Giáo trình mô đun Cắt và hàn cơ bản - Nghề: Chế tạo thiết bị cơ khí

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 cĩ 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 cơng nghệ trên thế giới, lĩnh vực cơ khí chế tạo nĩi chung và ngành chế tạo thiết bị cơ khí, lắp ráp kết cấu thép nói riêng ở Việt Nam nĩi riêng đã cĩ những bước phát triển đáng kể. Chương trình khung nghề chế tạo thiết bị cơ khí đã được xây dựng trên cơ sở phân tích nghề, phần kỹ thuật nghề được kết cấu theo các mơđun. 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 mơđun đào tạo nghề là cấp thiết hiện nay. Mơ đun cắt và hàn cơ bản là mơ đun đào tạo nghề được biên soạn theo hình thức tích hợp lý thuyết và thực hành. Trong quá trình thực hiện, người biên soạn đã tham khảo nhiều tài liệu cơng nghệ ngành chế tạo cơ khí trong và ngồi nước, kết hợp với kinh nghiệm trong thực tế sản xuất. Mặc dù cĩ rất nhiều cố gắng, nhưng khơng tránh khỏ i những k hiếm khuyết, rất mong nhận được sự đĩng gĩp ý kiến của các đờng nghiệp .. để giáo trình được hồn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày 25 tháng 2 năm 2016 Chủ biên Lê Văn Tấn MỤC LỤC TRANG CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN CẮT VÀ HÀN CƠ BẢN Mã số mơ đun: MĐ17 Thời gian mơ đun:150 h; (Lý thuyết:20 h; Thực hành:130 h) I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠ ĐUN: Mơ đun Cắt và Hàn cơ bản là mơ đun nghề bổ trợ trong danh mục các mơn học, mơ đun đào tạo bắt buộc nghề Chế tạo thiết bị cơ khí. Mơ đun cắt và hàn cơ bản mang tính tích hợp và độc lập. II. MỤC TIÊU MƠ ĐUN: Học xong mơ đun này sinh viên cĩ khả năng: + Trình bày được cơng dụng và cách sử dụng thiết bị, dụng cụ hàn điện cắt khí cơ bản như máy hàn, mỏ cắt khí , máy cắt khí tự động + Trình bày được kỹ thuật hàn mối hàn vị trí hàn bằng, hàn ngang, hàn đứng, bằng phương pháp hàn hồ quang tay ,kỹ thuật cắt kim loại bằng mỏ cắt khí , máy cắt khí tự động Oxy-Ga, cắt kim loại bằng PlasMa và bằng O xy Gas -Plasma-CNC + Chọn được chế độ hàn, cắt thích hợp cho từng loại vật liệu + Hàn được các mối hàn ở vị trí hàn bằng, hàn ngang, hàn đứng đảm bảo ngấu chắc, ít biến dạng, khơng cĩ khuyết tật, theo đúng yêu cầu của bản vẽ hoặc sản phẩm mẫu + Cắt được các kim loại cĩ chiều dày khác nhau đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật + Sử dụng đúng kỹ thuật và an tồn các thiết bị, dụng cụ hàn điện cắt khí + Đảm bảo tốt an tồn lao động và vệ sinh cơng nghiệp. + Bố trí chỗ làm việc khoa học, hợp lý. III. NỘI DUNG MƠ ĐUN: 1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: TT Tên các bài trong mơ đun Thời gian Hình thức giảng dạy 1 Mở đầu 4 Tích hợp 2 Hàn đường thẳng trên mặt phẳng thép tấm 20 Tích hợp 3 Hàn giáp mối khơng vát cạnh vị trí hàn bằng (1G) 18 Tích hợp Kiểm tra bài 3 2 Tích hợp 4 Hàn giáp mối khơng vát cạnh vị trí hàn ngang (2G) 18 Tích hợp Kiểm tra bài 4 2 Tích hợp 5 Hàn gĩc chữ T vị trí hàn ngang (2F) 18 Tích hợp Kiểm tra bài 5 2 Tích hợp 6 Hàn giáp mối khơng vát cạnh vị trí hàn đứng (3G) 18 Tích hợp Kiểm tra bài 6 2 Tích hợp 7 Cắt thép tấm bằng ơ xy và khí gas 18 Tích hợp Kiểm tra bài 7 2 Tích hợp 8 Cắt thép hình bằng ơ xy và khí gas 6 Tích hợp 9 Cắt thép tấm bằng máy cắt tự động 18 Tích hợp Kiểm tra bài 9 2 Tích hợp Cộng 150 BÀI 1 MỞ ĐẦU Mục tiêu của bài: - Trình bày được thực chất, đặc điểm, cơng dụng của hàn. - Phân loại được các phương pháp hàn. - Trình bày được cách gây hồ quang và sự cháy của hồ quang. - Trình bày được cơng dụng và cách sử dụng thiết bị, dụng cụ hàn điện. - Phân biệt được vật liệu và các loại que hàn thơng thường. 