Giáo trình Hàn hồ quang dây lõi thuốc (FCAW) cơ bản (Áp dụng cho Trình độ Cao đẳng)

(FCAW) CƠ BẢN NGHỀ: HÀN TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo quyết định số: 248a/QĐ – CĐNKTCN, ngày 17/9/2019 của Trường Cao đẳng nghề Kỹ thuật Công nghệ) Hà Nội, năm 2019 2 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 qua, dạy nghề đã có những bước tiến vượt bậc cả về số lượng và chất lượng, nhằm thực hiện nhiệm vụ đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật trực tiếp đáp ứng nhu cầu xã hội. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ trên thế giới, lĩnh vực cơ khí chế tạo nói chung và ngành Hàn ở Việt Nam nói riêng đã có những bước phát triển đáng kể. Chương trình khung quốc gia nghề hàn đã được xây dựng trên cơ sở phân tích nghề, phần kỹ thuật nghề được kết cấu theo các môđun. Để tạo điều kiện thuận lợi cho các cơ sở dạy nghề trong quá trình thực hiện, việc biên soạn giáo trình kỹ thuật nghề theo theo các môđun đào tạo nghề là cấp thiết hiện nay. Mô đun 25: Hàn hồ quang dây lõi thuốc (FCAW) cơ bản là mô đun đào tạo nghề được biên soạn theo hình thức tích hợp lý thuyết và thực hành. Trong quá trình thực hiện, nhóm biên soạn đã tham khảo nhiều tài liệu công nghệ hàn trong và ngoài nước, kết hợp với kinh nghiệm trong thực tế sản xuất. Mặc dù có rất nhiều cố gắng, nhưng không tránh khỏi những khiếm khuyết, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của độc giả để giáo trình được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 03 tháng 03 năm 2019 BAN CHỦ NHIỆM XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH NGHỀ: HÀN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ 3 MỤC LỤC Đề mục Trang Lời giới thiệu 1 Chương trình mô đun hàn hồ quang dây lõi thuốc 3 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun 3 Mục tiêu của mô đun 3 Nội dung mô đun 3 Bài 1: Những kiến thức cơ bản khí hàn hồ quang dây lõi thuốc FCAW 4 Bài 2: Vận hành máy hàn FCAW 19 Bài 3: Hàn liên kết góc thép các bon thấp vị trí hàn 1F 35 Danh mục các chữ viết tắt 42 Tài liệu tham khảo 43 4 TÊN MÔ ĐUN: HÀN HỒ QUANG DÂY LÕI THUỐC (FCAW) CƠ BẢN Mã mô đun: MĐHA 27 I. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun - Vị trí: Hàn hồ quang dây lõi thuốc (FCAW) cơ bản được bố trí sau khi học xong hoặc học song song với các môn học MH07- MH12 và MĐ13 - MĐ26. - Tính chất của môđun: Là mô đun chuyên môn nghề; - Ý nghĩa và vai trò: Là môđun có vai trò quan trọng, người học được trang bị những kiến thức, kỹ năng sử dụng dụng cụ, thiết bị và kỹ năng hàn kim loại bằng phương pháp Hàn hồ quang dây lõi thuốc (FCAW) cơ bản. II. Mục tiêu của mô đun Sau khi học xong mô đun này người học có khả năng: - Kiến thức: + Trình bày chính xác cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị hàn FCAW. + Giải thích đầy đủ thực chất, đặc điểm, công dụng của phương pháp hàn FCAW. + Nhận biết đúng các loại vật liệu dùng trong công nghệ hàn FCAW. - Kỹ năng: + Vận hành, sử dụng thành thạo các loại thiết bị dụng cụ hàn FCAW. + Chọn chế độ hàn phù hợp với chiều dày và tính chất của vật liệu. + Hàn các mối hàn cơ bản ở vị trí hàn 1G, 1F đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. + Kiểm tra đánh giá đúng chất lượng của mối hàn. