Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc (FCAW) đến kích thước và hình dạng mối hàn giáp mối một phía
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYỄN ĐĂNG HOÀNG
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN HỒ QUANG
BẰNG DÂY HÀN LÕI THUỐC (FCAW) ĐẾN KÍCH THƯỚC VÀ
HÌNH DẠNG MỐI HÀN GIÁP MỐI MỘT PHÍA
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ
HÀ NỘI - 2014
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Nguyễn Đăng Hoàng, học viên Cao học ngành Kỹ thuật cơ khí - Khoá
2012, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh
hưởng của chế độ hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc (FCAW) đến kích
thước và hình dạng mối hàn giáp mối một phía.”
Tôi xin cam đoan rằng, ngoại trừ các số liệu, các bảng biểu, các đồ thị,…. đã
được trích dẫn từ tài liệu tham khảo và kết quả nghiên cứu cùng Thạc sỹ Vũ Văn Ba
thì các số liệu, nội dung còn lại được công bố trong Luận văn này là của tác giả.
Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Học viên
Nguyễn Đăng Hoàng
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
i
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
MỤC LỤC.................................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................... iv
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................ vii
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN FCAW ..................................3
1.1. Tổng quan về phương pháp hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong
môi trường khí bảo vệ.............................................................................................3
1.1.1. Phạm vi ứng dụng.....................................................................................4
1.1.2. Ưu điểm....................................................................................................4
1.1.3. Hạn chế.....................................................................................................5
1.2. Công nghệ hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc FCAW ..............................5
1.2.1 Nguyên lý, đặc điểm và phân loại .............................................................5
1.2.2. Vật liệu và thiết bị hàn FCAW.................................................................8
1.2.3. Ứng dụng công nghệ hàn FCAW. ..........................................................18
1.3 Công nghệ hàn giáp mối một phía..................................................................21
1.3.1 Phân loại các liên kết hàn và mối hàn .....................................................21
1.3.2. Hàn giáp mối một phía ...........................................................................24
1.4. Kết luận và định hướng nghiên cứu...............................................................30
CHƯƠNG II: ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN FCAW TỚI HÌNH DÁNG VÀ
KÍCH THƯỚC MỐI HÀN GIÁP MỐI ....................................................................31
2.1 Các thông số của chế độ hàn FCAW..............................................................31
2.2. Dòng điện hàn................................................................................................32
2.3. Điện áp hồ quang ...........................................................................................34
2.4. Tầm với điện cực ...........................................................................................34
2.5. Tốc độ hàn .....................................................................................................36
2.6. Góc nghiêng điện cực ....................................................................................37
2.7. Lưu lượng khí bảo vệ.....................................................................................37
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
ii
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
2.8. Kỹ thuật hàn...................................................................................................40
2.8.1. Hàn dây điện cực tự bảo vệ ....................................................................41