1. Giới thiệu lịch sử phát triển nghề hàn : Từ cuối thế kỷ 19, vật lý, hĩa học và các mơn khoa học khác phát triển rất mạnh. Năm 1802 nhà bác học Nga petơrop đã tìm ra hiện tượng hồ quan điện và chỉ rõ khả năng sử dụng nhiệt năng của nĩ để làm nĩng chảy kim loại. Năm 1882 kỹ sư Benađớt đã dùng hồ quang cực than để hàn kim loại. Năm 1888 Slavianốp đã áp dụng cực điện nĩng chảy - cực điện kim loại vào hồ quang điện. Năm 1990 - 1902 trong cơng nghiệp đã sản xuất được các bit canxi và sau đĩ 1906 hàn khí ra đời. Hàn tiếp xúc xuất hiện và phát triển chậm hơn, năm 1886 Tomson tìm ra phương pháp hàn tiếp xúc giáp mối. Năm 1887 Benađớt tìm ra phương pháp hàn điểm, nhưng mãi đến năm 1903 thì hàn giáp mối mới dùng trong cơng nghiệp và đặc biệt kể từ sau chiến tranh thế giới thứ hai hàn tiếp xúc mới phát triển mạnh mẽ và xuất hiện nhiều phương pháp hàn mới. Một đĩng gĩp rất quan trọng cho sự phát triển hàn hồ quang là thành cơng của kỹ sư Thụy Điển Kenbe năm 1907 về phương pháp ổn định quá trình phĩng hồ quang và bảo vệ vùng hàn khỏi tác dụng của khơng khí chung quanh bằng cách đắp lên cực kim loại một lớp vỏ thuốc. Việc ứng dụng que hàn bọc thuốc bảo đảm chất lượng cao của mối hàn. Từ những năm cuối bốn mươi các phương pháp hàn trong khi bảo vệ cũng được nghiên cứu và đưa vào sản xuất. Việc khai thác rộng rãi các khí tự nhiên (heli acgơng ở Mỹ, khí cacbonic ở Liên Xơ...) lúc đĩ đã làm cho các phương pháp hàn này phát triển mạnh mẽ. Hàn trong khi bảo vệ làm tăng vọt chất lượng mối hàn. Hiện nay hàn trong khí bảo vệ được ứng dụng mỗi ngày một nhiều hơn. Những năm gần đây loạt phương pháp hàn mới ra đời như hàn bằng tia điện tử, hàn lạnh, hàn masat, hàn nổ, hàn siêu âm, hàn phát ma hồ quang vv..Hiện nay cĩ hơn 120 phương pháp hàn khác nhau. Ở Việt Nam, hiện nay đang trong thời kỳ CNH-HĐH đất nước, cơng nghệ hàn đang được ứng dụng rộng rãi và phát triển. Nguồn nhân lực thợ hàn ngày càng được nâng cao về số lượng và chất lượng. Trong tương lai cơng nghệ hàn sẽ phát triển mạng mẽ hơn. 2 . Thực chất, đặc điểm và cơng dụng của hàn: 2.1 . Khái niệm: Hàn là quá trình cơng nghệ nối hai hoặc nhiều phần tử (chi tiết, bộ phận) thành một khối thống nhất bằng cách dùng nguồn nhiệt nung nĩng chỗ cần nối đến trạng thái lỏng (hoặc dẻo), sau đĩ kim loại tự kết tinh (hoặc dùng lực ép) tạo thành mối hàn. 2.2 . Đặc điểm và ứng dụng: - Mới hàn là một liên kết “cứng” khơng tháo rời được. - So với đinh tán tiết kiệm (10 ¸ 20)% khối lượng kim loại, so với đúc tiết kiệm khoảng 50%. - Hàn chế tạo được các chi tiết cĩ hình dáng phức tạp, liên kết các kim loại cĩ cùng tính chất hoặc khác tính chất với nhau. - Mối hàn cĩ độ bền và độ kín cao, đáp ứng yêu cầu làm việc quan trọng của các kết cấu quan trọng (vỏ tàu, bồn chứa, nồi hơi,..v.v). - Cĩ thể cơ khí hĩa và tự động hĩa quá trình hàn. - Giá thành chế tạo kết cấu rẻ. Tuy vậy, hàn cịn cĩ một số nhược điểm : sau khi hàn tồn tại ứng suất và biến dạng dư, xuất hiện vùng ảnh hưởng nhiệt làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu. 3 – Phân loại các phương pháp hàn: 3.1 - Căn cứ dạng năng lượng sử dụng, hàn được phân ra các phương pháp hàn sau : * Các phương pháp hàn điện : dùng điện năng biến thành nhiệt năng (hàn điện hồ quang, hàn điện tiếp xúc,..v.v). * Các phương pháp hàn cơ học : sử dụng cơ năng làm biến dạng kim loại tại khu vực hàn (hàn nguội, hàn ma sát, hàn siêu âm,..v.v). * Các phương pháp hàn hĩa học : sử dụng năng lượng do các phản ứng hĩa học tạo ra để nung nĩng kim loại mối hàn (hàn khí, hàn hĩa nhiệt,..v.v). * Các phương pháp hàn kết hợp : sử dụng kết hợp các dạng năng lượng nêu trên (hàn các vật liệu cĩ tính hàn khĩ). 