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Tuân thủ quy định, quy phạm trong quy trình hàn + Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỷ, chính xác, trung thực của sinh viên. III. Nội dung mô đun Số TT Tên các bài trong mô đun Thời gian (giờ) Tổng số Lý thuyết Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập Thi/ Kiểm tra 1 Bài 1: Những kiến thức cơ bản khí hàn FCAW 06 06 2 Bài 2: Vận hành máy hàn FCAW 06 02 03 01 3 Bài 3: Hàn liên kết góc thép các bon thấp – vị trí hàn (1F) 15 02 12 01 4 Thi kết thúc Mô đun 03 03 5 Cộng 30 10 15 05 5 BÀI 1: NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN KHI HÀN HỒ QUANG DÂY LÕI THUỐC (FCAW) Giới thiệu Phương pháp hàn hồ quang dây lõi thuốc (FCAW) cơ bản còn có tên gọi là hàn hồ quang kim loại trong môi trường khí bảo vệ hoặc tên thông thường là hàn dây, hàn CO2.Tên quốc tế là FCAW (Flux- Cored Ar Welding ), FCAW sử dụng hồ quang được tạo bởi vật hàn và dây điện cực nóng chảy cấp vào chi tiết hàn. Hồ quang này sẽ được bảo vệ bằng dòng khí trơ hoặc khí hoạt tính. Sự cháy của hồ quang được duy trì nhờ các hiệu chỉnh đặc tính 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. Mục tiêu Học xong bài này học sinh có khả năng: - Giải thích đúng nguyên lý, công dụng của phương pháp hàn FCAW; - Trình bày đầy đủ các loại khí bảo vệ, các loại dây hàn; - Liệt kê các loại dụng cụ thiết bị dùng trong công nghệ hàn FCAW; - Nhận biết các khuyết tật trong mối hàn khi hàn FCAW; - Trình bày đầy đủ mọi ảnh hưởng của quá trình hàn hồ quang tới sức khoẻ công nhân hàn; - Thực hiện tốt công tác an toàn lao động và vệ sinh phân xưởng. Nội dung 1. Thực chất, đặc điểm và phạm vi ứng dụng 1.1 Thực chất, đặc điểm Hàn hồ quang lõi trợ dung FCAW (Flux- Cored Ar Welding) là sự cải tiến quy trình hàn MAG. Trong đó dây điện cực nguyên khối được thay thế bằng dây điện cực lõi có chất trợ dung, chất trợ dung này về cơ bản có tác dụng như thuốc bọc que hàn hồ quang tay. Trong chương này sẽ trình bày hai công nghệ: Công nghệ hàn dây lõi thuốc có khí bảo vệ (Khi đòi hỏi chất lượng mối hàn cao) Công nghệ hàn dây lõi thuốc không có khí bảo vệ (tự bảo vệ). Chúng có tác dụng: - Cung cấp khí bảo vệ thông qua các phản ứng hoá học, tuy nhiên vẫn có thể sử dụng khí bảo vệ bên ngoài để đảm bảo chất lượng mối hàn tối ưu. - Cung cấp chất khử ôxy bảo đảm mối hàn không bị lẫn các tạp chất. - Tạo thành xỉ nổi lên trên bề mặt mối hàn để bảo vệ mối hàn trong quá trình kết tinh - Cung cấp các chất để hồ quang cháy ổn định giảm sự bắn toé - Bổ xung các nguyên tố hợp kim cho mối hàn để tăng cơ tính mối hàn Hàn FCAW là phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ. Nguồn nhiệt được cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa điện cực nóng chảy và vật hàn. Hồ quang và kim loại nóng chảy được bảo vệ khỏi tác dụng của không khí ở môi trường xung quanh bởi một loại khí hoặc hỗn hợp khí trơ hoặc khí hoạt tính cacbonic. 6 Hình 1.1. Nguyên lý hàn 1.2. Phạm vi ứng dụng của hàn FCAW Các ứng dụng hàn hồ quang trợ dung cơ bản là hàn các khung chính trên xe ủi đất thiết bị cơ khí sử dụng trong xây dựng các hộp bánh răng các khung quay của cần trục và các thiết bị nặng khác, hàn FCAW được dùng rộng rãi trong khung đế máy công cụ các máy đột dập các máy ép thuỷ lực tất cả các kiểu bồn bình chịu áp lực, các loại lò hơi, các đường ống chịu áp suất và trong công nghiệp đóng tàu Các dây hàn lõi trợ dung với nhãn hiệu thương mại fluxofil, fluxodur, fluxocord được dung rộng rãi có thể đáp ứng yêu cầu chất lượng cao trong điều kiện sản xuất 2. Vật liệu hàn FCAW 2.1. Dây hàn Dây hàn lõi thuốc có cấu trúc như sau theo tiêu chuẩn - AWS E XX T - X (1) (2) (3) (4) (1): Độ bền kéo tối thiểu Ksi (2): Chỉ thị vị trí hàn ứng dụng 0: Chỉ thị vị trí hàn : Hàn bằng (Flat) và Hàn ngang (Horizontal) 1:.: Tất cả các vị trí (3): T : Tubular – Loại điện cực dạng ống lõi thuốc (4) : Số chỉ thị loại khí bảo vệ con số 1 đến 10 là khí CO2 bảo vệ G: Số chỉ thị loại khí bảo vệ theo Nhà thầu + Chủ đầu tư Các dây điện cực dùng để hàn thép cácbon, thép có độ bền kéo trung