2.8.2. Hàn dây điện cực có sử dụng khí bảo vệ................................................42
2.9 Kết luận...........................................................................................................42
CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ
HÀN FCAW TỚI HÌNH DÁNG VÀ KÍCH THƯỚC MỐI HÀN ...........................43
3.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm ................................................................43
3.2. Các khái niệm cơ bản về quy hoạch thực nghiệm .........................................43
3.2.1. Quy hoạch thực nghiệm..........................................................................43
3.2.2. Đối tượng nghiên cứu.............................................................................43
3.2.3. Kế hoạch thực nghiệm............................................................................44
3.2.4. Các mức giá trị và khoảng biến thiên của yếu tố đầu vào......................44
3.2.5. Các bước của bài toán quy hoạch thực nghiệm và tìm cực trị ...............46
3.3. Nội dung ........................................................................................................48
3.3.1. Quy hoạch thực nghiệm xác định ảnh hưởng của các thông số chế độ
hàn đến hình dạng và kích thước của mối hàn .................................................48
3.3.2. Vật liệu, trang thiết bị và dụng cụ thí nghiệm........................................55
3.3.3. Quy trình thực nghiệm............................................................................62
3.4. Kết quả thí nghiệm.........................................................................................64
3.4.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn đến hình dạng và kích thước của
mối hàn..............................................................................................................70
3.4.2. Ảnh hưởng của tốc độ hàn đến hình dạng và kích thước của mối hàn.........71
3.4.3. Ảnh hưởng của tần số dao động đầu hàn đến hình dạng và kích thước
của mối hàn.......................................................................................................72
3.4.4. Ảnh hưởng đồng thời giữa Ih và Vh đến hình dạng và kích thước của mối hàn
.........................................................................................................................................73
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................................74
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................75
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
iii GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Ký hiệu
Đơn vị
Ý nghĩa
Ih
Uh
Vh
fd
A
V
Cường độ dòng điện hàn
Điện áp hàn
cm/phút Vận tốc hàn
Hz
Tần số dao động đầu hàn
Thời gian dừng tại các vị trí ¼ và ¾ chu kỳ dao động mỏ
td
s
hàn
a
b
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
độ
Khe đáy (khe hở hàn)
Chiều rộng mối hàn
c
Chiều cao đắp
h
Chiều sâu ngấu
H
Chiều cao toàn bộ mối hàn
Chiều cao của đường hàn đáy
Bề rộng mặt bên của đường hàn đáy
Bề rộng mặt đáy của đường hàn đáy
Chiều cao không vát mép (chiều cao chân mối hàn)
Chiều dày vật hàn
hd
bd
bd1
e
S
α, β
Ψn
Ψm
Klb
Glõi bột
Gchung
Góc vát mép
Hệ số hình dạng bên trong
Hệ số hình dạng bên ngoài
Hệ số lõi thuốc
%
gam
gam
Khối lượng lõi bột
Khối lượng vỏ ống kim loại
DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Viết tắt
SMAW
Ý nghĩa
Shielded metal arc welding (hàn hồ quang tay)
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
iv
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Gas metal arc welding (hàn hồ quang điện cưc nóng chảy trong
môi trường khí bảo vệ)
GMAW
FCAW
GTAW
Flux cored arc welding (hàn hồ quang điện cực lõi thuốc)
Gas tungsten arc welding (hàn hồ quang điện cực không nóng
chảy trong môi trường khí trơ)
Metal inert gas (hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi
MIG
trường khí trơ)
Metal active gas welding (hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy
trong môi trường khí hoạt tính)
MAG
AWS
ASME
American Welding Society (Hiệp hội hàn Mỹ)
American Society Of Mechanical Engineers