3.2 - Căn cứ vào trạng thái kim loại mối hàn tại thời điểm hàn: * Hàn nĩng chảy : bao gồm các phương pháp hàn : hàn khí, hàn điện xỉ, hàn hồ quang,..v.v Kim loại mối hàn ở trạng thái lỏng trong quá trình hàn. * Hàn áp lực : bao gồm các phương pháp hàn : hàn siêu âm, hàn nổ, hàn khuếch tán, hàn điện trở tiếp xúc,..v.v trong quá trình hàn, kim loại mối hàn ở trạng thái chảy dẻo. 3.2.1 Hàn điện hồ quang: Là phương pháp dùng cực điện bằng kim loại hoặc bằng than tạo ra tia hồ quang để sản ra nhiệt lượng đốt nĩng chảy mối hàn. Hàn điện hồ quang gồm: hàn hồ quang tay, hàn tự động và nửa tự động (hàn dưới thuốc, hàn trong mơi trường khí bảo vệ, hàn điện xỉ). 3.2.2 Hàn khí (hàn hơi) Là phương pháp sử dụng nguồn nhiệt năng của khí khi cháy để nung nĩng mối hàn đến nĩng chảy, làm cho chúng sau khi nguội hàn liền lại với nhau. -Đây là hai phương pháp chủ yếu của hàn nĩng chảy hiện nay đang dùng ở nước ta mà chúng ta sẽ đề cập chủ yếu trong tài liệu này. -Trong những năm gần đây với sự phát triển của kỹ thuật hàn, đã xuất hiện thêm nhiều phương pháp hàn mới của hàn nĩng chảy như hàn bằng tia điện tử, hàn hồ quang plat - ma, hàn bằng tia lade vv... 3.2.3.Phương pháp hàn rèn -Đây là phương pháp cũ nhất mà những thợ rèn thủ cơng hay dùng để hàn những vật rèn. Vật rèn nĩi chung được nung nĩng trắng khoảng 12000C - 13000C trong lị rèn, sau lấy ra đặt lên đe, dùng búa đập. Khi đập búa, phải đập ở giữa trước, sau mới đập bên cạnh và bốn xung quanh, để cho xỉ tạp trong ngàm nối dễ trơi ra ngồi. Nhờ tác dụng đập của búa rèn, xỉ sẽ khơng bị giữ lại làm ảnh hưởng đến cường độ của mối hàn. -Phương pháp hàn rèn chỉ dùng để hàn một số vật hình dáng đơn giản. Những vật như thùng trịn, bình chứa lớn..thì khơng thể hàn được. Hàn bằng khí than ướt (CO + H2) về nguyên lý cũng giống như hàn rèn, chỉ khác là đổi nguồn nhiệt nung bằng cách dùng khí than ướt, cho nên hàn bằng khí than ướt là một loại đặc biệt của phương pháp hàn rèn. Vì khí than ướt cĩ thể dùng ống phun để đốt, nên vừa nung vừa cĩ thể dùng máy búa hoặc trục ép để hàn liên đầu nối lại. Do tính hồn nguyên của ngọn lửa khí than ướt rất mạnh cho nên ở mối hàn khơng cần dùng thuốc hàn, mà vẫn cĩ thể cĩ được mối hàn nhẵn chắc. 3.2.4 -Phương pháp hàn nhiệt nhơm -Hàn nhiệt nhơm là một phương pháp hàn dùng nhiệt phát ra do sự cháy của bột nhĩm với oxit sắt. 8Al +3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe -Phản ứng này phát ra một nhiệt lượng rất lớn, đơi khi cĩ nhiệt độ lớn hơn 30000C. Phương pháp hàn nhiệt nhơm cĩ 3 loại dưới đây: + Phương pháp hàn áp lực bột nhơm sắt: Dùng xỉ và sắt nĩng chảy làm nguồn nhiệt để nung vật hàn, sau đĩ dùng áp lực ép cho chúng liền lại với nhau. +Phương pháp hàn nĩng chảy bột nhơm sắt: Dùng xi nung nĩng vật hàn gần tới điểm nĩng chảy, sau đĩ đồ sắt nĩng chảy vào cho nĩ liền với vật hàn. +Phương pháp hàn bột nhơm sắt hỗn hợp áp lực và hàn nĩng chảy: Vật hàn một phần được lợi dụng nhiệt lượng của xi để nung nĩng và nhờ áp lực ép mà chúng gắn lại với nhau, phần khác do sắt nĩng chảy nên kim loại vật hàn và nguyên liệu hàn được kết chặt lại. Phương pháp này phần nhiều để hàn đường ray của xe hỏa, xe điện. Sau khi phát minh ra phương pháp hàn dùng khí axetylen phương pháp hàn nhiệt nhơm dần dần ít được dùng. 3.2.5. Phương pháp hàn tiếp xúc -Hàn điện tiếp xúc cĩ rất nhiều phương pháp khác nhau, thực chất của phương pháp đĩ là: Cho dịng điện cĩ cường độ lớn chạy qua chi tiết hàn, chỗ tiếp xúc cĩ điện trở lớn sẽ bị nung nĩng đến trạng thái hàn và nhờ tác dụng của lực cơ học, chúng sẽ dính chắc lại với nhau. -Đây là phương pháp chủ yếu của hàn áp lực mà chúng ta sẽ đề cập đến trong tài liệu này. -Ngày nay, hàn bằng áp lực cùng xuất hiện thêm nhiều phương pháp mới như hàn bằng ma sát, hàn bằng siêu âm hàn nguội, hàn nổ, hành khuếch tán trong chân khơng vv... -Ngồi hai nhĩm hàn trên: hàn nĩng chảy và hàn áp lực trong thực tế chúng ta cĩ gặp một dạng hàn khác, đĩ là hàn