bình, thép hợp kim thấp, thép nhiệt luyện bề mặt, thường là thép cácbon thấp bao quanh lõi chất trợ dung và các nguyên tố hợp kim hoá Có nhiều loại dây điện cực lõi trợ dung. Ba loại phía trên sáu kiểu điện cực lõi trơ dung. 7 Ba loại này thường được dùng phổ biến hiện nay với hàm lượng thép khoảng 75- 85% tọng lượng và chiếm khoảng 74% tiết điện điện cực, chúng được chế tạo bằng cách cán định hình dải thép các bon thấp thành tiết diện chữ U sau đó được rải chất trợ dung dạng hạt theo chiều dài và đến công nghệ cán thép kín để tạo thành ống ( dây hàn bột) và ép chặt vật liệu lõi, ống được kéo qua khuôn để giảm đường kính và tăng lực ép đối với lõi trợ dung bên trong. Sau đó điện cực được nhiệt luyện hoặc không nhiệt luỵện giữa các lần thao tác cần tuỳ theo kiểu điện cực và cuối cùng điện cực được cuốn theo cuộn đóng gói sản phẩm. Trong các dây điện cực có loại mí dọc không được làm kín do đó chất trợ dung có thể hút ẩm ở không khí xung quanh làm cho việc bảo quan khó khăn. Các dây điện cực lõi trợ dung không có mí ghép dọc được chế tạo theo quy trình đặc biệt có tên thương mại là Fluxofil và Fluxocord. Loại Fluxofil được dùng để hàn hồ quang lõi trợ dung, loại Fluxocord dùng để hàn hồ quang chìm. Đặc tính cơ bản của Fluxofil có đường kính rất tròn và chất trợ dung không bị ẩm do đó dễ bảo quản, thường dùng để hàn dưới nước, tiết diện đồng nhất do đó mối hàn đồng đều theo mọi hướng. Fluxofil thích hợp với các thiết bị hàn FCAW đường kính nhỏ nhất là 1.0mm. Các dây điện cực lõi trợ dung có nhiều loại dùng để hàn thép các bon trung bình và độ bền cao, thép không gỉ, thép hợp kim,thép bền nóng. Bảng 1.1. Nguyên tố hợp kim trong điện cực lõi trợ dung Tên nguyên tố Tính chất Khả năng hợp kim hoá Al C Cr Bột kim loại Khoáng CaF2,CaCO3 Trong hợp kim sắt Khử Oxy và khử Nitơ Bảo vệ và tạo xỉ Tăng độ cứng và độ bền Fe Hợp kim sắt hoặc bột Fe Tăng độ cứng và độ bề Mn Hợp kim sắt hoặc bột Hợp kim hóa để tăng độ bền và chống ăn mòn Mo Hợp kim sắt, hoặc bột Nền hợp kim hòa Ni Hợp kim Fe- Mn Khử Oxy, tăng độ bền tạo xỉ K Hợp kim sắt Tăng độ cứng, độ bền, chống ăn mòn Si Bột kim loại Tăng độ cứng, độ dai, chống ăn mòn Na Khoáng Ổn định hồ quang, tạo xỉ Khử Oxy, tạo xỉ Ti Hợp kim sắt khoáng Ổn định hồ quang, tạo xỉ Zr Khoáng Khử Oxy, khử Nitơ, tạo xỉ V Khoáng hoặc bột kim loại Khử Oxy, khử Nitơ.Tăng độ bền . 2.2. Khí bảo vệ Hàn dây lõi thuốc có thể không cần dùng khí bảo vệ và đặc điểm này giúp hàn dây lõi thuốc được ưa chuộng và mang lại nhiều hiệu quả kinh tế. Song khi hàn đặc biệt trên thép HSLA và hàn trên thép hợp kim, việc dùng dây thuốc bảo vệ bằng khí (outter shielded) hoặc (dual shielded) có ưu điểm về mặt luyện kim mối hàn và khả năng bảo vệ mối hàn tốt hơn, dây hàn có giá thành thấp hơn. Khi đó các thành phần thuốc hàn chỉ chứa các thành phần cải thiện tính chất cơ lý 8 của mối hàn. Quá trình bảo vệ và ổn định hồ quang do khí bảo vệ ngoài đảm nhiệm. Các khí bảo vệ thường dùng khi hàn dây lõi thuốc: CO2: thích hợp khi hàn thép carbon và thép hợp kim thấp. Khi hàm lượng carbon trong chi tiết hàn thấp hơn 0,05 % thì quá trình hàn làm tăng lượng Carbon trong mối hàn có thể đến 0,10 % . Khi hàm lượng Carbon trong kim loại nền cao thì quá trình hàn xảy ra hiện tượng thoát Carbon làm ảnh hưởng đến độ cứng , tính thấm tôi cũng như có thể gây ra các vết nứt. ATAL 2: là tên gọi hỗn hợp khí 82% Ar + 18% CO2 . Với loại khí này chúng ta có thể hàn với kiểu chuyển dịch cầu giọt nhỏ , thích hợp khi hàn ở các vị trí nghịch . Ngoài ra cơ tính mối hàn còn được nâng cao do sự mất mát Măng gan và Silic do quá trình khử Oxyt giảm. CARGAL: là tên gọi hỗn hợp khí 98,5% Ar + 1,5 % O2. Loại khí này rất thích hợp khi hàn với chuyển dịch phun. Đặc biệt áp dùng khi hàn trên thép INOX HELOXAL: là tên gọi hỗn hợp khí 85% He + 15% O2. Loại khí thích hợp khi hàn trên thép INOX với chuyển dịch phun. Nó có ưu điểm là loại trừ sự hình thành Carbide Chrome gây tác hại đến sự ăn mòn tinh giới ở vùng biên của mối hàn. Hình 1.2. Hình dáng mối hàn 3. Thiết bị dụng cụ hàn FCAW 3.1. Thiết bị 9 Hình 1.3. Thiết bị hàn FCAW Hình 1.4. Hệ thống thiết bị hàn FCAW - Nguồn điện được cung cấp bởi bộ phận biến thế hàn, một đầu được nối với chi tiết, đầu còn lại nối với dây hàn thông qua kẹp tiếp điện ở đầu mỏ. Hồ quang cháy giữa dây hàn và vật hàn, bể hàn được bảo vệ bằng nguồn khí đóng chai thông qua hệ thống ống dẫn và van được phun ra ở đầu mỏ. - Dây hàn được đóng thành cuộn lớn đặt trong máy hàn và chuyển ra liên tục nhờ hệ thống đẩy dây vì vậy quá trình hàn được liên tục 10 Hình 1.5. Cấu tạo bộ phận cấp dây hàn FCAW 3.2. Dụng cụ Thước lá, búa tay, bàn trải thép, kìm điện, kìm kẹp phôi... (Hình 1.6. Dụng cụ hàn FCAW) 4. Đặc điểm công dụng của hàn FCAW Ưu điểm của hàn FCAW trong môi trường khí bảo vệ CO2. - Có khả năng giảm dòn vì nóng cao hơn so vởi hồ quang ngầm, hồ quang khí trơ bảo vệ, hoặc điện cực có lớp thuốc bọc bên ngoài. - Cải thiện tính dẻo, tính dai của kim loại mối hàn. - Tăng độ sâu ngấu của mối hàn. Nói chung hàn lõi trợ dung với khí bảo vệ CO2 có chất lượng ngấu sâu cao hơn so với các điện cực bột sắt chứa chứa ít H2 nhưng không bằng quy trình hàn trong môi trường khí CO2 với điện cực nguyên khối khi có cùng khoảng dòng điện hàn. Khi thay CO2 bằng hỗn hợp Ar- CO2 độ ngấu không cao trong trường hợp các dây điện cực sử dụng 100% CO2, hàm lượng Mn, Si trong mối hàn sẽ tăng lên do khả năng Oxy hóa của không khí hồ quang bị giảm 11 Kim loại mối hàn với hỗn hợp Ar- CO2 chất lượng mối hàn thường có độ bền kéo và giới hạn chảy cao hơn so với mối hàn sử dụng 100% CO2. Hỗn hợp này chủ yếu để hàn các loại hợp kim thấp. Một số dây điện cực được chế tạo để sử dụng 80% Ar và 20% CO2 số khác có thể sử dụng hỗn hợp này và sử dụng 100% CO2. Hàn hồ quang lõi trợ dụng khắc phục mọi nhược điểm của hàn hồ quang kim loại bằng tay, chẳng hạn do chiều dài que hàn thuốc bọc có hạn nên có nhiều điểm nối que, tốc độ lắng đọng chậm, chất lượng mối hàn thấp và các yếu tố liên quan đến công nhân. Thiết bị FCAW có cơ cấu đưa dây được cơ khí hóa còn công nhân chỉ đưa mỏ hàn theo hướng hàn. Sự văng tóe giảm rõ rệt, chất lượng mối hàn được tăng rõ rệt do tác dụng của các chất ổn định hồ quang và tạo thành xỉ có trong chất trợ dung của lõi dây hàn (lớp xỉ mỏng trên bề mặt mối hàn có thể loại bỏ dễ dàng) mối hàn ít bị rỗ khí, sự tiêu thụ khí bảo vệ cũng ít hơn.... Hàn trong môi trường khí bảo vệ cácbonnic điện cực khối lượng tiêu thụ khí CO2 với lưu lượng khí nhiều (17lit/phút). Còn hàn bằng lõi trợ dung (nếu cần khí bảo vệ) thì lượng khí bảo vệ từ 8-12 lit/ phút. 5. Khuyết tật thường gặp và biệnpháp phòng ngừa Mối hàn có rất nhiều khuyết tật, thường là: nứt, lỗ hơi, lẫn xỉ hàn, hàn không thấu, thành cục, khuyết cạnh và kích thước mối hàn không phù hợp với yêu cầu, v.v Những khuyết tật này do rất nhiều nguyên nhân gây nên. nó có liên quan đến các mặt, như kim loại vật hàn, chế độ hàn và quy trình công nghệ. Sự tồn tại của những khuyết tật đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ của đầu nối mối hàn. Do đó, người thợ hàn phải chọn quy phạm hàn chính xác và nghiêm khắc chấp hành quy trình quy tắc công nghệ. Dưới đây sẽ phân tích mấy loại khuyết tật thường thấy khi hàn FCAW. 5.1. Nứt Nứt là một trong những khuyết tật quan trọng nhất của mối hàn. trong quá trình sử dụng cấu kiện hàn, nếu mối hàn có vết nứt thì vết nứt đó sẽ rộng dần ra, khiến cho cấu kiện bị hỏng. Căn cứ vào vị trí sinh ra nứt, có thể chia làm hai loại nứt: nứt trong và nứt ngoài vết nứt có thể sinh ra ngay trong khu vực chịu ảnh hưởng nhiệt của đầu nối (xem hình 1.7). 