(NB) Giáo trình Hàn GTAW/141 với mục tiêu giúp các bạn có thể làm việc tại các nhà máy, các cơ sở sản xuất cơ khí với những kiến thức, kỹ năng nghề hàn cơ bản; Giải thích đầy đủ thực chất, đặc điểm, công dụng của phương pháp hàn TIG (GTAW/141)
Những kiến thức cơ bản khi hàn tig (gtaw/141)
Nguyên lý và phạm vi ứng dụng của phương pháp hàn TIG
Hàn TIG là phương pháp hàn hồ quang sử dụng điện cực Vonfram, diễn ra trong môi trường khí bảo vệ là khí trơ Quá trình này giúp bảo vệ mối hàn khỏi sự xâm nhập của không khí bên ngoài, đảm bảo chất lượng và độ bền của mối hàn.
- Kim loại nóng chảy được là nhờ nhiệt lượng do hồ quang tạo ra giữa điện cực Vonfram và vật hàn
Hàn TIG, giống như hàn MIG/MAG và các phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ khác, có thể sử dụng khí trơ hoặc hỗn hợp khí trơ để đảm bảo chất lượng mối hàn.
1.1.2 Phạm vi ứng dụng của phương pháp hàn TIG
Hàn TIG được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực sản xuất, đặc biệt là trong hàn thép hợp kim cao, kim loại màu và các hợp kim liên quan.
Hình 1.1: Một số ứng dụng của phương pháp hàn TIG
- Phương pháp này thông thường được thao tác bằng tay và có thể tự động hóa cả hai khâu di chuyển hồ quang cũng như cấp dây hàn phụ
Hình 1.2: Một số hình ảnh tự động hóa thiết bị hàn TIG
2.1 Vật liệu hàn cơ bản
Hình 1.2: Một số ứng dụng của phương pháp hàn TIG tự động
Hàn TIG được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất, đặc biệt là trong hàn thép hợp kim cao, kim loại màu và các hợp kim liên quan.
Bảng 1.1: Tiêu chuẩn kỹ thuật AWS kim loai hàn TIG
Vật liệu hàn TIG
Phương pháp hàn TIG cho phép hàn mà không cần que hàn phụ, tùy thuộc vào dạng liên kết và loại kim loại Khi hàn trên vật liệu mỏng, có thể sử dụng mối hàn bẻ mí hoặc hàn không que Phương pháp này cũng phù hợp cho các mối hàn kiểu gấp mép và mối hàn góc ngoài.
Để đảm bảo mối hàn đồng nhất và tránh các cấu trúc bất lợi về mặt luyện kim, thành phần của que hàn phụ cần phải phù hợp với thành phần của kim loại hàn.
Que hàn TIG cần phải đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng cao, với lớp bọc chống oxýt hóa (như Đồng hoặc Nickel) đủ dày để bảo vệ que hàn Lớp bọc này không chỉ giúp ngăn chặn oxi hóa mà còn tránh các vấn đề về luyện kim như rỗ khí hoặc ngậm oxýt/silic, đảm bảo hiệu suất hàn tối ưu.
Kim loại đắp và kim loại hàn hòa tan vào nhau trong quá trình hàn, với tỷ lệ hòa tan phụ thuộc vào độ ngấu sâu của vũng chảy Độ ngấu không đủ hoặc quá mức có thể dẫn đến cấu trúc không mong muốn trong thành phần kim loại của mối hàn Ngoài ra, việc đảm bảo que hàn được tẩy sạch dầu mỡ, bụi và rỉ sét là rất quan trọng để hạn chế sự hình thành bọt và rỗ khí trong mối hàn.
Que hàn phụ được sản xuất theo tiêu chuẩn ISO - R564 với chiều dài từ 500 đến 1000mm và đường kính 1,2; 1,6; 2,0; 2,4; 3,2mm Các loại que hàn phụ bao gồm que hàn đồng và hợp kim đồng, que hàn thép không gỉ chứa Cr cao và Cr-Ni, que hàn nhôm và hợp kim nhôm, cũng như que hàn thép carbon thấp và thép hợp kim thấp.