vẩy. -Hàn vẩy cịn gọi là hàn khác nguyên liệu, khi hàn chỉ cần đốt nĩng mối hàn đến một nhiệt độ nhất định, sau đĩ cho nhỏ nguyên liệu hàn nĩng chảy xuống để nổi vật hàn lại với nhau. -Chỗ khác nhau giữa nĩ với hàn là khơng cần đốt nĩng chảy vật hàn mà chỉ cần đạt tới nhiệt độ cĩ thể hỗn hợp với nguyên liệu hàn đã nĩng chảy để thành hợp kim là được, cịn đối với nguyên liệu hàn thì nhất định phải đốt nĩng chảy. Kim loại dùng làm nguyên liệu hàn thường khác hẳn vật hàn, cho nên gọi là hàn khác nguyên liệu. 4. Kỹ thuật hàn hồ quang: 4.1 – Sự tạo thành mối hàn hồ quang tay: 4.1.1 – Định nghĩa về vũng hàn, mối hàn, liên kết hàn: Khái niệm vũng hàn: Vũng hàn là phần kim loại lỏng được tạo ra trong quá trình hàn dưới tác dụng của nguồn nhiệt hàn. Mối hàn: Là phần kim loại lỏng được kết tinh trong quá trình hàn, nĩ ở trạng thái lỏng.Theo tiết diện ngang, mối hàn phân thành hai loại : mối hàn giáp mối và mối hàn gĩc. Liên kết hàn:Liên kết hàn được hiểu bao gồm mối hàn, vùng ảnh hưởng nhiệt và kim loại cơ bản. Các dạng liên kết hàn : liên kết hàn gĩc, liên kết hàn chồng nối, liên kết hàn giáp mối 4.1.2 – các yếu tố ảnh hưởng tới sự chuyển dịch kim loại lỏng từ điện cực vào vũng hàn: 4.1.2.1. Tác dụng của trọng lực giọt kim loại lỏng. Kim loại lỏng dưới tác dụng của trọng lực luơn cĩ xu hướng đi về vũng hàn (cĩ tác dụng lớn đối với hàn bằng). 4.1.2.2. Sức căng bề mặt . Sức căng bề mặt được tạo nên do tác dụng của lực phân tử. Lực phân tử luơn cĩ xu hướng làm cho bề mặt chất lỏng thu nhỏ lại, tạo cho bề mặt kim loại lỏng cĩ một năng lượng tự do bé nhất. Sức căng bề mặt làm cho các giọt kim loại lỏng cĩ dạng hình cầu và giữ ở trạng thái này trên suốt đoạn đường chuyển vào vũng hàn, khi vào vũng hàn sẽ bị sức căng bề mặt kéo vào để tạo thành một khối thống nhất (cĩ tác dụng lớn đối với mối hàn trong khơng gian). 4.1.2.3. Lực từ trường. Lực từ trường sinh ra xung quanh điện cực khi cĩ dịng điện chạy qua que hàn và vật hàn. Lực này tác dụng lên kim loại lỏng điện cực làm giảm tiết diện ngang, trong khi đĩ Ih = const, nên tại chỗ thắt mật độ dịng điện J tăng lên nhanh chĩng làm kim loại lỏng đạt đến nhiệt độ sơi, cắt đứt phần kim loại lỏng khỏi điện cực. Mặt khác, vì diện tích vũng hàn lớn nên cường độ từ trường trên bề mặt vũng hàn rất nhỏ và mật độ dịng điện J nhỏ, do đĩ kim loại lỏng luơn cĩ xu hướng đi về vũng hàn với mọi vị trí hàn. 4.1.2.4. Áp lực khí. Do nhiệt độ hồ quang cao, các phản ứng hĩa học xảy ra rất mạnh, thuốc bọc que hàn (thuốc hàn) nĩng chảy sẽ sinh ra nhiều khí tạo nên áp lực đẩy kim loại lỏng từ điện cực vào vũng hàn (cĩ tác dụng lớn đối với mối hàn trong khơng gian). 4.1.3 – Hàn hồ quang tay: 4.1.3.1 Thực chất, đặc điểm của hàn hồ quang tay. Thực chất: Hàn hồ quang tay là một trong những phương pháp hàn nĩng chảy, dùng năng lượng của hồ quang điện nung nĩng lim loại chỗ cần nối đến trạng thái chảy để sau khi kết tinh sẽ tạo thành mối hàn nối các chi tiết lại thành một khối bền vững. Đặc điểm: Cho đến nay hàn hồ quang tay vẫn được sử dụng rất phổ biến ở tất cả các nước kể cả ở nghững nước cĩ nền cơng nghiệp phát triển bởi tính ling động, tiện lợi và đa năng của nĩ. Phương pháp này cho phép thực hiện các mối hàn ở mọi vị trí trong khơng gian. Thiết bị hàn hồ quang tay dễ vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng và mức đầu tư thấp nhất. Vì mọi chuyển động cơ bản đều được thực hiện bằng tay, nên chất lượng và năng suất hàn phụ thuộc hồn tồn vào trình độ tay nghề và kinh nghiệm của người thợ hàn. 4.1.3.2 Hồ quang hàn và tính chất của nĩ: 4.1.3.2.1 Khái niệm, đặc điểm, cấu tạo hồ quang hàn. * Khái niệm : Hồ quang là hiện tượng phĩng điện mạnh và liên tục qua mơi trường khí (đã bị ion hĩa) giữa hai điện cực. * Đặc