI CÁM ƠN Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, tôi ñã nhận ñược sự giúp ñỡ và cộng tác nhiệt tình của nhiều tập thể cũng như các cá nhân trong và ngoài Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, Trường ðại học Bách khoa Hà Nội. ðến nay luận văn của tôi ñã hoàn thành, tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Phó giáo sư Tiến sĩ Nguyễn Thúc Hà ñã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này Tôi xin trân thành cám ơn các Thầy giáo, Cô giáo Khoa Cơ ñiện, Viện ñào tạo sau ñại học, ñặc biệt là Bộ môn Công nghệ Cơ khí Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã ñóng góp ý kiến, tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin trân thành cám ơn các Thầy giáo, cán bộ Thí nghiệm thuộc Bộ môn Hàn – Công nghệ kim loại Trường ðại học Bách khoa Hà Nội, các bạn bè ñồng nghiệp ñã giúp ñỡ, tạo mọi ñiều kiện về cơ sở vật chất, trang thiết bị cho tôi triển khai thực hiện và hoàn thành luận văn. Nhân dịp này cho tôi ñược gửi lời cảm ơn tới các Thầy giáo, Cô giáo ñã giảng dạy và truyền ñạt cho tôi những kiến thức khoa học trong suốt thời gian học tập ở lớp Cao học Cơ khí khóa 17, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội. Tôi xin trân thành cám ơn ! Tác giả luận văn Nguyễn Hải ðường Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 3 MỤC LỤC Trang Mở ñầu 12 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HÀN HỒ QUANG TRONG MÔI TRƯỜNG 14 KHÍ BẢO VỆ 1. Sự phát triển của ngành hàn và vai trò của nó trong công nghiệp 14 1.1. Lịch sử phát triển của ngành hàn 14 1.2.Vai trò của công nghệ hàn trong các ngành công nghiệp 15 2. Phân loại các phương pháp hàn 16 3. Phương pháp hàn nóng chảy 17 4. Tình hình nghiên cứu về hàn MAG 24 4.1. Trong nước 24 4.2. Ngoài nước 27 5. Vấn ñề nghiên cứu 27 5.1. Phương hướng nghiên cứu 27 5.2. Mục ñích của ñề tài 29 Chương 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ HÀN MAG 1. Quá trình hàn MAG 30 30 1.1. Bản chất 30 1.2. ðặc ñiểm, ứng dụng của hàn MAG 31 1.2.1 ðặc ñiểm 31 1.2.2. Ứng dụng của hàn MAG 31 1.3.Thiết bị, vật liệu 32 1.3.1. Thiết bị 32 1.3.2. Vật liệu 34 1.4. Công nghệ hàn MAG 37 1.4.1. Chuẩn bị liên kết trước khi hàn 37 1.4.2. Chế ñộ hàn 38 a. Dòng ñiện 38 b. ðiện áp hàn 38 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 4 c. Tốc ñộ hàn 38 d. Phần nhô của ñiện cực hàn (Tầm với ñiện cực) 39 e. Lưu lượng khí hàn 40 50 1.4.3. Kỹ thuật hàn 2. Các phương thức chuyển dịch kim loại lỏng khi hàn MAG 51 2.1. Chuyển dịch kim loại dạng cầu 52 2.2. Chuyển dịch kim loại dạng phun 53 2.3. Chuyển dịch kim loại dạng ngắn mạch hoặc nhỏ giọt 53 3. Chụp khí và ảnh hưởng của nó tới quá trình bảo vệ vùng hàn 54 3.1. Chụp khí 54 3.2. Ảnh hưởng của chụp khí tới quá trình bảo vệ vùng hàn 55 4. Nghiên cứu ảnh hưởng của khí bảo vệ CO2 tới chất lượng mối hàn 55 4.1. Khí CO2 55 4.2. Tính chất của CO2 với hồ quang hàn và kim loại mối hàn 57 4.3. Quá trình lý hoá 59 4.4. Hiệu quả bảo vệ mối hàn của khí CO2 61 Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ 66 BẢO VỆ TRONG CÔNG NGHỆ HÀN MAG TỚI CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN 1. Chất lượng khí bảo vệ 68 2. Lưu lượng khí bảo vệ 73 3. Môi trường xung quanh 79 4. Góc nghiêng ñầu hàn so với bề mặt vật hàn 83 5. Khoảng cách từ vòi phun tới vật hàn 88 6 . Hình dáng liên kết hàn 93 7. ðộ sạch của Vòi phun 98 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 102 1. Kết luận 103 2. Kiến nghị 103 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 5 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2-1 Giới thiệu một số loại dây hàn thông dụng theo AWS 35 Bảng 2-2 Thành phần hoá học của một số loại dây hàn thông dụng 36 Bảng 2-3 Giới thiệu ứng dụng của một số loại khí và hỗn hợp khí bảo vệ 37 Bảng 2-4 Bảng tra chế ñộ hàn thép các bon và hợp kim thấp kiểu hàn sấp 40 Bảng 2-5 Chế ñộ hàn sấp, mỏ hàn nghiêng về phía trước 41 Bảng 2-6 Chế ñộ hàn sấp và hàn ngang, mỏ hàn nghiêng về phía trước 41 Bảng 2-7 Chế ñộ hàn ñứng từ dưới lên 41 Bảng 2-8 Chế ñộ hàn ñứng từ dưới lên, liên kết hàn chữ T, mỏ hàn nghiêng 42 về phía trước, dòng một chiều cực nghịch Bảng 2-9 Chế ñộ hàn sấp liên kết giáp mối và liên kết chữ T. Hàn ngang liên 42 kết chữ T Bảng 2-10 Bảng tra chế ñộ hàn thép Các bon và hợp kim thấp - Kiểu hàn 43 ñứng Bảng 2-11 Chế ñộ hàn tự ñộng và bán tự ñộng khí CO2 , hàn ống giáp mối 44 Bảng 2-12 Chế ñộ hàn hỗn hợp khí Ar+CO2 44 Bảng 2-13 Chế dộ hàn thép không gỉ, hàn sấp mối hàn giáp mối 45 Bảng 2-14 Chế ñộ hàn thép không gỉ. Dịch chuyển ngắn mạch. hàn sấp giáp 46 mối, hàn ngang liên kết chồng và liên kết chữ T. Dòng một chiều cực nghịch Bảng 2-15 Chế ñộ hàn tự ñộng và bán tự ñộng khí CO2 với thép các bon và 46 thép hợp kim thấp Bảng 2-16 Chế ñộ hàn tự ñộng và bán tự ñộng khí CO2 với thép các bon và 47 thép hợp kim thấp, mối hàn góc Bảng 2-17 Hệ số ñắp khi hàn trong môi trường CO2 49 Bảng 2-18 Chất lượng khí CO2 dùng bảo vệ mối hàn 57 Bảng 3-1 Kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của chất lượng khí bảo vệ 72 Bảng 3-2 Kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của lưu lượng khí bảo vệ 78 Bảng 3-3 Kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của môi trường xung quanh 83 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 6 Bảng 3-4 Kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của góc nghiêng ñầu hàn so với 88 bề mặt vật hàn Bảng 3-5 Kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của khoảng cách từ vòi phun tới 92 vật hàn Bảng 3-6 Kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của hình dáng liên kết hàn 97 Bảng 3-7 Kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của ñộ sạch vòi phun 101 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢN VẼ Trang Hình 1-1 Các phương pháp hàn 16 Hình 1-2 Nguyên lý hàn hồ quang tay 18 Hình 1-3 Sơ ñồ hàn dưới lớp thuốc bảo vệ 20 Hình 1-4 Máy hàn dưới lớp thuốc bảo vệ 20 Hình 1-5 Phân loại hàn trong môi trường khí bảo vệ 21 Hình 1-6 