Dây hàn được kí hiệu
ER : Electrode dây hàn, que hàn rắn dùng cho hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ
XY: Độ bền kéo Ksi
Z(G,D): Thành phần hóa học của kim loại dây hàn
G, D … : Thành phần hóa học của kim loại dây hàn
Bảng 1.2: Dây hàn TIG thép C theo tiêu chuẩn AWS:
Bảng 1.3: Dây hàn TIG do hãng HUYNDAI sản xuất
Mác AWS JIS Cơ tính mối hàn Phạm vi sử dụng σc N/m m2 σB N/m m2 δ
ST-50-G ER70S-G 460 580 32 170 Bình áp lực thép Cácbon ST-50-6 ER70S-6 450 560 34 180 Như ST-50-G ST-308 ER308 Y308 610 40 130 Thép không gỉ
18 - 8 % Ni ST-308L ER308L Y308L 600 41 110 Thép ít Cácbon
18% Cr- 8% Ni và thép không gỉ 18%Cr – 12%Ni
12% Ni, thép không gỉ - thép mềm (dễ hàn) ST-
Ni, thép không gỉ - thép mềm (C thấp, dễ hàn)
ST316L ER316L Y316L 570 44 140 Thép ít Cácbon
Qui cách sản xuất (mm) 1,6; 2,0; 2,4; 2,6; 3,2 mm x 900 mm
Môi trường khí bảo vệ: Ar
Bảng1 4: Dây hàn TIG do hãng ESAB sản xuất
OK DIN AWS Hợp kim dây hàn Phạm vi sử dụng
Mn-Si Thép cácbon và thép hợp kim thấp Tigrod
SGMo Cr-Mo Thép cácbon và thép hợp kim thấp Tigrod
Cr-Mo Thép cácbon và thép hợp kim thấp Tigrod
20Cr,10Ni Hàn thép không gỉ
19Cr,9Ni,Nb Hàn thép không gỉ
18Cr,12Ni,1,7Mo Hàn thép không gỉ
24Cr,13Ni Hàn thép không gỉ
S-Al99.5 ER1100 99,5%Al Hàn nhôm và hợp kim nhôm Tigrod
S-AlSi5 ER4030 Al-Si5 Hàn nhôm và hợp kim nhôm Tigrod
ER5356 Hàn nhôm và hợp kim nhôm
Các loại khí trơ như Argon và Heli thường được sử dụng trong hàn TIG do giá thành hợp lý và nguồn cung dồi dào.
Khí Ar là một chất khí trơ không màu, mùi, không vị, nặng hơn không khí
Khí argon (Ar) có tỷ trọng so với không khí là 1,33 và chiếm tỷ lệ rất nhỏ trong khí quyển Nó được sản xuất bằng cách hóa lỏng không khí sạch ở nhiệt độ -185 độ C, sau đó tiến hành phân ly bằng bay hơi để tách ra oxy (O2), nitơ (N2) và argon (Ar).
Tiêu chuẩn Nga chia ra 3 loại :
Khí Argon (Ar) được vận chuyển dưới dạng lỏng trong các thiết bị chuyên dụng Khi sử dụng, khí Argon được nạp vào các chai thép liền khối dày ít nhất 8mm và có dung tích 40 lít Trong chai, khí Argon tồn tại ở dạng khí với áp suất 150 kg ± 5/cm².
Khí Ar nguyên chất dùng làm khí bảo vệ khi hàn kim loại màu, thép hợp kim
Khí He là một loại khí trơ, không màu, không mùi và không vị, có tỷ trọng chỉ 0,13 so với không khí Loại khí này được khai thác từ khí thiên nhiên và có nhiệt độ hóa lỏng rất thấp.