(hiệp hội kỹ sư cơ khí Mỹ)
American Society for testing of Materials
(hiệp hội kiểm nghiệm vật liệu Mỹ)
Quy chuẩn Việt Nam
ASTM
QCVN
KLCB
Kim loại cơ bản
International Organization for Standardization (Tổ chức tiêu
chuẩn hóa quốc tế)
ISO
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
v
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng
Tên bảng
Trang
11
Bảng 1.1 Yêu cầu về cơ tính kim loại mối hàn
12
38
40
54
55
Bảng 1.2 Công dụng và tính năng các loại dây hàn lõi thuốc
Bảng 2.1 Chế độ hàn tiêu biểu đối với dây hàn E70T-1
Bảng 2.2. Chế độ hàn tiêu biểu đối với dây hàn E7XT-1
Bảng 3.1 Giá trị và khoảng biến thiên của các thông số đầu vào
Bảng 3.2 Ma trận kế hoạch thực nghiệm
Thành phần hóa học và quy cách khử ô xi của thép độ bền cao
55
Bảng 3.3
A36
56
56
68
Bảng 3.4 Cơ tính của thép độ bền cao A36
Bảng 3.5 Các tính chất của dây hàn lõi thuốc SF-71 (E71T-1)
Bảng 3.6 Kết quả thực nghiệm
Hệ số hồi quy thu được từ kết quả thực nghiệm chạy trên phần
69
Bảng 3.7
mềm Modde 5.0
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
vi
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình số
Tên hình vẽ
Trang
Hình 1.1 Nguyên lý quá trình hàn hồ quang điện cực lõi thuốc có sử dụng
khí bảo vệ
7
Hình 1.2 Nguyên lý quá trình hàn hồ quang điện cực lõi thuốc không sử
dụng khí bảo vệ
8
Hình 1.3 Một số dạng tiết diện ngang của dây hàn lõi thuốc
Hình 1.4 Thiết bị hàn tự động bằng điện cực lõi thuốc
Hình 1.5 Súng hàn
9
16
18
19
21
22
23
24
Hình 1.6 Ứng dụng công nghệ hàn FCAW
Hình 1.7 Sơ đồ các loại liên kết hàn cơ bản
Hình 1.8 Các loại liên kết hàn
Hình 1.9 Các loại vát mép hàn giáp mối
Hình 1.10 Các yếu tố kết cấu của mối hàn theo dạng vát mép và lắp ráp
cạnh hàn
Hình 1.11 Chuẩn bị cạnh hàn và mối hàn cho trường hợp đặc biệt
Hình 2.1 Các kích thước đặc trưng của mối hàn
Hình 2.2 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn
Hình 2.3 Đồ thị quan hệ giữa cường độ dòng điện hàn với vận tốc cấp
dây điện cực và đường kính dây điện cực
28
32
32
33
Hình 2.4 Đồ thị quan hệ giữa cường độ dòng điện hàn và vận tốc cấp dây
điện cực với kích thước dây hàn khi sử dụng chế độ hàn với tầm
với điện cực không đổi
35
36
Hình 2.5 Đồ thị quan hệ giữa tầm với điện cực với cường độ dòng điện
hàn, vận tốc cấp dây và đường kính dây điện cực
Hình 2.6 Góc nghiêng mỏ hàn khi hàn giáp mối
Hình 3.1 Hình dạng và kích thước đường hàn
Hình 3.2 Mô hình mối ghép thực nghiệm theo AWS D1.1
Hình 3.3 Góc độ mỏ hàn
37
49
50
53
53
57
Hình 3.4 Dao động đầu hàn theo kiểu răng cưa
Hình 3.5 Robot hàn hồ quang AX-V6
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
vii GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Hình số
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Tên hình vẽ
Trang
Hình 3.6 Tủ điều khiển robot
58
59
59
61
61
62
63
65
65
65
66
66
66
67
67
67
70
Hình 3.7 Bảng dạy
Hình 3.8 Máy hàn Inventer DM350
Hình 3..9 Đồ gá hàn MAC-35 WR
Hình 3.10 Bộ cấp dây hàn
Hình 3.11 Gốm lót dùng trong hàn giáp mối một phía
Hình 3.12 Chuẩn bị liên kết hàn thực nghiêm
Hình 3.13 Mẫu số 1
Hình 3.14 Mẫu số 2
Hình 3.15 Mẫu số 3
Hình 3.16 Mẫu số 4
Hình 3.17 Mẫu số 5
Hình 3.18 Mẫu số 6
Hình 3.29 Mẫu số 7
Hình 3.20 Mẫu số 8
Hình 3.21 Mẫu số 9
Hình 3.22 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn đến kích thước của mối
hàn
Hình 3.23 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn đến kích thước của mối
71
72
74
hàn
Hình 3.24 Ảnh hưởng của tần số dao động đầu hàn đến kích thước của của
mối hàn
Hình 3.25 Ảnh hưởng đồng thời của Ih và Vh đến hình dạng và kích thước
của của mối hàn
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
viii GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật thì hàng
loạt các vật liệu mới đã ra đời. Cho đến nay vật liệu được sử dụng trong các ngành
là rất đa dạng về chủng loại và tính công nghệ. Cùng với đó nhu cầu của con người
về năng suất, chất lượng và tính thẩm mỹ của sản phẩm ngày càng được nâng cao.
Vì vậy ngành công nghệ hàn cũng phải nghiên cứu để tìm ra những công nghệ
nhằm đáp ứng thực tế đó. Kết quả là hàng loạt công nghệ hàn ra đời, trong đó có
công nghệ hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc.