điểm : Nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh, cĩ thể làm nĩng chảy tất cả các kim loại (nhiệt độ ở tâm cột hồ quang khoảng 60000C).Trong khơng gian hồ quang gồm các phần tử tích điện e, ion âm và ion dương, trong đĩ electrơn đĩng vai trị quan trọng nhất vì nĩ cĩ điện tích âm nhỏ nhất (e = -1,602.10-19C), cĩ khối lượng rất nhỏ, nhỏ hơn khối lượng nguyên tử hiđrơ (là nguyên tử nhẹ nhất mH = 1,66.10-27kg) 1840 lần. * Cấu tạo của hồ quang: - Cấu tạo của hồ quang gồm 3 vùng : Vùng anốt A (cực +), vùng catốt K (cực -) và vùng cột hồ quang. Uh = UA + UK + UC - Vùng katốt : là vùng sản sinh ra các điện tử. Vùng này cú điện áp UK, chiều dài khoảng 10-5cm. Nhiệt độ vùng này khoảng 32000C, chiếm 38% tổng nhiệt lượng hồ quang. - Vựng anốt : cú điện ỏp UA, thể tích lớn hơn vùng catốt nhưng điện áp rơi nhỏ hơn, bằng (2-4)V (hàn dưới lớp thuốc). Vùng này cĩ nhiệt độ 34000C, chiếm 42% tổng nhiệt lượng hồ quang. - Vùng cột hồ quang cĩ điện áp UC. Nhiệt độ ở tâm khoảng 60000C, chiếm 20% tổng nhiệt lượng hồ quang. Nhiệt lượng của cột hồ quang làm nhiệm vụ nung nĩng chảy que hàn và vật hàn ; cung cấp nhiệt lượng để phát xạ điện tử. Nhiệt ở A cao hơn ở K, do động năng của các điện tử electron lớn (vận tốc » vận tốc ánh sáng) va đập mạnh vào bề mặt A sinh ra nhiệt lớn. Khi hàn vật mỏng đấu cực âm vào vật hàn, cực dương vào que hàn. Sau khi hồ quang hình thành, muốn duy trì hồ quang cháy ổn định thì phải đảm bảo chiều dài hồ quang khơng đổi 4.1.3.2.2 Các phương pháp tạo hồ quang và sự cháy của hồ quang. a) Các phương pháp gây hồ quang. PP 1. Phương pháp mổ thẳng (mổ cị) - Hình a Que hàn tiếp xúc trực tiếp với vật hàn theo phương thẳng đứng (hình vẽ), sau đĩ nhanh chĩng nhấc lên khỏi vật hàn một khoảng từ 2 - 4 mm và duy trì ở một khoảng cách cố định để hồ quang cháy ổn định. PP 2. Phương pháp ma sát (quẹt diêm) - Hình b Nghiêng que hàn một gĩc và vạch nhẹ lên bề mặt vật hàn, sau đĩ nhanh chĩng nhấc que hàn lên cách bề mặt vật hàn từ 2 4 4mm, giữ ở khoảng cách cố định để hồ quang cháy ổn định (hình vẽ). Trong hai phương pháp trên, phương pháp gây hồ quang ma sát dễ thao tác hơn (dễ dàng cho người mới học nghề) nhưng hay tạo vết trên bề mặt vật hàn. Phương pháp gây hồ quang thẳng đứng địi hỏi thao tác phải nhanh bởi vì que hàn rất dễ bị dính vào vật hàn, khơng hình thành hồ quang được b) Sự cháy của hồ quang hàn. Như trên ta đã nĩi, sau khi cho que hàn chạm rất nhanh vào vật hàn rồi đưa lên độ cao 2-4mm thì phát sinh ra hồ quang. Sự cháy của hồ quang phụ thuộc vào : Điện thế giữa hai điện cực lúc máy chưa làm việc, cường độ dịng điện và khoảng cách giữa hai điện cực (chiều dài hồ quang). Quan hệ giữa điện thế và cường độ dịng điện gọi là đặc tính tĩnh của hồ quang. với một chiều dài hồ quang ta cĩ đặc tính nhất định. Điện thế của hồ quang chủ yếu phụ thuộc vào cường độ và chiều dài hồ quang, ngồi ra cịn phụ thuộc vào nhiều tếu tố khác, ví dụ như vật liệu điện cực, các loại khí chứa trong khoảng khơng gian của hồ quang cháy và loại dịng điện v.v... Khi hàn hồ quang tay, điện thế chủ yếu phụ thuộc vào chiều dài hồ quang. Qua thực nghiện đã vẽ được đường đặc tính tĩnh của hồ quang. Trên giảng đồ Uh = f(I), Uh thay đổi theo ba khoảng dịng điện, tức là hình dáng đường cong đặc tính thay đổi cùng với sự thay đổi dịng điện. Uh = I.R = r Khoảng dùng điện I < 80A, điện thế hồ quang giảm khi dịng điện tăng lớn. Nguyên nhân là lúc này cơng suất hồ quang cũn bộ, tăng dịng điện thì sẽ tăng mặt cắt hồ quang và đồng thời tăng tính dẫn điện của nĩ. Đường đặc tính tĩnh trong khoảng dịng điện này là giảm dần liên tục.Do điện tăng trong khoảng 80 đến 1000 A thì điện thế hồ quang trở nên khơng đổi. Lúc này điện thế hồ quang chỉ thay đổi phụ thuộc vào chiều dài hồ quang. Đường đặc tính tĩnh của hồ quang hầu như song song với trục của dịng điện và được gọi là đường đặc tính cứng, loại đường này được dùng nhiều trong hàn hồ quang tay và hồ quang rất ổn định. Nếu tăng dịng điện lên trên 1000A thì mật độ dịng điện trong que hàn rất cao. Vết cực và mặt cắt hồ quang khơng tăng được nữa, mặc dầu mật độ dịng điện tỷ lệ với cường độ dịng điện, vết cực khơng tăng mà chỉ mật độ dịng điện tăng. Bởi thế điện thế tăng và đường cong đặc tính dốc lên. Loại đường đặc tính này dùng trong hàn tự động dưới lớp thuốc và hàn khí bảo vệ. c) Quá trình hình thành hồ quang: Quá trình hình thành hồ quang xảy ra rất ngắn (khoảng 1/10giây), nhưng nĩ cĩ thể chia làm 4 giai đoạn sau : - Giai đoạn a : Que hàn tiếp xúc với vật hàn, tại các chỗ nhấp nhơ mật độ dịng điện tăng lên rất cao. - Giai đoạn b : do mật độ dịng điện tại chỗ tiếp xúc tăng cao sẽ sinh ra nhiệt lượng lớn làm nĩng chảy kim loại và điền đầy khoảng khơng gian giữa hai điện cực. - Giai đoạn c : khi nhấc que hàn lên khỏi vật hàn, do tác dụng của lực từ trường, cột hồ quang bị kéo dài ra, tiết diện ngang giảm xuống. - Giai đoạn d : Tại chỗ thắt, mật độ dịng điện tăng cao làm kim loại đạt đến nhiệt độ sơi và cắt đứt phần kim loại lỏng đi vào vũng hàn, hồ quang được hình thành. Sau khi hồ quang hình thành, do ảnh hưởng của nhiệt hồ quang sẽ xảy ra hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử trên bề mặt catốt, kèm theo sự tăng đáng kể của điện áp làm cho hiện tượng tự phát xạ tăng lên và hồ quang được duy trì. 4.1.4 Phân loại hàn hồ quang hàn a) Phân loại theo dịng điện. Phân loại theo dịng điện, hàn hồ quang tay được chia ra : 1/ Hàn bằng dịng điện xoay chiều AC (Alternating Current). + Ưu điểm : thiết bị đơn giản, dễ chế tạo, dễ bảo quản sửa chữa, giá thành thấp, thuận tiện ở nơi gần lưới điện và hồ quang ít bị thổi lệch. + Nhược điểm : Khĩ gây hồ quang và hồ quang cháy khơng ổn định, do đĩ chất lượng mối hàn khơng đạt được yêu cầu cao, khơng dùng được với tất cả các loại que hàn. 2/ Hàn bằng dịng điện một chiều DC (Direct Current). + Ưu điểm : dễ gây hồ quang và hồ quang cháy ổn định, tiện lợi ở nơi xa lưới điện, chất lượng mối hàn đạt được cao. + Nhược điểm : tổn hao nhiều năng lượng (do dùng máy phát, chỉnh lưu), hồ quang hay bị thổi lệch. Do cĩ những ưu nhược điểm trên mà hiện nay cả hai phương pháp này cùng tồn tại và bổ trợ cho nhau. b) Phân loại theo cách nối dây. 1/ Nối trực tiếp Nối trực tiếp là nối một cực của nguồn điện hàn với que hàn, cịn cực kia nối với vật hàn. Khi hàn bằng dịng một chiều, nối trực tiếp được phân ra : nối thuận và nối nghịch. + Nối thuận: là nối cực dương của nguồn với vật hàn, cực âm với que hàn. + Nối nghịch: là nối cực dương của nguồn với que hàn, cực âm với vật hàn. Khi hàn vật mỏng dùng phương pháp nối nghịch và hàn vật dầy nối thuận. 2/ Nối gián tiếp : là nối hai cực của nguồn điện với que hàn cịn vật hàn khơng nối cực. Hồ quang cháy giữa hai que hàn, do vậy cĩ thể điều chỉnh được lượng nhiệt của vũng hàn khi hàn bằng cách thay đổi chiều dài cột hồ quang (hình vẽ). Cách nối dây này dùng khi hàn các vật mỏng, hàn thép cĩ nhiệt độ nĩng chảy thấp bằng điện cực khơng nĩng chảy. 3/ Nối hỗn hợp Dùng khi hàn hồ quang tay bằng dịng ba pha. Hai cực của nguồn điện nối với que hàn cịn cực kia nối với vật hàn. Ưu điểm là nhiệt tập trung cao, năng suất hàn cao. Thường áp dụng khi hàn vật dầy, các kim loại và hợp kim nĩng chảy cao. c) Phân loại theo điện cực 1/ Hàn bằng điện cực nĩng chảy (que hàn, dây hàn) : mối hàn do kim loại điện cực và kim loại vật hàn tạo nên. 2/ Hàn bằng điện cực khơng nĩng chảy (Vonfram, điện cực than). Mối hàn tạo nên cĩ thể chỉ do kim loại vật hàn nĩng chảy (nếu khơng