272 o c, thường được chứa trong các bình áp suất cao
Heli nhẹ hơn argon khoảng 10 lần, vì vậy khi thoát ra khỏi quá trình hàn, heli có xu hướng dâng lên và tạo thành cuộn xoáy xung quanh hồ quang Để bảo vệ hiệu quả vùng hàn, lưu lượng heli cần phải gấp 2 đến 3 lần so với argon.
Hồ quang trong khí Helium (He) yêu cầu điện áp cao hơn so với Argon (Ar) khi giữ nguyên chiều dài hồ quang và dòng điện Do nhiệt độ của hồ quang He cao hơn, khí này thường được sử dụng để hàn các vật liệu dày và có độ dẫn nhiệt cao như đồng (Cu) hoặc kim loại có nhiệt độ nóng chảy lớn.
Khi hàn bằng dòng AC, tính ổn định của hồ quang được duy trì tốt và hiệu quả làm sạch cũng được cải thiện Ngược lại, dòng DC giúp tạo ra hồ quang ổn định hơn, nhưng khả năng làm sạch không đạt hiệu quả như dòng AC.
AC tương đối thấp Do đó khi hàn Al, Mg bằng dòng AC nên dùng khí bảo vệ là Ar
Có thể sử dụng hỗn hợp khí Ar và He với hàm lượng He tới 75% khi cần sự cân bằng giữa các đặc tính của hai loại khí này
Khi hàn các hợp kim Ni, Ni – Cu, hàn các thép không gỉ có thể bổ sung H2 vào Ar làm khí bảo vệ
So sánh sự khác nhau giữa khí Ar và khí He
Hình 1.3: Hồ quang trong trong khí Ar và He
- Dễ mồi hồ quang do năng lượng ion thấp
- Tính ổn định hồ quang và tác dụng làm sạch đối với dòng AC cao hơn
- Nhiệt độ hồ quang thấp hơn
- Bảo vệ tốt hơn do nặng hơn
- Lưu lương cần thiết thấp hơn
- Điện áp hồ quang thấp hơn nên năng lượng hàn thấp hơn
- Chiều dài hồ quang ngắn, mối hàn hẹp
- Có thể hàn chi tiết mỏng
- Khó mồi hồ quang do năng lượng ion hóa cao
- Tính ổn định hồ quang và tác dụng làm sạch đối với dòng AC thấp hơn
- Nhiệt độ hồ quang cao hơn
- Bảo vệ kém hơn do nhẹ hơn
- Lưu lượng sử dụng cao hơn
- Điện áp hồ quang cao hơn nên năng lượng hàn lớn hơn
- Chiều dài hồ quang dài, mối hàn rộng
- Thường dùng hàn các chi tiết dày, dẫn nhiệt tốt
Việc trộn khí Argon (Ar) và Helium (He) mang lại ý nghĩa thực tiễn lớn trong hàn, giúp kiểm soát chặt chẽ năng lượng hàn và hình dạng tiết diện mối hàn Đặc biệt, khi hàn các chi tiết dày hoặc có khả năng tản nhiệt nhanh, việc bổ sung He vào Ar sẽ cải thiện đáng kể hiệu quả của quá trình hàn.
Nitơ(N2) đôi khi được đưa vào Ar để hàn đồng và hợp kim đồng, Nitơ tinh khiết đôi khi được dùng để hàn thép không rỉ
Việc bổ sung Hydro vào Argon tạo thành hỗn hợp Ar-H2 giúp tăng điện áp hồ quang và mang lại nhiều ưu điểm giống như heli Sử dụng hỗn hợp này với 5% H2 có thể cải thiện độ làm sạch của mối hàn TIG bằng tay.
Hổn hợp 15% được sử dụng cho hàn cơ khí hóa tốc độ cao, đặc biệt là cho các mối hàn giáp mối thép không rỉ dày đến 1,6 mm Ngoài ra, nó còn phù hợp để hàn các thùng bia bằng thép không rỉ với mọi độ dày, đảm bảo hiệu quả và chất lượng hàn tối ưu.
