Nội dung

Chương 3: Hàn hồ quang kim loại nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (CO2 Gas - Shielded Metal Arc Welding – GMAW) a) Nguyên lý. Khi hàn trong môi trường khí bảo vệ bằng điện cực nóng chảy (Hình 2-3), hồ quang giữa đầu điện cực (dưới dạng dây hàn) và vật hàn liên tục nung chảy điện cực và mép hàn. Dây hàn được cấp vào vùng hồ quang thông qua cơ cấu cấp dây với tốc độ bằng tốc độ chảy của dây hàn (với điều kiện chiều dài trung bình của hồ quang không đổi). Phần điện cực bị nung chảy chuyển dịch vào vũng hàn theo một trong các loại cơ chế dịch chuyển kim loại vào vũng hàn và phụ thuộc vào cường độ dòng điện hàn, đường kính điện cực, chiều dài hồ quang, nguồn điện hàn và loại khí bảo vệ. Vì thiết bị hàn có khả năng tự động điều chỉnh các đặc trưng điện của hồ quang (chiều dài hồ quang và cường độ dòng điện hàn) và tốc độ chảy của điện cực, với phương pháp hàn bán tự động, người thợ hàn chỉ làm thao tác bằng tay việc đặt vị trí, hướng và tốc độ dịch chuyển của súng hàn. D©y hµn C¸p ®iÒu khiÓn dßng ®iÖn BÐp hµn Cuén d©y §-êng khÝ vµo èng phun khÝ KhÝ b¶o vÖ Hình 2-3: Sơ đồ nguyên lý hàn bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (hàn CO2). Nguån hµn DC Chai khÝ - CO2 (MAG) Ar hoÆc He,.....(MIG) Bé cÊp d©y Bé ®iÒu khiÓn C¸p dÉn C¸p hµn Nèi ®Êt C¸p ®iÒu khiÓn dßng ®iÖn C¸p m¸t Sóng hµn VËt liÖu c¬ b¶n Hình 2-4: Mô tả hệ thống hàn bán tự động (hàn CO2). b) Ứng dụng Hàn hồ quang kim loại nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ ( CO2) là phương pháp hàn kinh tế, phù hợp với các mối hàn đòi hỏi các đường hàn thẳng, cong hoặc chiều dài lớn. Có thể hàn các tấm dày và mỏng, ở mọi tư thế với thao tác hàn dễ dàng. Do đó, phương pháp hàn này được dùng rất nhiều trong quá trình thi công tàu dầu 104000 Tấn. Cụ thể: kết hợp với hàn tự động dưới lớp thuốc (hai lớp đầu tiên hàn CO2) để hàn liên kết các tấm tôn đáy trong, đáy ngoài của Block thuộc phân đoạn đáy phẳng. Tương tự với các tấm tôn mạn ngoài, các tấm tôn boong. Hàn liên kết thép mỏ HP với tôn đáy trong, đáy ngoài của Block thuộc phân đoạn đáy, phân đoạn hông, hàn liên kết thép mỏ với tôn mạn trong, mạn ngoài thuộc phân đoạn mạn, hàn liên kết thép mỏ với tôn boong thuộc phân đoạn boong. Hàn nối các đà ngang, đà dọc đáy lại với nhau, nối đà ngang, đà dọc đáy với tôn đáy trong, tôn đáy ngoài…v.v. Ngoài ra, hàn CO2 là phương pháp hàn chủ yếu để liên kết các Block thuộc phân đoạn và liên kết các phân đoạn của tổng đoạn giữa tàu. b) Cơ sở lựa chọn chế độ hàn. Trong hàn bán tự động CO2, người thợ chịu trách nhiệm đặt chế độ hàn thích hợp cho thiết bị hàn với các thông số quan trọng là: cường độ dòng điện hàn, điện áp hàn và tốc độ hàn, đường kính dây hàn.  