Qúa trình hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc có các ưu điểm: thời gian duy trì
hồ quang dài, tốc độ đắp lớn, không bị tổn thất đầu mẩu que hàn nhiều so với hàn
hồ quang tay; mức độ bắn tóe thấp, kim loại mối hàn ít bị rỗ khí, mức độ tiêu thụ
khí bảo vệ thấp hơn so với phương pháp hàn bằng điện cực dây hàn đặc. Với các ưu
điểm của mình thì công nghệ hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc ngày càng được
áp dụng trong thực tiễn. Nhưng hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc là một phương
pháp hàn tương đối mới ở nước ta, việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ này vào
thực tế sản xuất còn rất hạn chế. Vì vậy, để có cơ sở đánh giá chất lượng mối hàn
việc nghiên cứu ảnh hưởng của thông số cơ bản đến kích thước và hình dạng của
mối hàn thực hiện bằng công nghệ hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc là hết sức
cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao.
Mục đích của đề tài:
Đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ hàn cơ bản đến kích thước
và hình dạng của mối hàn giáp mối thực hiện bằng công nghệ hàn hồ quang dây hàn
lõi thuốc nhằm ứng dụng vào sản xuất một cách có hiệu quả.
Các vấn đề cần được giải quyết:
+ Khảo sát về công nghệ hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc, ứng dụng của nó
trong thực tế.
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc tới
hình dáng và kích thước của mối hàn giáp mối một phía.
+ Thực nghiệm kiểm chứng.
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
1 GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
+ Đánh giá kết quả và kiến nghị.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của PGS.TS
Nguyễn Thúc Hà, Các Thầy cô trong Bộ môn Hàn & Công nghệ kim loại, Viện Cơ
khí trường Đại học Bách khoa Hà Nội; Ths Vũ Văn Ba đã giúp đỡ em trong quá
trình thực nghiệm. Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn Trung tâm Thực hành trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định đã tạo điều kiện cơ sở vật chất để tác giả thực
hiện các thí nghiệm hoàn thành luận văn này!
Hà Nội, ngày .... tháng 9 năm 2014
Học viên
Nguyễn Đăng Hoàng
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
2 GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN FCAW
1.1. Tổng quan về phương pháp hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong
môi trường khí bảo vệ
Phương pháp hàn về hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ đã
được giới thiệu từ năm 1920, nhưng đến tận năm 1948 nó mới được ứng dụng rộng
rãi trên thị trường. Hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ là quá trình
hàn nóng chảy trong đó nguồn nhiệt hàn được cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa
điện cực nóng chảy (dây hàn) và vật hàn. Hồ quang và kim loại nóng chảy được bảo
vệ khỏi tác dụng của Oxi và Nitơ trong môi trường xung quanh bởi một loại khí
hoặc 1 hỗn hợp khí. Khí bảo vệ có thể là khí trơ không tác dụng với kim loại lỏng
khi hàn hoặc là các loại khí hoạt tính có tác dụng chiếm chỗ đẩy không khí ra ngoài
vùng và hạn chế tác dụng xấu của nó. Phương pháp hàn này gọi là GMAW (Gaz
Metal Arc Welding).
Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí trơ (Ar, He, …)
gọi là phương pháp hàn MIG (Metal Inert Gas), thường được sử dụng để hàn kim
loại màu và hợp kim màu.
Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí hoạt tính (CO2,
CO2 + O2,…) gọi là phương pháp hàn MAG (Metal Active Gas), thường được sử
dụng rộng rãi để hàn kim loại thép carbon và thép hợp kim thấp trong công nghiệp.
Một biến thể của phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo
vệ là sử dụng một điện cực hình ống có lõi chứa đầy bột kim loại để tạo nên những
thành phần cơ bản của kim loại mối hàn (điện cực kim loại lõi thuốc). Những điện
cực như thế khi sử dụng bắt buộc phải có khí bảo vệ để bảo vệ kim loại vũng hàn
nóng chảy khỏi tác động của không khí.