Thiết bị - Dụng cụ hàn TIG
Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị hàn TIG
Nguồn điện hàn và thiết bị điều khiển:
Nguồn điện hàn và thiết bị điều khiển là những yếu tố quan trọng trong quá trình hàn Đối với các thiết bị hàn được làm mát bằng nước, cần có thêm bình chứa nước làm mát, bơm nước và chất làm mát để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị.
1-Chai khí bảo vệ(khí trơ hoặc hỗn hợp khí trơ)
2-Đồng hồ giảm áp với đồng hồ đo lưu lượng khí ra bảo vệ (thiết bị chỉnh áp)
Cụm ống dẫn(cáp hàn):
1-Đường dẫn thiết bị điều khiển
2-Đường dẫn khí bảo vệ
2-Que hàn phụ, mỏ hàn với công tắc mỏ hàn
Hình 1.6: Sơ đồ cấu tạo nguồn hàn
* Chức năng các bộ phận của nguồn hàn
- Có chức năng chuyển điện lưới thành dòng điện hàn
- Có chức năng hạ điện áp lưới xuống điện áp không tải, điện áp hàn
- Có chức năng nâng dòng điện lưới thành dòng điện hàn
2-Thiết bị tạo xung cao áp:
- Có chức năng tạo các xung cao áp tần số cao để gây hồ quang không cần tiếp xúc trong lúc hàn
3- Cuộn dây bảo vệ và tủ bảo vệ:
- Có chức năng bảo vệ biến áp khỏi tác dụng của xung cao áp, nếu không các vòng dây của biến áp sẽ bị phá hủy
- Có chức năng điều hòa các bán chu kỳ khác nhau có thể xuất hiện trong khi hàn(hiệu ứng chỉnh lưu)
5-Van nam châm đóng mở khí bảo vệ:
- Có chức năng mở đòng khí bảo vệ theo nguyên lí điện từ
- Tắt mở dòng điện hàn
- Đặt cường độ dòng điện hàn
- Điều khiển van khí bảo vệ có thời gian ra trước và sau khi hàn, có thể đặt được
- Và các chức năng điều khiển khác
Hàn TIG yêu cầu nguồn điện hàn có đặc tính dòng không đổi (CC) và cần đáp ứng các yêu cầu như độ dốc đặc tính, dòng xung hoặc không xung Việc sử dụng nguồn hàn có đặc tính áp không đổi (CV) cho hàn TIG là không phù hợp, vì dòng ngắn mạch quá lớn có thể gây nguy hiểm khi điện cực bị ngắn mạch Hơn nữa, sự tăng dòng quá lớn khi điện áp thay đổi cũng không thích hợp cho phương pháp hàn này.
Nguồn hàn TIG thường được trang bị cấu trúc biến áp hàn – Nắn điện, cho phép sử dụng nguồn AC khi hàn nhôm Hiện nay, các máy hàn được thiết kế đa tính năng, cho phép người dùng lựa chọn giữa các đặc tính CC (Dòng không đổi) hoặc CV (Điện áp không đổi).
Bộ nguồn hàn TIG được thiết kế với đặc tính V – I gần như thẳng đứng, kèm theo mạch cao tần (HF) để khởi động hồ quang Ngoài ra, thiết bị còn tích hợp van điều khiển khí và nước bằng điện, cùng bộ định thời gian để mở gas sớm và tắt gas muộn Hầu hết các thiết bị hàn TIG đều cho phép điều chỉnh dòng hàn vô cấp, và một số còn có thêm chức năng điều chỉnh dòng qua bàn đạp chân.
Hình1.7: Sơ đồ điện máy hàn TIG
* Nguồn điện hàn xoay chiều
Phương pháp hàn này rất phù hợp cho hàn nhôm, manhê và các hợp kim của chúng Trong quá trình hàn, nửa chu kỳ dương của điện cực giúp phá vỡ lớp màng ôxít trên bề mặt và làm sạch bề mặt đó, trong khi nửa chu kỳ âm sẽ nung nóng kim loại cơ bản.