12 Hình 1.7. Các kiểu nứt 1. nứt ở vùng gây và kết thúc hồ quang; 2. nứt bề mặt; 3. nứt vùng ảnh hưởng nhiệt; 4. nứt trong kim loại cơ bản; 5. nứt dọc mối hàn; 6. nứt chân mối hàn; 7. nứt bề mặt chân mối hàn; 8. nứt cạnh mối hàn; 9. nứt mép mối hàn; 10. nứt ngang mối hàn; 11. nứt dọc biên mối hàn; 12. nứt giữ kim loại mối hàn và kim loại cơ bản; 13.nứt ở phần kim loại mối hàn. nứt có thể xuất hiện ở các nhiệt độ khác nhau - Nứt nóng: xuất hiện trong quá trình kết tinh hàn khi nhiệt độ trên 1000 oc - Nứt nguội: xuất hiện sau khi kết thúc hàn và ở nhiệt độ dưới 1000 oc. Nứt nguội có thể chậm sau vài giờ hay chậm chí vài ngày sau. Vết nứt có các kích thước khác nhau có thể là nứt tế vi hay nứt thô đại và nằm ở bề mặt liên kết hàn. Đối với vết nứt tế vi nằm ở bên trong mối hàn có thể dùng các phương pháp kiểm tra như siêu âm, chụp xquang, để xác định chúng. Nguyên nhân: - Hàm lượng lưu huỳnh và phôt pho trong kim loại vật hàn hoặc trong que hàn quá nhiều. - Độ cứng của vật hàn lớn, cộng thêm ứng suất trong sinh ra khi hàn quá lớn, kết quả làm nứt mối hàn. - Khi dòng điện hàn quá lớn, rãnh hồ quang của đầu mối hàn không đắp đầy, sau khi để nguội co ngót, trong rãnh hồ quang xuất hiện đường nứt. - Tốc độ làm nguội mối hàn quá cao. - Liên kết hàn không hợp lý. - Bố trí trình tự thực hiện mối hàn chưa chính xác. - Sử dụng vật liệu hàn (que hàn) chưa đúng. - Mối hàn quá nhỏ so với chiều dày liên kết. Biện pháp phòng ngừa. 13 - Chọn vật liệu thép có hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho thấp, đồng thời chọn que hàn có tính chống nứt tương đối tốt. - Chọn trình tự hàn chính xác. - Giảm tốc độ làm nguội vật hàn, khi cần thiết phải áp dụng phương pháp nung nóng và làm nguội chậm. - Chọn dòng điện hàn thích hợp, có thể dùng cách hàn nhiều lớp và chú ý đắp đầy rãnh hồ quang. - Chọn vật liệu hàn thích hợp. - Giảm khe hở giữa các vật hàn giải phóng các lực kẹp chặt khi hàn. 5.2. Mối hàn cháy cạnh Hình 1.8. Mối hàn cháy cạnh Mối hàn cháy cạnh là phần kim loại bị lõm khuyết thành rãnh dọc theo ranh giới giữa kim loại cơ bản và kim loại đắp. Cháy cạnh làm giảm tiết diện làm việc của liên kết hàn, tạo sự tập trung ứng suất cao và có thể dẫn đến sự phá huỷ của kết cấu trong quá trình sử dụng. Nguyên nhân - Do dòng điện hàn quá lớn. - Do chiều dài cột hồ quang lớn. - Do góc nghiêng của mỏ hàn và cách đưa mỏ hàn chưa hợp lý. - Sử dụng kích thước điện cực hàn quá lớn. Biện pháp phòng ngừa. - Điều chỉnh dòng điện hàn hợp lý. - Dừng hồ quang ở hai mép hàn và duy trì chiều dài cột hồ quang từ 2  4(mm). - Điều chỉnh góc nghiêng mỏ hàn và chọn cách đưa mỏ hàn hợp lý. - Chọn kích thước điện cực phù hợp với chiều dày của vật hàn. 5.3. Mối hàn bị rỗ khí Hình 1.9. Mối hàn rỗ khí Rỗ khí sinh ra do hiện tượng khí trong kim loại lỏng của mối hàn không kịp thoát ra ngoài khi kim loại vũng hàn đông đặc. Rỗ khí có thể sinh ra ở bên trong hoặc ở bề mặt mối hàn. Rỗ khí có thể nằm ở phần ranh giới giữa kim loại cơ bản 1 32 14 và kim loại đắp. Rỗ khí có thể phân bố tập trung hoặc nằm rời rạc trong mối hàn. Sự tồn tại của rỗ khí trong liên kết hàn sẽ làm giảm tiết diện làm việc, giảm cường độ chịu lực và độ kín của liên kết. Nguyên nhân: - Hàm lượng Cacbon trong kim loại cơ bản hoặc trong vật liệu hàn quá cao. - Vật liệu hàn bị ẩm, bề mặt chi tiết hàn khi hàn bị bẩn, dính sơn, dầu mỡ, gỉ, hơi