Những điện cực có lõi thuốc kim loại này được Hiệp hội hàn Hoa Kỳ coi là
một nhánh của hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ. Các Hiệp hội
hàn ở các nước khác có thể xếp điện cực này vào nhóm điện cực có lõi thuốc.
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
3 GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ có thể vận
hành theo kiểu bán tự động hoặc tự động. Tất cả các kim loại quan trọng trong
thương mại như là thép cácbon, thép hợp kim thấp độ bền cao, thép không gỉ,
nhôm, đồng, titan, và các hợp kim của niken có thể hàn ở mọi tư thế bằng phương
pháp này, chỉ cần lựa chọn được khí bảo vệ, điện cực và các thông số hàn thích hợp.
1.1.1. Phạm vi ứng dụng
- Trong nền công nghiệp hiện đại, hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường
khí bảo vệ chiếm vị trí rất quan trọng. Nó không những có thể hàn các loại thép kết
cấu thông thường mà còn có thể hàn các loại thép không rỉ, thép chịu nhiệt, thép
bền nóng, các hợp kim đặc biệt, các loại hợp kim nhôm, ma giê, niken, đồng, các
hợp kim.
- Phương pháp hàn này dễ sử dụng và mang tính hiệu quả kinh tế cao trong
sản xuất công nghiệp.
1.1.2. Ưu điểm
Phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ
được ứng dụng rộng rãi tới ngày nay là dựa trên rất nhiều những ưu điểm nổi trội
của nó. Những ưu điểm quan trọng của phương pháp hàn này là:
- Tốc độ điền đầy là cao hơn nhiều so với trong phương pháp hàn hồ quang
với que hàn có thuốc bọc.
- Phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ khắc phục
được hạn chế về chiều dài điện cực có giới hạn trong phương pháp hàn hồ quang
bằng que hàn có thuốc bọc.
- Tốc độ hàn cao hơn so với phương pháp hàn hồ quang với que hàn có thuốc
bọc vì điện cực được cấp liên tục và tốc độ điền đầy mối hàn cao hơn.
- Dây hàn được cấp liên tục nên có thể thực hiện được các mối hàn dài mà
không phải dừng rồi gây lại hồ quang.
- Khi sự chuyển kim loại dạng bụi được sử dụng, có thể tạo nên những mối
hàn với độ thâm nhập sâu hơn so với hàn bằng hàn hồ quang với que hàn có thuốc
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
4 GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
bọc, điều đó cho phép thực hiện những mối hàn góc với kích cỡ nhỏ hơn mà vẫn
đảm bảo độ bền tương đương.
- Công tác làm sạch sau khi hàn là ít nhất do không có nhiều xỉ.
1.1.3. Hạn chế
Bên cạnh các ưu điểm kể trên thì phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng
chảy trong khí bảo vệ có những hạn chế nhất định giới hạn phạm vi ứng dụng của
nó. Những hạn chế này là:
- Thiết bị hàn phức tạp, đắt tiền, và kém cơ động hơn so với phương pháp
hàn hồ quang que hàn có thuốc bọc.
- Phương pháp hàn hồ quang trong khí bảo vệ khó sử dụng ở những vị trí khó
tiếp cận do súng hàn lớn hơn so với kìm hàn khi sử dụng phương pháp hàn hồ
quang bằng que hàn có thuốc bọc, súng hàn cần phải bố trí gần liên kết.
- Hồ quang hàn cần phải được bảo vệ chống lại tác dụng của không khí làm
phân tán khí bảo vệ. Trong quá trình hàn cần có sự che chắn đảm bảo cho khu vực
hàn không bị gió lùa hoặc thổi tạt.
- Mức độ bức xạ nhiệt và cường độ dòng điện cao có thể làm cho người thợ
vận hành khó chịu hơn với phương pháp hàn này.
- Khó khăn khi phải làm việc ở những vị trí trên cao.