Nguồn điện xoay chiều hình sin sử dụng phương pháp điều khiển dòng hàn bằng cảm ứng bão hòa, mang lại ưu điểm là hồ quang cháy êm Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là việc phải thường xuyên gián đoạn quá trình hàn để điều chỉnh cường độ dòng hàn, đặc biệt khi cần giảm dòng xuống mức tối thiểu để vũng hàn kết tinh chậm, do không có tính năng điều khiển từ xa.
Khi hàn nhôm, hiện tượng tự chỉnh lưu của hồ quang đặc biệt trong quá trình hàn dòng nhỏ yêu cầu sử dụng bộ cản thành phần dòng một chiều, như ắc quy có điện dung lớn hoặc tụ điện lớn Tuy nhiên, việc này có thể dẫn đến sự lẫn W vào mối hàn Nguyên nhân là do khi điện cực ở cực dương để khử màng ôxít nhôm, nếu bộ cảm không được thiết kế phù hợp để kiểm soát biên độ tối đa dòng hàn xoay chiều, điện cực có thể bị nung nóng quá mức, gây xói mòn và tạo ra các vụn nhỏ di chuyển vào vũng hàn.
Để đảm bảo an toàn cho thợ hàn và hiệu quả trong quá trình hàn, cần sử dụng bộ cao tần với công suất nhỏ từ 250-300W, điện áp 2-3 kV và tần số cao từ 250-1000 kHz Bộ cao tần này sẽ tạo ra hồ quang không tiếp xúc ở khoảng cách khoảng 3mm, giúp ổn định hồ quang trong suốt quá trình hàn.
Nguồn điện xoay chiều có xung hình vuông giúp giảm biên độ tối đa của dòng hàn khoảng 30% so với dạng xung hình sin cùng công suất nhiệt, từ đó giảm khả năng làm lẫn W vào mối hàn Bên cạnh đó, nguồn điện này còn sở hữu nhiều đặc điểm ưu việt khác.
* Không đòi hỏi chặt chẽ về dung sai gá lắp như khi hàn không có xung
* Cho phép hàn các tấm mỏng dưới 1mm
Hình1.8: Chu trình hàn TIG bằng dòng xung
* Giảm biến dạng do khống chế được công suất nhiệt (giảm sự tích lũy nhiệt)
* Dễ hàn ở mọi tư thế
* Không đòi hỏi tay nghề của thợ hàn thật cao
* Chất lượng mối hàn được cải thiện đáng kể
* Thích hợp cho cơ khí hóa, tự động hóa quá trình hàn
Hàn các chi tiết quan trọng như đường hàn lót mối hàn ống nhiều lớp, hàn những chi tiết có độ dày không đồng nhất và hàn các kim loại khác nhau là rất cần thiết để đảm bảo chất lượng và độ bền của sản phẩm.
* Lực điện từ mạnh của các xung điện cho phép hạn chế rỗ xốp trong các mối hàn và tăng chiều sâu ngấu
Một lợi thế đáng chú ý là thiết bị có khả năng duy trì hồ quang mà không cần sử dụng bộ ổn định hồ quang tần số cao, chỉ cần khởi động hồ quang Hơn nữa, tần số đổi chiều của dòng điện hàn cao hơn nhiều so với dòng hàn dạng xung hình sin.
Một số máy hàn cho phép điều chỉnh thời gian tác động của từng bán chu kỳ trong dạng xung vuông, giúp làm sạch ôxít nhôm và đạt chiều sâu ngấu mong muốn Trong pha xung, vật liệu nóng chảy, trong khi ở pha chính, nó đông đặc và thu nhỏ bể hàn Ngoài tần số và cường độ dòng điện, thời gian và tỷ lệ giữa các pha cũng có thể được điều chỉnh.
Việc cung cấp nhiệt cho vật liệu cơ bản có thể tạo ra sự biến đổi, tuy nhiên, cần chú ý điều chỉnh giữa thông số xung và tốc độ hàn Do đó, phương pháp này thường được thực hiện hoàn toàn bằng cơ khí hóa.