dùng que hàn phụ), hoặc do cả kim loại que hàn và vật hàn tạo nên khi hàn bằng điện cực nĩng chảy hoặc khơng nĩng chảy cĩ dùng que hàn phụ. Hồ quang cĩ thể cháy trực tiếp giữa que hàn và vật hàn hoặc cháy gián tiếp giữa que hàn và que hàn bằmg nguồn điện hai pha hoặc ba pha. 5. Dụng cụ thiết bị: 5.1 – Yêu cầu cơ bản của máy hàn điện: Nguồn điện hàn hồ quang tay cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau đây: 1) Điện thế khơng tải của máy phải cao hơn điện thế khi làm việc, đồng thời khơng gây nguy hiểm khi sử dụng (U0< 80V). Ví dụ: + Đối với dịng một chiều : U20 =35V-55V ; Uh =20V-35V + Đối với dịng xoay chiều : U20 =55V-85V; Uh =25V-45V. 2) Khi hàn thường xẩy ra hiện tượng ngắn mạch, núc này cường độ dịng điện rất lớn; dịng điện lớn khơng những làm nĩng chảy nhanh que hàn và vật hàn mà cịn phá hỏng máy. Do đĩ trong quá trình hàn khơng cho phép dịng điện ngắn mạch Iđ quá lớn . Thường chỉ cho phép Iđ = (1,3 - 1,4) Ih 3) Máy hàn hồ quang tay phải cĩ đương đặc tính ngồi dốc nghĩa là I tăng thì U giảm và ngược lại. 4) Máy hàn phải cĩ cơ cấu điều chỉnh dịng hàn, thích hợp hàn với nhiều chế độ khác nhau. + Để hồ quang cháy liên tục, ổn định thì dịng điện và điện áp phải lệch pha nhau cĩ nghiã là dịng và áp khơng cùng giá trị 0 tại một thời điểm. 5.2 – Máy hàn điện xoay chiều: 5.2.1 – Máy hàn xoay chiều với bộ tự cảm riêng: - Máy này dùng để giảm điện thế mạn từ 220v hoặc từ 380v xuống điện thế khơng tải từ 75 đến 60v để đảm bảo an tồn khi làm việc. - Sơ đồ nguyên lý của máy CT': 5.2.2 – Máy hàn với bộ tự cảm kết hợp: - Sơ đồ nguyên lý của máy hàn kiểu CTH 5.2.3 – Máy hàn xoay chiều cĩ lỏi di động: - Sơ đồ nguyên lý của của máy hàn xoay chiều cĩ lỏi di động: 1. Máy hàn chỉnh lưu 1 pha Trong nửa chu kỳ thứ nhất chỉnh lưu chỉ cho dịng điện đi qua 1 và 3; trong nửa chu kỳ thứ hai chỉnh lưu chỉ cho dịng điện đi qua 2 và 4. Như vậy trong cả chu kỳ, dịng điện hàn chỉ theo một hướng và hồ quang cháy ổn định. Hình 43: Sơ đồ nguyên lý của máy hàn chỉnh lưu một pha 2. Máy hàn chỉnh lưu 3 pha Trong mỗi phần sáu chu kỳ chỉ cĩ một cặp chỉnh lưu làm việc, tuần tự như sau: 1 – 5; 2 – 4 ; 3 – 6. Kết quả trong tồn bộ chu kỳ dịng điện được chỉnh lưu liên tục và đường cong điện thế gần trở thành đường thẳng. Như vậy dịng điện xoay chiều 3 pha sau khi đi qua chỉnh lưu cũng chỉ theo một hướng. Hình 44: Giới thiệu sơ đồ nguyên lý máy hàn chỉnh lưu ba pha. Máy hàn bằng dịng điện chỉnh lưu khơng cĩ phần quay, nên đơn giản và tốt hơn máy hàn một chiều kiểu động cơ máy phát. Ngồi ra nĩ cịn cĩ hệ số cơng suất hữu ích cao, cơng suất khơng tải nhỏ hơn 5 4 6 lần so với máy hàn một chiều. So với máy hàn xoay chiều thì quá trình hàn hồ quang ổn dịnh hơn, thuận lợi cho việc sử dụng để hàn các vật liệu khác nhau. Máy hàn chỉnh lưu được ứng dụng rộng rãi vì cĩ nhiều ưu điểm: gọn nhẹ, đơn giản và cĩ tính kinh tế cao. 6. Các kiểu máy hàn đặc biệt Ngày nay nhiều loại máy hàn được đưa ra để đáp ứng các yêu cầu về cơng nghệ hàn, tự động hĩa, độ chính xác. Các máy này gọn nhẹ. Ở đây sẽ trình bày khái quát một số máy hàn đặc biệt. 6.1. Kiểu đa năng Máy hàn dưới lớp thuốc SAW (Submerged Arc Welding) hãng LINCOLN-400A (hình a) dịng hàn AC/DC với đầu hàn tự động (hình b) và đầu hàn điện cực chảy LT7 (hình c) dây lõi thuốc. a) b) a. Máy hàn SAW- DC 400 A. b. Đầu hàn tự động SAW. c). Đầu hàn dây hàn bột LINCOLN – LT7 của máy hàn SAW –DC 400 Hình 45. Thiết bị hàn SAW 6.2. Máy hàn nhiều đầu mỏ a) b) Hình a. Máy hàn điện-1000A Hình b. Các biến trở Hình 46- Máy hàn 6 mỏ Đây là máy hàn điện MHD-1000 là máy hàn điện cĩ dịng định mức là 1000-A với điện áp vào 380 Vơn. Cung cấp dịng điện ra thơng qua các biến trở (BT) hàn và để điều chỉnh cường độ dịng hàn. 6.3. Máy