1.2. Công nghệ hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc
Hàn dây hồ quang điện cực lõi thuốc là một bước phát triển của phương pháp
hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ. Phương pháp hàn này giúp nâng cao tính
năng luyện kim của quá trình hàn và cơ tính của lớp đắp thông qua các nguyên tố hợp
kim chứa trong thuốc hàn. Trong lĩnh vực hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp, hàn
hồ quang bằng điện cực lõi thuốc bằng phương pháp bán tự động đang thay thế dần
cho nhiều ứng dụng hàn hồ quang tay.
1.2.1 Nguyên lý, đặc điểm và phân loại
1.2.1.1. Nguyên lý của hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc
Hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc có nguồn gốc từ quá trình hàn bằng
điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ, trong đó điện cực nóng chảy là
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
5 GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
một ống kim loại, bên trong được điền đầy bằng thuốc hàn với chức năng tương tự
như vỏ bọc que hàn. Quá trình hàn có thể được thực hiện theo một trong hai phương
pháp: có sử dụng khí bảo vệ và không sử dụng khí bảo vệ (dây hàn tự bảo vệ).
1.2.1.2. Đặc điểm của hàn hồ quang bằng điện cực lõi thuốc
Hàn bằng điện cực lõi thuốc khắc phục được những nhược điểm vốn có của
hàn hồ quang tay như thời gian có hồ quang thấp, tốc độ đắp thấp, tổn thất đầu mẩu
que hàn, các yếu tố liên quan đến kỹ năng và sự mệt mỏi của thợ hàn. Thiết bị hàn
cho phép tự động cấp và điều khiển điện cực (dây hàn) một cách tự động để thợ hàn
có thể tập trung vào chuyển động của hồ quang một cách dễ dàng.
So với điện cực dạng dây hàn đặc dùng trong hàn trong môi trường khí bảo vệ,
điện cực lõi thuốc có một số ưu điểm như mức độ bắn tóe thấp, hình dạng bề mặt mối
hàn được cải thiện đáng kể (do có các chất ổn định hóa hồ quang và tạo xỉ trong thành
phần thuốc hàn). Ngoài ra, kim loại mối hàn ít bị rỗ khí và cho kết quả kiểm tra bằng
chiếu tia X một cách nhất quán hơn nhiều. Mức độ tiêu thụ khí bảo vệ cũng thấp hơn
nhiều (8 - 12 lít/phút so với 17 lít/phút khi hàn trong môi trường CO2 bằng dây hàn đặc
biệt) [4]. Một ưu điểm nữa của điện cực lõi thuốc là các nhà chế tạo điện cực không
phụ thuộc nhiều vào nhà máy sản xuất thép như với điện cực đặc, đặc biệt khi khối
lượng đơn hàng lớn.
Vì điện cực lõi thuốc sử dụng vật liệu thép tiêu chuẩn và điều chỉnh thành
phần hóa học thông qua đơn thuốc thích hợp của lõi, nhà chế tạo điện cực có thể
cung ứng theo các đơn hàng nhỏ trong một thời gian ngắn. Thuận lợi khác nữa là có
khả năng chế tạo các dây hàn đắp có tính chất đặc biệt.
1.2.1.3. Phân loại
Hàn bằng điện cực lõi thuốc có thể phân loại theo hai phương pháp: hàn hồ
quang điện cực lõi thuốc có sử dụng khí bảo vệ và hàn hồ quang điện cực lõi thuốc
không sử dụng khí bảo vệ.
- Hàn hồ quang điện cực lõi thuốc có sử dụng khí bảo vệ: ưu điểm tiêu thụ ít
khí bảo vệ hơn so với hàn bằng dây đặc. Năng xuất lao động cao phù hợp với các
mối hàn dày mối hàn tốt và ít lỗi hơn so với hàn que và hàn MIG/MAG.
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
6 GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Hình 1.1. Nguyên lý quá trình hàn hồ quang điện cực lõi thuốc có sử dụng khí
bảo vệ
- Hàn hồ quang điện cực lõi thuốc không sử dụng khí bảo vệ (dây hàn tự bảo
vệ) do trong thuốc hàn có các hợp chất giúp tạo môi trường bảo vệ mối hàn. Với
loại này giúp cho tính cơ động của thiết bị cao, và thiết bị có thể làm việc tại các nơi
có gió.