Sơ ñồ nguyên lý hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí trơ 22 Hình 1-7 Vùng hồ quang và vũng hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường 22 khí trơ Hình 1-8 Sơ ñồ hàn hồ quang ñiện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo 23 vệ Hình 2-1 Sơ ñồ nguyên lý hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo 30 vệ Hình 2-2 Hệ thống thiết bị hàn 32 Hình 2-3 Bộ cấp dây hàn MAG 33 Hình 2-4 Mỏ hàn MAG 33 Hình 2-5 ðồng hồ, van giảm áp và bộ sấy khí CO2 34 Hình 2-6 Dây hàn MAG 34 Hình 2-7 Khí hàn MAG 37 Hình 2-8 Liên kết trước khi hàn 38 Hình 2-9 Phần nhô ra của ñiện cực hàn ( Tầm với ñiện cực) 30 Hình 2-10 Lưu lượng khí CO2 40 Hình 2-11 Góc nghiêng mỏ hàn 50 Hình 2-12 Chiều dịch chuyển mỏ hàn 50 Hình 2-13 Hồ quang của kiểu chuyển dịch dạng cầu 52 Hình 2-14 Hồ quang của kiểu chuyển dịch dạng phun 53 Hình 2-15 Biểu ñồ giao ñộng hồ quang của kiểu chuyển dịch ngắn mạch 54 Hình 2-16 Chụp khí hàn MAG 55 Hình 2-17 Bộ phận sấy khí bảo vệ khi hàn MAG 56 Hình 2-18 Quá trình lý hoá sảy ra khi hàn MAG 61 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 8 Hình 2-19 Sơ ñồ lưu lượng khí bảo vệ khác nhau 62 Hình 2-20 Khí bảo vệ chịu tác ñộng của gió 62 Hình 2-21 Sơ ñồ hoá mặt cắt cột khí bảo vệ 63 Hình 2-22 Góc nghiêng ñầu hàn 63 Hình 2-23 Khoảng cách từ vòi phun tới vật hàn 64 Hình 2-24 Hàn góc trong 64 Hình 2-25 Hàn góc ngoài 65 Hình 2-26 Vòi phun bị hạt kim loại bám vào 65 Hình 3-1 Thiết bị, dụng cụ, vật tư thí nghiệm hàn MAG 67 Hình 3-2 Khí bảo bệ trong hàn MAG 68 Hình 3-3 Mối hàn chất lượng khí bảo vệ tốt 69 Hình 3-4 Mối hàn chất lượng khí bảo vệ trung bình 69 Hình 3-5 Mối hàn chất lượng khí bảo vệ kém 69 Hình 3-6 Các mối hàn chịu ảnh hưởng của chất lượng khí bảo vệ 71 Hình 3-7 ðiều chỉnh lưu lượng khí bảo vệ 73 Hình 3-8 Sơ ñồ các vùng hàn với lưu lượng khí bảo vệ khác nhau 74 Hình 3-9 Mối hàn MAG với lưu lượng khí bảo vệ nhiều hơn yêu cầu 74 Hình 3-10 Mối hàn MAG với lưu lượng khí bảo vệ ñúng theo yêu cầu 75 Hình 3-11 Mối hàn MAG với lưu lượng khí bảo vệ ít hơn yêu cầu 75 Hình 3-12 Các mối hàn chịu ảnh hưởng của lưu lượng khí bảo vệ khác nhau 78 Hình 3-13 Sơ ñồ hàn MAG với các ñiều kiện môi trường khác nhau 79 Hình 3-14 Mối hàn MAG khi hàn có gió và không có tấm trắn 80 Hình 3-15 Mối hàn MAG khi hàn có gió và ñã tăng lưu lượng khí bảo vệ 80 Hình 3-16 Mối hàn MAG khi hàn có gió và có tấm trắn bảo vệ 80 Hình 3-17 Các mối hàn chịu ảnh hưởng của ñiều kiện môi trường khác nhau 82 Hình 3-18 Hàn MAG với góc nghiêng ñầu hàn khác nhau 84 Hình 3-19 Mối hàn MAG khi góc nghiêng ñầu hàn so với bề mặt vật hàn nhỏ 85 Hình 3-20 Mối hàn MAG khi góc nghiêng ñầu hàn so với bề mặt vật hàn lớn 85 Hình 3-21 Các mối hàn chịu ảnh hưởng của góc nghiêng ñầu hàn khác nhau 87 Hình 3-22 Hàn MAG với khoảng cách từ vòi phun tới vật hàn khác nhau 89 Hình 3-23 Mối hàn MAG với khoảng cách từ vòi phun tới vật hàn lớn 89 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 9 Hình 3-24 Mối hàn MAG với