nước,. - Chiều dài cột hồ quang lớn, tốc độ hàn quá cao. Biện pháp phòng ngừa. - Dùng vật liệu hàn có hàm lượng Cácbon thấp. - Trước khi hàn, vật liệu hàn phải được sấy khô và bề mặt hàn phải được làm sạch. - Giữ chiều dài cột hồ quang ngắn, giảm tốc độ hàn. - Sau khi hàn, không gõ xỉ hàn ngay, kéo dài thời gian giữ nhiệt cho mối hàn. 5.4. Mối hàn không ngấu (a) Không ngấu Không ngấu (b) Hình 1.10. Hàn chưa ngấu a) mối hàn giáp mối ; b) mối hàn nhiều lớp Hàn không ngấu là loại khuyết tật nghiêm trọng trong liên kết hàn. Ngoài ảnh hưởng không tốt như rỗ khí và lẩn xỉ, nó còn nguy hiểm nữa là dẫn đến nứt, làm hỏng liên kết. Nhiều liên kết hàn bị phá huỷ do khuyết tật ành không ngấu. Hàn không ngấu sinh ra ở góc mối hàn, mép hoặc giữa các lớp hàn. Nguyên nhân - Mép hàn chuẩn bị chưa hợp lý. Góc vát quá nhỏ. - Dòng điện hàn quá nhỏ hoặc tốc độ hàn quá nhanh. - Góc độ của mỏ hàn và cách chuyển động của mỏ hàn không hợp lý. - Chiều dài cột hồ quang quá lớn. - Điện cực hàn chuyển động không đúng theo trục mối hàn. Biện pháp phòng ngừa. - Chuẩn bị mép hàn và góc vát cho hợp lý. 15 - Điều chỉnh dòng điện hàn và tốc độ hàn cho phù hợp. - Điều chỉnh góc độ của mỏ hàn và cách chuyển động của mỏ hàn cho hợp lý. - Duy trì chiều dài cột hồ quang từ 2  4(mm). - Điều chỉnh điện cực hàn chuyển động đúng theo trục mối hàn. 5.5. Đóng cục Trên mép hàn có những kim loại thừa ra, nhưng không trộn với kim loại vật hàn thì gọi là đóng cục. Hiện tượng này thường xảy ra trong khi hàn đứng. Nguyên nhân Chủ yếu sinh ra đóng cục là: que hàn nóng chảy quá nhanh, hồ quang quá dài, cách đưa que hàn không được chính xác, hoặc tốc độ hàn quá chậm. Biện pháp phòng ngừa. Chọn vị trí hàn và chế độ hàn chính xác, đặc biệt là phương pháp đấu cực tính và cường độ dòng điện. Ngoài ra cần chú ý chiều dài hồ quang và cách đưa que hàn thích hợp. Hình 1.11. Đóng cục. 6. Những ảnh hưởng tới sức khoẻ của người công nhân khi hàn FCAW 6.1. Điện giật Điện giật ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn tính mạng của con người trong quá trình hàn có thể bị điện giật ở mức 1 khi tiếp xúc với vỏ máy hay dây nối mát do rò điện hoặc dây nối mát không làm việc. Điện giật ở mức điện áp thứ cấp xảy ra khi hai phần trên cơ thể tiếp xúc cùng lúc với hai cực điện đầu ra của máy hàn. Hầu hết các nguồn điện hàn hồ quang có mức điện áp đầu ra không tải nhỏ hơn 100V, đây là mức điện áp vẫn có nguy cơ gây điện giật. Tiếp xúc với các vật bằng kim loại mang điện gây chết người hoặc để lại thương tật do dòng điện truyền qua cơ thể hoặc rơi ngã vì điện giật. Hai mức điện áp trong quá trình hàn hồ quang cần phải quan tâm: Mức 1: Điện áp sơ cấp: từ 230V đến 460V. Mức 2: Điện áp thứ cấp: từ 60V đến 100V. Điện áp sơ cấp có mức độ nguy hiểm lớn hơn rất nhiều so với điện áp thứ cấp và gây điện giật khi tay hay phần nào đó trên cơ thể tiếp xúc với đầu nối 16 hoặc phần dây dẫn điện lưới vào máy hàn. Cần phải kiểm tra các dây dẫn sau đã đấu nối chính xác chưa: Cáp hàn: Cáp điện nối từ nguồn điện hàn đến kìm hàn hay mỏ hàn. Cáp nối mát: Cáp điện nối từ vật hàn đến nguồn điện hàn. Dây tiếp đất: Dây nối từ vật hàn hay vỏ máy hàn với điểm tiếp đất. Cả 3 loại dây dẫn trên phải đáp ứng được khả năng dẫn dòng điện với cường độ cao. Người làm cần phải quan tâm đến “Hệ số làm việc Duty Cycle” của máy hàn khi đánh giá khả năng làm việc của các chi tiết hay bộ phận dẫn điện nằm trong mạch điện hàn. Các bộ phận dẫn điện sẽ bị nóng lên trong quá trình hàn quan tâm đến thời gian làm việc và được đánh giá dựa trên Hệ số làm việc, trong đó: Thời gian thực hiện hàn liên tục. Tổng thời gian hàn. (thường tính bằng 10 phút) 6.2. Nguồn nhiệt Trong hàn hồ quang, điện năng được chuyển thành nhiệt năng và quang năng, hai loại năng lượng này đều có thể gây nguy hiểm hay ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người. Các hạt lửa bắn tóe từ hồ quang hàn (tia lửa hàn) có thể gây cháy các vật liệu dễ bắt lửa nằm trong khu vực hàn. Khu vực hàn cần phải làm sạch hay cách ly khỏi các vật liệu dễ cháy nổ. Tia lửa hàn cũng có thể là nguyên nhân gấy cháy quần áo, trang bị bảo hộ gây bỏng. 6.3. Tia hồ quang 6.3.1. Bức xạ cực tím Tất cả các quá trình hàn hồ quang đều bức xạ ra tia cực tím (UV). Tia cực tím với cường độ cao và kéo dài sẽ gây cháy da và ảnh hưởng xấu tới mắt. Ảnh hưởng trực tiếp đến người thợ hàn và giám sát hàn. (Thường gọi là “đau mắt hàn”). “Đau mắt hàn” chính là do tế bào lớp bảo vệ giác mạc bị phá hủy và gây thương tổn lên các tế bào thần kinh nằm ngay dưới giác mạc gây đau mắt (gợn đau trong mắt tương tự như hiện tượng cát bay vào mắt), đặc biệt khi tiếp xúc với các nguồn sáng trắng. “Đau mắt hàn” thường được nhận ra sau khi tiếp xúc với hồ quang vài giờ và kéo dài từ 12 ~ 24 giờ (hoặc hơn tùy từng trường hợp). Chữa đau mắt hàn bằng cách nghỉ ngơi trong phòng tối hoặc tra thuốc theo hướng dẫn của bác sĩ mắt. Ngăn ngừa bằng cách sử dụng đúng các trang bị bảo hộ lao động như quần áo, mặt nạ hàn, mũ hàn (có kính chặn tia cực tím). Tia cực tím không gây ra hiện tượng đen da như bị cháy nắng mà gây đỏ và rát, nếu quá mức sẽ gây bỏng da. Tế bào da bị chết và bong ra sau một đến vài ngày. Nếu kéo dài tình trạng tiếp 6.3.2. Ánh sáng nhìn thấy được Tia sáng nhìn thấy được có bước sóng lớn hơn tia cực tím và có thể đi qua giác mạc vào thủy tinh thể có thể gây lóa mắt. Tia sáng với cường độ cao có thể gây nguy hiểm đến hệ thống thần kinh cảm quang nằm trên võng mạc. Mức độ nguy hiểm phụ thuộc vào cường độ và thời gian tiếp xúc liên tục với ánh sáng của hồ quang gây phản xạ chớp mắt liên tục khi thấy sáng. Gây lóa mắt. Tuy nhiên cả hai hiện tượng trên đều không kéo dài. 6.3.3. Bức xạ hồng ngoại 17 Bức xạ hồng ngoại có bước sóng lớn hơn ánh sáng thường và mang nhiệt. Bức xạ hồng ngoại gây nguy hiểm cho mắt nếu tiếp xúc trong một thời gian dài (hơn một năm) gây đục thủy tinh thể một cách từ từ. Đối với hàn hồ quang, nguy hại do bức xạ hồng ngoại chỉ xảy ra tiếp xúc quá gần với hồ quang. 6.4. Khí độc 6.4.1. Khói hàn Khói hàn được sinh ra trong quá trình hàn và mang trong nó các thành phần có từ điện cực hàn, kim loại cơ bản, các chất bám trên bề mặt kim loại cơ bản và các thành phần khác có trong không khí. Nguy hiểm gây ra khói hàn được đánh giá theo các quy định chung về khói công nghiệp đó là xem xét dựa trên tác động của từng thành phần hóa học có trong nó. Khói hàn có thể gây các tác động tức thời lên mắt và da, gây chóng mặt, buồn nôn và dị ứng. Ví dụ: khói kẽm có thể gây cúm, tiếp xúc với khói hàn trong thời gian dài có thể gây nhiễm sắt (bụi sắt có trong phổi) ảnh hưởng xấu tới chức năng của phổi. 6.4.2. Khí hàn Khí hàn sinh ra trong quá trình hàn hồ quang cũng được coi là một yếu tố có hại đến sức khỏe của con người. Hầu hết các loại khí bảo vệ (Ar, He, CO2) sử dụng trong hàn quang là khí không gây độc. Tuy nhiên, do sự chiếm chỗ trong không khí dẫn đến giảm lượng oxy cần thiết cho quá trình hô hấp có thể dẫn đến chóng mặt, ngất hay chết nếu não không được cung cấp oxy. Một vài hợp chất tẩy nhờn như Trichlorethylene và Percholorethylene có thể phân hủy ra khí độc do nhiệt và bức xạ cực tím. Ozone và OxitNitơ tạo ra do tác động của bức xạ cực tím lên không khí gây đau đầu, tức ngực, chói mắt, ngứa cổ và mũi. Để giảm tác hại gây ra do khói và khí hàn cần: - Hạn chế tiếp xúc trực tiếp của mặt với khói và khí hàn. - Sử dụng các trang bị thông khí trong phân xưởng hàn. - Trang bị vòi hút khí cục bộ tại vị trí hàn. - Nhận diện các tác hại bằng cách đọc các thông tin an toàn đi kèm với loại vật liệu hàn sử dụng. - Khi hàn các chi tiết đã qua sử dụng cần quan tâm đến lớp sơn, phủ hay hóa chất bám lại, có gây ra khí độc trong quá trình hàn không. 