Đường kính dây hàn. Đường kính dây hàn càng lớn thì cường độ dòng điện hàn càng phải lớn. Việc lựa chọn đường kính dây hàn xuất phát từ chiều dày tấm cần hàn, loại liên kết và tư thế hàn. Các đường kính thường được dùng là 1,0 và 1,2 mm vì chúng có tốc độ chảy lớn, dễ hàn nhiều lớp và ít bắn tóe. Các dây hàn nhỏ hơn thường được dùng để hàn những tấm mỏng.  Dòng điện hàn. Cường độ dòng điện hàn có ảnh hưởng lớn nhất lên hình dạng mối hàn. Dòng điện hàn tăng dẫn đến tăng mật độ dòng, kích thước vũng hàn, hệ số chảy, và tốc độ chảy. Khi cường độ dòng điện hàn tăng quá mức, sẽ xảy ra bắn tóe và có nguy cơ cháy thủng tấm. Khi chọn cường độ dòng điện hàn người ta thường chọn bằng cách tăng dần cường độ dòng hàn với chiều dày nhất định của tấm với điều kiện có xét tới tốc độ cấp dây (nếu thiết bị có tốc độ cấp dây cố định). Tuy nhiên, không thể tăng vô tận giá trị của cường độ dòng điện hàn. Thông thường, giá trị tối đa là 800 đến 900A.  Điện áp hàn. Điện áp hồ quang thay đổi theo chiều dài cột hồ quang. Trong thực tế, khi chọn giá trị điện áp hàn, cần chọn theo chỉ dẫn của nhà chế tạo thiết bị hàn sau đó điều chỉnh thêm cho chính xác vì các giá trị hướng dẫn đó chỉ mang tính định tính. Việc chọn điện áp quá lớn sẽ làm tăng xác suất chảy các nguyên tố hợp kim, rỗ khí bắn tóe và làm tăng kích thước vũng hàn. Chọn điện áp hàn quá thấp lại làm cho hồ quang kém ổn định, mối hàn hẹp và lồi quá dẫn đến hàn không ngấu các cạnh hàn. Khi hàn trong môi trường CO2 có thể coi: U = 15 + 0.04.I với chế độ dịch chuyển ngắn mạch (với d = 0.6÷1.2 mm) và U = 20 + 0.03.I với chế độ dịch chuyển tia (d = 1.2 mm trở lên). Điện áp hồ quang phụ thuộc vào chiều dày kim loại cơ bản, thành phần hóa học mối hàn, loại liên kết, thành phần và kích thước điện cực, thành phần khí bảo vệ, tư thế hàn…v.v. Để có giá trị chính xác của điện áp hàn cụ thể cần hàn thử vì không có giá trị cụ thể nào thích hợp với mọi ứng dụng hàn. Điện áp hàn 16÷22V thích hợp với mọi tư thế hàn trong trường hợp hàn tấm tương đối mỏng, ở chế độ dịch chuyển ngắn mạch và đường kính dây hàn nhỏ chiều sâu chảy là tối thiểu. Điện áp hàn 30÷45V được sử dụng chủ yếu cho hàn tự động theo dạng dịch chuyển tia, khi liên kết các tấm dày, tư thế hàn sấp, dây hàn lớn và tốc độ đắp lớn. Dải điện áp 24÷30V có đặc điểm của cả hai loại trên, dùng cho hàn bán tự động và tự động với chiều dày tấm trung bình.  Tốc độ hàn. Tốc độ hàn là đại lượng có ảnh hưởng đến năng lượng đường và thường được sử dụng để tăng năng suất hàn. Việc chọn đúng tốc độ hàn phụ thuộc vào hình dạng mối hàn cũng như điều kiện nung và nguội vật hàn. Tốc độ hàn tăng làm tăng lượng nhiệt đưa vào vật hàn phía trước hồ quang, do đó cần ít nhiệt hơn để nung nóng trước cạnh hàn. Ngoài ra, cùng với tăng tốc độ hàn, tốc độ nguội sau khi hàn cũng tăng có thể làm tăng khả năng bị nứt với một số loại thép có tính thấm tôi cao. Với thép kết cấu thông dụng, tốc độ hàn thường nằm trong khoảng 20 ÷ 60 cm/min; với hàn tự động, tốc độ hàn có thể lên đến 120 cm/min.