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
7 GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Hình 1.2. Nguyên lý quá trình hàn hồ quang điện cực lõi thuốc không sử dụng khi
bảo vệ
1.2.2. Vật liệu và thiết bị hàn FCAW
1.2.2.1. Vật liệu hàn
1) Dây hàn
* Cấu tạo:
Dây hàn lõi thuốc là dạng điện cực kim loại bên trong lõi dây điền đầy các
chất ở dạng bột có tính năng như thuốc bọc que hàn.
Cấu tạo của dây hàn lõi thuốc gồm hai phần cơ bản: vỏ dây kim loại và lõi
thuốc.
Vỏ dây:
Vỏ dây kim loại bên ngoài có dạng hình ống, được chế tạo từ băng kim loại,
sau đó được vê thành hình chữ U hoặc từ dây kim loại cán định hình. Sau đó được
điền đầy bột thuốc hàn và vê (tóp) kín lại. Công đoạn tiếp theo có thể được kéo
(vuốt) giảm cỡ đường kính dây đến kích thước yêu cầu và được cuốn thành cuộn có
khối lượng nhất định. Vỏ thường là thép cacbon thấp, có tính dẻo cao, để thuận lợi
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
8 GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
cho việc gia công. Tiết diện ngang của dây hàn lõi thuốc thường có một số dạng
như hình 1.3
Hình 1.3. Một số dạng tiết diện ngang của dây hàn lõi thuốc
Lõi thuốc bột:
Lõi thuốc bột là hỗn hợp các khoáng chất ở dạng bột tương tự như thuốc bọc
que hàn, nhưng không chứa các chất tạo hình và chất dính kết. Chúng cũng có chức
năng như các chất trong thành phần mẻ liệu thuốc bọc bình thường hoặc thuốc bọc
hợp kim hoá (tức là chủ yếu chứa các fero hợp kim hoặc bột kim loại).
Hệ số lõi thuốc là tỷ lệ giữa khối lượng lõi thuốc và vỏ ống kim loại được tính
theo hai cách sau [9]:
Glâibét
+ Klb =
+ Klb =
=
15 - 45% có nghĩa trọng lượng lõi thuốc trên 100g vỏ ống kim loại;
Gvá
Glâibét
Gvá + Glâibét Gchung
Glâibét
=
= 10 - 40% có nghĩa trọng lượng lõi thuốc trên
trọng lượng chung của một đơn vị chiều dài dây nhất định.
Đối với dây lõi thuốc có tính năng bình thường, lõi thuốc thường chứa các chất
tạo khí, tạo xỉ mỏng để bảo vệ cột hồ quang và kim loại vũng hàn khỏi sự tác dụng
của môi trường xung quanh thì hệ số lõi thuốc chỉ cần từ 10 - 15% là đủ tin cậy.
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
9 GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Đối với dây hàn lõi thuốc có thêm chức năng hợp kim hoá, hệ số lõi thuốc sẽ
lớn hơn.
* Phân loại, kí hiệu và ứng dụng:
Phân loại:
Theo tính năng của lõi thuốc: Tuỳ theo tính năng của dây lõi thuốc, chúng được
chia ra thành một số loại chủ yếu sau đây:
- Loại tự bảo vệ: thành phần lõi thuốc chứa các chất sinh khí và vỏ ống kim
loại chứa một lượng đáng kể các nguyên tố hợp kim đóng vai trò chất khử. Lõi
thuốc thường sử dụng các hệ xỉ sau đây:
Vỏ dây hàn tự vệ: chứa một hàm lượng các chất khử O2, N2 khá lớn. Đó là
Al, Ti và Zr, đôi khi có cả Ni để nâng cao độ dai va đập của kim loại mối hàn.