hàn TIG –WP 300 Máy hàn TIG –WP 300 – là loại máy hàn đặc biệt. Loại máy này cĩ các bộ phận như: bộ tần số cao để mồi hồ quang tự động, bộ tụ điện để triệt DC khi hàn AC, hệ thống tuần hồn nước để làm nguội mỏ hàn. Với chức năng hàn TIG bằng tay và hàn hồ quang tay que hàn thuốc bọc. Hình 47: Máy hàn TIG–WP 300 6.4. Dụng cụ hàn hồ quang tay. -Hàn hồ quang tay cần cĩ các dụng cụ chuyên dùng thường được cung cấp chung với máy hàn các dụng cụ bao gồm: - Dây điện hàn và dây nối mát - Kìm hàn để kẹp điện cực - Kẹp nối mát - Búa gõ xỉ và bàn chải sắt - Mặt nạ hàn với kính bảo vệ - Tủ sấy que hàn - Máy mài cầm tay Ngồi các phụ tùng trên thợ hàn cần được trang bị quần áo bảo hộ đặc biệt cho thợ hàn thích hợp cho trong điều kiện làm việc cĩ ánh hồ quang và sự bắn tĩe của kim loại và độc hại của khĩi hàn 6.4.1. Kìm hàn điện hồ quang tay Hình 48. Kìm hàn 6.4.2. Kẹp nối mát Hình 49. Kẹp nối mát Kẹp này nối dây nối mát đến chi tiết hàn. Đây là bộ phận rất quan trọng nếu nối mát khơng tốt (tiếp xúc), hồ quang sẽ khơng ổn định và khơng cung cấp đủ nhiệt cho quá trình hàn, kẹp phải đảm bảo tiếp xúc điện tốt, dễ thao tác dễ sử dụng. 6.4.3. Máy mài cầm tay Hình 50: Máy mài cầm tay. Máy mài cầm tay là một trong những phụ tùng khơng thể thiếu được của thợ hàn, dùng để sửa chữa mép hàn và dùng để mài nối que ( đầu nối que hàn) 6.4.4. Tủ ủ que hàn Hình 51: Tủ ủ que hàn Do que hàn luơn cĩ xu hướng hấp thụ hơi ẩm, để đảm bảo chất lượng mối hàn que hàn cần được bảo quản thích hợp và cĩ thể phải sấy lại trước khi sử dụng, do đĩ thợ hàn cần phải cĩ tủ sấy cá nhân hay gọi là tủ sấy di động trong quá trình hàn. 6.4.5 Các dụng cụ cầm tay thơng dụng Trong quá trình hàn hờ quang tay người thợ hàn thường xuyên sử dụng các dụng cụ cầm tay sau đây: Hình 20: Các dụng cụ cầm tay thơng dụng 7. Que hàn hồ quay tay: 7.1 – Cấu tạo yêu cầu và phân loại que hàn: a, cấu tạo: que hàn gồm 2 phần chính (H.vẽ) - phần lõi: là những đoạn dây kim loại cĩ chiều dài từ 250 ÷ 450 mm tương ứng với đường kính 1,6 ÷ 6,0 mm. Theo TCVN-3734-89 quy ước đường kính que hàn được gọi theo đường kính lõi que d. - Phần vỏ thuốc: hỗn hợp các hĩa chất , khống chất, các ferơ hợp kim và chất kết dính. b. Yêu cầu : - Đối với vỏ thuốc bọc : + Tạo ra mơi trường ion hĩa tốt để dễ gây hồ quang và hồ quang cháy ổn định (dùng các nguyên tố kim loại kiềm và kiềm thổ). + Tạo khí bảo vệ tốt vũng hàn (thành phần cĩ: tinh bột xenlulơ, đá cẩm thạch,..). + Tạo lớp xỉ bảo vệ trên tồn bộ bề mặt mối hàn và dễ bong khi nguội (thường dùng các ơxit : TiO2, MnO, SiO2, huỳnh thạch CaF2, ) + Cĩ tác dụng khử ơxy và hợp kim hĩa kim loại mối hàn (thuốc bọc chứa các nguyên tố : C, Si, Mn,..). + Đảm bảo thuốc bọc bám chắc lên lõi que (thường dùng nước thủy tinh, đextrin). +Nhiệt độ nĩng chảy của thuốc phải lớn hơn nhiệt độ nĩng chảy của lõi que để khi hàn nĩ tạo thành phễu đỡ kim loại lỏng. - Xét tổng thể, que hàn phải đạt các yêu cầu sau : + Đảm bảo yêu cầu về cơ tính của kim loại mối hàn. + Cĩ tính cơng nghệ tốt : dễ gây hồ quang và hồ quang cháy ổn định ; nĩng chảy đều, khơng vĩn cục; kim loại mối hàn ít bị khuyết tật ;..v.v.. 7.2 Thành phần lõi que hàn : - Cácbon : khử ơxy tương đối tốt tạo thành CO2 , hàm lượng C £ 0,18%. - Mangan : là chất khử ơxy rất tốt, khử được tác dụng của lưu huỳnh, làm giảm khả năng nứt nĩng và hợp kim hĩa nâng cao độ bền mối hàn. Trong lõi que hàn Mn = (0,4-0,6)% , cĩ trường hợp lên tới 0,8% hoặc 1,1%. - Silic : Khử ơxy mạnh hơn Mn, song tạo thành SiO2 (cĩ nhiệt độ nĩng chảy cao), làm xỉ quánh hơn; do đĩ dễ gây ra rỗ xỉ. Mặt khác nĩ cịn làm cho cácbon khơng bị ơxy hĩa ở nhiệt độ cao và khi đơng đặc cácbon mới bị ơxy hĩa tạo thành khí CO khĩ thốt ra ngồi gây rỗ khí, ngồi ra nĩ cịn làm tăn