6.5. Tiếng ồn Tiếp xúc với tiếng ồn lớn có thể gây nguy hiểm đến khả năng nghe. Tiếng ồn gây “stress” và tăng huyết áp. Làm việc trong môi trường ồn trong thời gian dài có thể gây điếc, bồn chồn và cáu kỉnh. Nếu tiếp xúc với tiếng ồn có cường độ trung bình lớn hơn 85 dB trong hơn 8 giờ sẽ làm giảm khả năng nghe và cần phải đi kiểm tra thính giác hàng năm. Các quá trình hàn hồ quang thông thường không tạo ra tiếng ồn vượt quá phạm vi cho phép. Ngoại trừ quá trình hàn Plasma và cắt hồ quang bằng điện cực than. Tóm lại: Cách tốt nhất để bảo đảm an toàn trong hàn là tuân thủ một cách chặt chẽ các yêu cầu về an toàn. Tiến hành đào tạo cũng như phổ biến các quy định về an toàn một cách thường xuyên. Người giám sát hàn phải có trách nhiệm trong việc quản lý bảo đảm an toàn. 18 7. An toàn trong hàn hồ quang Vấn đề an toàn luôn cần phải quan tâm trong quá trình hàn hồ quang, cả ở ngoài công trường và trong phân xưởng. Bảo đảm an toàn là trách nhiệm của từng cá nhân, không chỉ cho riêng mình mà cho cả những người khác. Giám sát hàn có chức năng đặc biệt quan trọng trong việc đảm bảo quá trình hàn điện ra đúng theo các quy định (luật) về an toàn trong phạm vi giám sát. Người giám sát hàn được phép yêu cầu kiểm tra trang thiết bị trước khi hàn, chấp nhận hay không chấp nhận theo các yêu cầu công việc. Người giám sát hàn có trách nhiệm giám sát quá trình hàn tại từng công đoạn cụ thể trong suốt quá trình hàn. Các văn bản yêu cầu người giám sát hàn phải tham khảo và tuân thủ: - Luật nhà nước về Sức khỏe và An toàn trong sản xuất. - Các quy định về Sức khỏe và An toàn có liên quan. - Các chỉ dẫn liên quan đến công việc tại nơi sản xuất các công việc được phép thực hiện, văn bản cảnh báo nguy cơ có thể gây mất an toàn, - Các quy định riêng tại nơi tiến hành sản xuất. Năm vấn đề cần phải quan tâm khi thực hiện công việc giám sát quá trình hàn hồ quang: - Điệngiật. - Nguồn nhiệt - Tia hồ quang. - Khói và khí hàn. - Tiếng ồn 19 BÀI TẬP VÀ SẢN PHẨM THỰC HÀNH Câu 1: Cho biết thực chất, đạc điểm và phạm vi ứng dụng của phương pháp hàn FCAW. Câu 2: Tính toán chế độ hàn khi hàn FCAWchi tiết như bản vẽ sau: Yêu cầu kỹ thuật: - Mối hàn đúng kích thước - Mối hàn không bị khuyết tật HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI, BÀI TẬP Câu 1: Nghiên cứu phần 1 bài 1 trong giáo trình hàn FCAW Câu 2: Dựa vào bảng chế độ hàn FCAW tính chế độ hàn cho vật hàn có chều dày 16 mm 20 BÀI 2: VẬN HÀNH THIẾT BỊ HÀN FCAW Giới thiệu Thiết bị hàn FCAW được sử dụng trong nhiều ngành sản xuất đặc biệt là trong chế tạo dầm, xà nhà công nghiệp, trong đóng tàu. Để tăng năng suất, chất lượng mối hàn và hạn chế biến dạng nhiệt kết cấu người ta thường sử dụng phương pháp FCAW Mục tiêu Học xong bài này học sinh có khả năng: - Trình bày đúng cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị hàn FCAW. - Vận hành, sử dụng thành thạo các loại máy hàn, dụng cụ hàn FCAW. - Chọn chế độ hàn: Đường kính dây hàn, cường độ dòng điện, điện thế hồ quang, tốc độ hàn, lưu lượng khí bảo vệ phù hợp với chiều dày và tính chất của vật liệu. - Thao tác tháo lắp dây, mỏ hàn, van giảm áp, ống dẫn khí, chai chứa khí, chuẩn bị đấu dây hàn thành thạo. - Tư thế thao tác hàn: Cầm mỏ hàn, ngồi hàn đúng quy định thoải mái tránh gây mệt mỏi - Gâ