Các hệ xỉ thường dùng: có chứa hàm lượng chất tạo khí nhiều hơn.
Hệ xỉ CaCO3 - TiO2 - CaF2 ;
Hệ xỉ CaCO3 - CaF2 ;
Hệ xỉ CaF2 - TiO2 , ví dụ E70T - 3;
Hệ xỉ CaF2 - Oxyt nhôm, ví dụ E70T - 4, E60T - 7, E60T - 8.
- Loại kết hợp :
Dây lõi thuốc + khí bảo vệ (thường là khí CO2);
Dây lõi thuốc + hàn dưới lớp thuốc, phương pháp này thường được ứng
dụng hàn dây lõi thuốc hợp kim hoá để hàn đắp (được ứng dụng rộng rãi ở Liên xô
cũ).
Thành phần lõi thuốc loại kết hợp thường dùng các hệ xỉ sau đây:
Loại mang tính axit: xỉ hệ TiO2, ví dụ dây lõi thuốc E70T - 1, E70T - 2 ;
Loại mang tính bazơ hoặc trunh tính: xỉ hệ CaCO3 - TiO2 , ví dụ E70T - 1;
Loại bazơ: xỉ hệ CaCO3 - SiO2 - CaF2, ví dụ E70T - 5.
Trên cơ sở những hệ xỉ trên Viện Hàn mang tên E. O. Paton đã nghiên cứu các
loại phổ biến: ΠΠ- AH1, ΠΠ - AH 2, ΠΠ - AH3 trong đó bổ sung thêm Na2Si F6 .
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
10 GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Luận văn Thạc sỹ
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Theo công dụng của dây hàn lõi thuốc: Theo công dụng của dây lõi thuốc,
chúng được chia ra thành một số loại chủ yếu sau đây:
- Dây hàn lõi thuốc để hàn thép cacbon;
- Dây hàn lõi thuốc để hàn thép hợp kim thấp;
- Dây hàn lõi thuốc để hàn thép hợp kim cao Cr và Cr - Ni;
Kí hiệu dây hàn lõi thuốc:
Hiện nay hệ thống kí hiệu theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) cho dây hàn lõi
thuốc chưa ban hành, do vậy chủ yếu tham khảo theo các hệ thông kí hiệu quốc tế.
Tiêu chuẩn Quốc tế ISO về dây hàn lõi thuốc đang được trình phê chuẩn. Hiện
nay phổ biến dùng Bộ tiêu chuẩn của Mỹ:
- AWS A5.20 -79; 95 “Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với điện cực lõi thuốc cho hàn
thép cacbon”: theo tiêu chuẩn này dây hàn lõi thuốc được kí hiệu bằng nhóm chữ và
số EXXT-X,
+ E - là điện cực hàn;
+ T - là loại điện cực lõi thuốc;
+ Chữ X đầu tiên là nhóm độ bền quy định về cơ tính kim loại mối hàn (xem
bảng 1.1);
+ Chữ X thứ hai là thể hiện tư thế hàn ưu tiên (0 là tư thế hàn sấp và hàn
ngang; 1 là mọi tư thế)
+ Chữ X sau cùng cho biết công dụng và tính năng của 12 loại dây hàn trong
mỗi nhóm (xem bảng 1.2).
Bảng 1.1. Yêu cầu về cơ tính kim loại mối hàn [9]
Độ bền kéo tối Giới hạn chảy
Độ dãn dài
Độ dai va đập
Loại
thiểu, MPa
tối thiểu, MPa tương đối, %
Charpy-V, J
27 tại -18 C
428
345
22
E6XT-1
E6XT-4
E6XT-5
428
428
345
345
22
22
Không quy định
27 tại - 29 C
HVTH: Nguyễn Đăng Hoàng
11 GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà
Tải về để xem bản đầy đủ
86 trang
13700
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn hồ quang bằng dây hàn lõi thuốc (FCAW) đến kích thước và hình dạng mối hàn giáp mối một phía", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- luan_van_nghien_cuu_anh_huong_cua_che_do_han_ho_quang_bang_d.pdf