khoảng cách từ vòi phun tới vật hàn vừa phải 90 Hình 3-25 Các mối hàn chịu ảnh hưởng của khoảng cách từ vòi phun tới vật 92 hàn khác nhau Hình 3-26 Hàn MAG liên kết góc trong với lưu lượng khí bảo vệ khác nhau 93 Hình 3-27 Hàn MAG kết cấu góc ngoài với lưu lượng khí bảo vệ khác nhau 94 Hình 3-28 Mối hàn MAG với liên kết góc trong 94 Hình 3-29 Mối hàn MAG với liên kết góc ngoài 95 Hình 3-30 Mối hàn MAG với liên kết góc trong, góc ngoài 96 Hình 3-31 ðộ sạch vòi phun khác nhau 98 Hình 3-32 Mối hàn MAG khi vòi phun khí bị các hạt kim loại bám vào 99 Hình 3-33 Mối hàn MAG khi vòi phun khí không bị các hạt kim loại bám vào 99 Hình 3-34 Các mối hàn chịu ảnh hưởng của ñộ sạch vòi phun khác nhau 100 Hình 4-1 Một số hình ảnh về thí ngiệm hàn MAG 106 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 10 MỞ ðẦU Cùng với sự phát triển của các ngành cơ khí, công nghệ hàn kim loại cũng ñã có những bước phát triển vượt bậc ñóng vai trò rất quan trọng trong các ngành cơ khí, trong những năm gần ñây nhờ tiến bộ và ứng dụng khoa học kỹ thuật, một loạt các phương pháp hàn mới ra ñời, ñóng góp rất lớn vào sự phát triển kinh tế và sự nghiệp công nghiệp hoá hiện ñại hoá ñất nước. Ở nước ta trong những năm gần ñây ñược sự quan tâm của ðảng, Nhà nước cùng với các chính sách khuyến khích ñầu tư, ñổi mới công nghệ, hiện ñại hoá các thiết bị sản xuất cơ khí. Ngành Hàn cũng ñã ñược quan tâm và ñầu tư thoả ñáng nhờ vậy các khu công nghiệp, các Công ty, Xí nghiệp , Nhà máy và các cơ sở sản xuất cơ khí ñã ñầu tư, và ứng dụng công nghệ hàn tiên tiến vào sản xuất, một trong những công nghệ hàn tiên tiến ñang ñược ứng dụng có hiệu quả cao ñó là Công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ ( hàn MAG ) Tuy nhiên việc sử dụng khí bảo vệ trong công nghệ hàn MAG như thế nào cho hiệu quả và ảnh hưởng của chúng tới chất lượng mối hàn ra sao thì chưa ñược các cơ sở sản xuất quan tâm ñúng mức, dẫn ñến chất lượng mối hàn không cao, hiệu quả kinh tế còn hạn chế. ðề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của khí bảo vệ trong công nghệ hàn MAG tới chất lượng mối hàn: Sẽ giải quyết ñược bài toán sử dụng khí bảo vệ trong công nghệ hàn MAG như thế nào ñể ñem lại hiệu quả kinh tế cao và chất lượng hình dáng bề mặt mối hàn tốt, cũng như sự ảnh hưởng của khí bảo vệ trong công nghệ hàn MAG tới chất lượng mối hàn. Kết quả nghiên cứu của ñề tài là các kết luận kiến nghị về chế ñộ sử dụng khí bảo vệ trong công nghệ hàn MAG với các yếu tố công nghệ khác nhau, giúp cho người thợ hàn tính toán dự trù khí bảo vệ trong hàn MAG và ñặt chế ñộ hàn phù hợp . ðể giúp chúng ta có cái nhìn khoa học khi lựa chọn khí bảo vệ trong công nghệ hàn MAG và ñiều chỉnh ñúng lưu lượng khí khi dùng, cũng như các biện pháp ñể nâng cao tính bảo vệ của khí hàn, ñem lại hiệu quả kinh tế, ñảm bảo ñược chất lượng hình dáng bề mặt mối hàn theo yêu cầu kỹ thuật. Mục tiêu của ñề tài ñược thể hiện rõ qua tên của ñề tài là: Nghiên cứu ảnh hưởng của khí bảo vệ trong công nghệ hàn MAG tới chất lượng của mối hàn. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 11 Cấu trúc của luận văn gồm: Phần mở ñầu; chương 1,2,3, 4 phần tài liệu tham khảo; một số hình ảnh về quá trình thí nghiệm. Nội dung chính của luận văn: Chương 1. Chủ yếu nghiên cứu về tổng quan về hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ. Chương 2. Nghiên cứu lý thuyết về hàn MAG. Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của khí bảo vệ trong công nghệ hàn MAG tới chất lượng mối hàn. Chương 4. Kết luận và các kiến nghị. Tài liệu tham khảo Một số hình ảnh về thí nghiệm hàn MAG. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 12 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HÀN HỒ QUANG TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ BẢO VỆ 1. Sự phát triển của ngành hàn và vai trò của nó trong công nghiệp. 1.1. Lịch sử phát triển của ngành hàn. Năm 1802, viện sĩ Nga V.V Pê-tơ-rốp ñó tìm ra hiện tượng hồ quang ñiện và chỉ rõ khả năng sử dụng nhiệt năng của nó ñể làm nóng chảy kim loại, mở ra thời kỳ hàn hồ quang. Năm 1888, N.G Sla-vi-a-nốp ñó áp dụng ñiện cực nóng chảy-cực ñiện kim loại vào hồ quang ñiện, ñến năm 1907, kỹ sư Thuỵ ðiển Kenbbécgơ ñó phát hiện ra phương pháp ổn ñịnh quá trình phóng hồ quang và bảo vệ vùng hàn khỏi tác ñộng của không khí xung quanh bằng cách bọc lên ñiện cực kim loại một lớp thuốc. Việc ứng dụng que hàn có bọc thuốc ñã bảo ñảm chất lượng của mối hàn trong ngành công nghiệp lúc bấy giờ. Năm 1928, Alecxanñerơ (Mỹ) tìm ra phương pháp hàn hồ quang trong khí bảo vệ và ñưa 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 ñược sử dụng rộng rãi với những ưu ñiểm về chất lượng mối hàn và ñặc biệt là khả năng sử dụng dễ dàng ở mọi tư thế hàn và mọi vị trí hàn khác nhau. Năm 1929, người ta ñó tìm ra phương pháp hàn tự ñộng dưới lớp thuốc trong ñiều kiện thí nghiệm. Thời kỳ phát triển cao của công nghệ hàn tàu ñã ñược mở ra vào những năm cuối thập kỷ 30 và ñầu thập kỷ 40 sau những công trình nổi tiếng của viện sĩ E.O.Pa-ton về hàn dưới lớp thuốc. Phương pháp hàn này ñược ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ñóng tàu, ñó là thành tựu vô cùng to lớn của kỹ thuật hàn hiện ñại. Cho ñến nay, hàn dưới thuốc vẫn là phương pháp cơ khí hoá cơ bản trong kỹ thuật hàn trong ngành công nghiệp với những ưu ñiểm vượt trội về hiệu suất và chất lượng của mối hàn. Năm 1949 ñã ra ñời phương pháp hàn nóng chảy ñặc biệt - hàn ñiện xỉ. ðó là một phát minh nổi tiếng nữa của tập thể Viện hàn ñiện B.O Pa-tô. Hàn ñiện xỉ ñược nghiên cứu và ñưa vào sản xuất trong ngành công nghiệp từ những năm 50 ñể chế tạo các thiết bị nặng như lò hơi, tua bin, máy tời… Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 13 Các phương pháp hàn ngày càng ñược nghiên cứu và cải tiến ñể nâng cao năng suất, hiệu quả và chất lượng mối hàn cũng như nâng cao khả năng tự ñộng hóa. Từ cuối ñại chiến thế giới lần thứ II, người ta ñã tìm ra hai phương pháp công nghệ hàn trong khí bảo vệ: MIG (Metal - Iner - Gas) và TIG (Tungsten - Iner Gas). ñặc trưng của hai phương pháp hàn MIG và TIG là trong quá trình hàn, hồ quang và bể hàn ñược bảo vệ bằng khí trơ (Ar, He). TIG là hàn bằng ñiện cực không nóng chảy (volfram hoặc grafit). MIG là hàn bằng ñiện 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 ñể thay thế ñã thu hút nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu. Thành tựu của nhiều công trình nghiên cứu ñã cho ra ñời phương pháp hàn MAG (Metal - Active Gas). Công cuộc tìm kiếm của các nhà nghiên cứu khoa học vẫn tiếp tục và họ ñã ñạt ñược những thành tựu to lớn ñó là phương pháp hàn MAG có thể dùng 100% khí CO2 làm khí bảo vệ trong quá trình hàn ñiện cực nóng chảy. Từ năm 1953 ở Liên Xô ñã chính thức ứng dụng công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ là CO2 và sau ñó lần lượt năm 1955 - 1956 ở các nước phương Tây, Mỹ, Canada, Anh, ðức ... cũng ñã ứng dụng thành công và rất hiệu quả của công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ là CO2. Công nghệ hàn MAG ñối với thế giới là một quá trình nghiên cứu, ứng dụng và dần hoàn thiện từng bước, ñến nay ñã phát triển ñến mức ñộ cao, ứng dụng rất rộng rãi và hiệu quả trong các ngành công nghiệp. 1.2. Vai trò của công nghệ hàn trong các ngành công nghiệp. Công nghệ hàn ñóng vai trò rất quan trọng. Do nó có những ưu ñiểm nổi bật so với các phương pháp chế tạo cơ khí khác như: Công nghệ ñơn giản dễ thực hiện, không cần phải thiết bị hiện ñại, mối hàn bền, cơ tính tốt, ñảm bảo ñộ kín tốt, công nghệ hàn có thể nối ñược những kim loại khác nhau, công nghệ hàn dễ cơ khí hoá, tự ñộng hoá, giá thành chế tạo rẻ, tính kinh tế cao. Do công nghệ hàn có nhiều ưu ñiểm như vậy nên nó ñược ứng dụng rộng dãi trong các ngành công nghiệp như: Ngành ñóng tàu, chế tạo thiết bị cơ khí, Ngành lắp máy, Ngành xây dựng, Ngành công nghiệp ô - tô vv..... Nhờ có công nghệ hàn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 14 mà các ngành công nghiệp khác cũng ñược phát triển và công nghệ hàn ñã ñóng vai trò không thể thiếu ñược trong các ngành công nghiệp. 2. Phân loại các phương pháp hàn. 2.1. Theo trạng thái hàn. Ngày nay hàn ñã có hàng trăm phương pháp khác nhau theo trạng thái hàn có thể chia ra 2 nhóm: Hình 1.1. C ác phương pháp hàn. 1. Hàn laser; 2. Hàn hồ quang plasma; 3. Hàn chùm tia ñiện tử; 4. Hàn hồ quang ñiện; 5. Hàn ñiện xỉ; 6. Hàn khí; 7. Hàn nhiệt nhôm; 8. Hàn hồ quang tay; 9. Hàn tự ñộng và bán tự ñộng dưới lớp thuốc; 10. Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ; 11. Hàn hồ quang tay ñiện cực nóng chảy; 12. Hàn hồ quang tay ñiện cực không nóng chảy; 13. Hàn trong môi trường khí Argon; 14. Hàn trong môi trường khí Hêli; 15. Hàn trong môi trường khí Nitơ; 16. Hàn trong môi trường khí CO2; 17. Hàn siêu âm; 18. Hàn nổ; 19. Hàn nguội; 20. Hàn ñiện tiếp xúc; 21. Hàn ma sát; 22.Hàn khuếch tán trong chân không; Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 15 23. Hàn cao tần; 24. Hàn rèn; 25. Hàn giáp mối; 26. Hàn ñiểm; 27. Hàn ñường; 28. Hàn bằng ñiện cực giả; 29. Hàn ñiểm bằng tụ. Ngoài ra, một vài năm gần ñây còn xuất hiện phương pháp hàn nhiệt. + Hàn nóng chảy. Khi hàn nóng chảy, kim loại mép hàn ñược nung ñến trạng thái nóng chảy kết hợp với kim loại bổ sung từ ngoài vào ñiền ñầy khe hở giữa hai chi tiết hàn, sau ñó ñông ñặc tạo thành mối hàn. Khi hàn nóng chảy, các khí xung quanh nguồn nhiệt có ảnh hưởng rất lớn ñến quá trình luyện kim và hình thành mối hàn. Do ñó ñể ñiều chỉnh quá trình hàn theo chiều hướng tốt thì phải ứng dụng các biện pháp công nghệ nhất ñịnh: 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 ñược nung nóng ñến trạng thái dẻo, sau ñó hai chi tiết ñược ép lại với lực ép ñủ lớn, tạo ra mối hàn. + Hàn nhiệt. Hàn nhiệt là sử dụng nhiệt của các phản ứng hóa học phát nhiệt ñể nung kim loại mép hàn ñến trạng thái nóng chảy ñồng thời kết hợp với lực ép ñể tạo ra mối hàn. 2.2 Theo năng lượng sử dụng. - ðiện năng: Hàn hồ quang, hàn ñiện tiếp xúc… - Hóa năng: Hàn khí, hàn nhiệt… - Cơ năng: Hàn ma sát, hàn nguội… 2.3 Theo mức ñộ tự ñộng hóa. - Hàn bằng tay. - Hàn bán tự ñộng. - Hàn tự ñộng. 3. Phương pháp hàn nóng chảy. Các phương pháp hàn nóng chảy ñược ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ñóng 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: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 16 - Hàn hồ quang tay; - Hàn hồ quang tự ñộng và bán tự ñộng; - Hàn ñiện xỉ. 3.1 Hàn hồ quang tay. Là phương pháp hàn hồ quang có ñiện cực là que hàn. Trong quá trình hàn các chuyển ñộng như gây hồ quang, dịch chuyển que, dịch chuyển hồ quang theo dọc mối hàn ñược thực hiện bằng tay. Phương pháp công nghệ hàn này ñược sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Mặc dù ñã 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, ñặc biệt ở những qui trình công nghệ hàn không thể tiến hành cơ khí hóa và tự ñộng hóa. Chất lượng của mối hàn phụ thuộc chủ yếu vào tay nghề của người thợ cũng như dòng ñiện hàn. Kìm hàn que hàn hồ quang sỉ kim loại mối hàn kim loại lỏng kim loại cơ bản Nguồn hàn bể hàn Hình1.2. Nguyên lý hàn hồ quang tay. 3.2 Hàn hồ quang tự ñộng và bán tự ñộng. 3.2.1 Nguyên lý và ñặc ñiểm. a. Nguyên lý: Hàn hồ quang tự ñộng là quá trình hàn trong ñó các khâu của quá trình hàn ñược tiến hành tự ñộng bởi máy hàn, bao gồm: gây hồ quang, chuyển dịch ñiện cực hàn xuống vũng hàn ñể duy trì hồ quang cháy ổn ñịnh, dịch chuyển ñiểm hàn dọc Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 17 mối hàn, cấp thuốc hàn hoặc khí bảo vệ. Khi chỉ một số khâu trong quá trình hàn ñược tự ñộng hóa người ta gọi là hàn bán tự ñộng. Thường khi hàn bán tự ñộng người ta chỉ tự ñộng hóa khâu cấp ñiện cực hàn vào vũng hàn còn di chuyển ñiện cực thực hiện bằng tay. b. ðặc ñiểm: * Năng suất hàn cao (Thường gấp 5÷10 so với hàn hồ quang tay) nhờ sử dụng dòng ñiện hàn cao. * Chất lượng mối hàn tốt và ổn ñịnh. * Tiết kiệm kim loại nhờ hệ số ñắp cao. * Tiết kiệm năng lượng vì sử dụng chiệt ñể nguồn nhiệt. * Cải thiện ñiều kiện lao ñộng. * Thiết bị hàn tự ñộng và bán tự ñộng ñắt, không hàn ñược các kết cấu hàn và vị trí hàn phức tạp. 3.3 Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ (Submerged Arc Welding - SAW). Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ còn gọi là hàn hồ quang chìm, tiếng Anh viết tắt là SAW (Submerged Arc Welding), là quá trình hàn nóng chảy mà hồ quang cháy giữa dây hàn (ðiện cực hàn) và vật hàn dưới một lớp thuốc bảo vệ. Dưới tác dụng nhiệt của hồ quang, mép hàn, dây hàn và một phần của thuốc hàn sát hồ quang bị nóng chảy tạo thành vũng hàn. Dây hàn ñược ñẩy vào vũng hàn bằng một cơ cấu ñặc biệt với tốc ñộ phù hợp với tốc ñộ cháy của nó (Hình 1.3a). Theo ñộ chuyển dịch của nguồn nhiệt (Hồ quang) mà kim loại vũng hàn sẽ nguội và kết tinh tạo thành mối hàn (Hình 1.3b). Trên mặt vũng hàn và phần mối hàn ñó ñông ñặc hình thành một lớp xỉ có tác dụng tham gia vào các qúa trình luyện kim khi hàn, bảo vệ và giữ nhiệt cho mối hàn, và sẽ tách khỏi mối hàn sau khi hàn. Phần thuốc hàn chưa ñược nóng chảy có thể sử dụng lại. Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ có thể ñược tự ñộng cả hai khâu cấp dây vào vùng hồ quang và di chuyển hồ quang dọc theo trục mối hàn. Trường hợp này ñược gọi là “Hàn hồ quang tự ñộng dưới lớp thuốc bảo vệ”. Nếu chỉ tự ñộng hóa khâu cấp dây hàn vào vùng hồ quang cũng không chuyển ñộng hồ quang dọc theo trục mối hàn ñược thao tác bằng tay thì gọi là “Hàn hồ quang bán tự ñộng dưới lớp thuốc bảo vệ”. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 18 b) Hình 1.3. Sơ ñồ hàn dưới lớp thuốc bảo vệ. a. Sơ ñồ nguyên lý; b. Cắt dọc theo trục mối hàn Hình 1.4 . Máy hàn dưới lớp thuốc bảo vệ. Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực cơ khí chế tạo như trong sản xuất: các kết cấu thép dạng tấm vỏ kích thước lớn, các dầm thép có khẩu ñộ và chiều cao, các ống thép có ñường kính lớn, các bồn, bể Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 19 chứa, bình chịu áp lực và trong công nghệ ñóng tàu… Tuy nhiên, phương pháp này chủ yếu ñược ứng dụng ñể hàn các mối hàn ở vị trí hàn bằng, các mối hàn có chiều dài lớn và có quỹ ñạo không phức tạp. Phương pháp hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ có thể hàn ñược các chi tiết có chiều dày từ vài mm ñến hàng trăm mm. 3.4 Hàn hồ quang 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 1.5): Hình 1.5. Phân loại hàn trong môi trường khí bảo vệ. Ở các phương pháp hàn này, bể hàn ñược 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 ñộng xấu ñó lại ñược khắc phục bằng thành phần hóa học thích hợp của vật liệu hàn (Dây hàn). 3.4.1. Hàn hồ quang ñiện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ. ðiện cực không nóng chảy thường dùng là Volfram và phương pháp hàn này tiếng Anh gọi là TIG (Tungsten Inert Gas). ðây là phương pháp hàn vạn năng: có Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ……………. 20