Hình1.9: Chu trình hàn TIG bằng dòng xung
* Nguồn điện hàn một chiều
Máy hàn một chiều không gây ra vấn đề lẫn W vào mối hàn hay hiện tượng tự nắn dòng, như trong trường hợp hàn nhôm bằng nguồn hàn xoay chiều Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc tạo hồ quang và khả năng cho dòng hàn sẽ được tối thiểu hóa Hầu hết các máy hàn một chiều sử dụng phương pháp nối thuận, giúp 2/3 lượng nhiệt của hồ quang đi vào vật hàn.
Điện cực W tinh khiết thường không được sử dụng trong hàn với dòng một chiều nối cực thuận và khi tạo hồ quang, đặc biệt trong hàn bằng dòng xoay chiều Thay vào đó, điện cực W có chứa 1.5 đến 2% ThO2, ZrO2 hoặc các oxit đất hiếm như LaO được ưa chuộng hơn.
Thực chất, đặc điểm và phạm vi ứng dụng của thiết bị hàn TIG
Hàn TIG (Tungsten Inert Gas) là phương pháp hàn sử dụng điện cực vonfram không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ, thường là khí trơ như Argon (Ar), Helium (He) hoặc hỗn hợp Ar + He Các loại khí này giúp ngăn chặn tác động tiêu cực của oxy và nitơ từ không khí, đồng thời ổn định hồ quang trong quá trình hàn.
Vùng hồ quang trong quá trình hàn có nhiệt độ rất cao, có thể lên tới 6100°C Kim loại mối hàn có thể được tạo ra từ kim loại của vật hàn hoặc bổ sung từ kim loại phụ Toàn bộ vũng hàn được bảo vệ bởi khí trơ được thổi ra từ chụp khí.
Phương pháp này có một số ưu điểm đáng chú ý:
- Tạo mối hàn có chất lượng cao đối với hầu hết kim loại và hợp kim
- Mối hàn không phải làm sạch sau khi hàn
Hình 1.18: Dưỡng kiểm tra kích thước mối hàn
Hình 1.20: Sơ đồ nguyên lí hàn TIG
Có thể mô tả vùng hồ quang hàn TIG và vũng hàn TIG theo hình vẽ sau:
Hình 1.21: Vùng hồ quang hàn TIG và vũng hàn TIG
Phương pháp hàn TIG có một số đặc điểm sau:
Tạo ra mối hàn chất lượng cao cho hầu hết các kim loại và hợp kim như nhôm, magiê, thép không gỉ, đồng, hợp kim đồng, niken, hợp kim niken và thép carbon thấp.
- Kim loại mối hàn chắc đặc, ít rỗ khí hay ngậm xỉ
- Mối hàn không phải làm sạch sau khi hàn vì không tạo xỉ và không có kim loại bắn toé
- Hồ quang và vũng hàn có thể quan sát được trong khi hàn
- Không có hiện tượng bắn tóe kim loại khi hàn do có sự bổ xung nóng chảy ngay trong vũng hàn chứ không tham ra tạo hồ quang
- Có thể hàn ở mọi vị trí trong không gian
- Nhiệt tập trung cao cho phép tăng tốc độ hàn, giảm biến dạng
- Kém kinh tế so với hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy khi hàn các tấm dầy hơn 10mm
- Khó bảo vệ vũng hàn trong môi trường có gió
- Có thể tự động hóa khi hàn (Hình 1.1)
1.4.2 Công dụng của hàn TIG
Hàn TIG sử dụng hồ quang có nhiệt độ cao lên đến 6100 °C, cho phép tạo ra mối hàn từ kim loại cơ bản, đặc biệt hiệu quả khi hàn các chi tiết mỏng và liên kết gấp mép Quá trình hàn được bảo vệ bởi khí trơ từ chụp khí, giúp đảm bảo chất lượng mối hàn Phương pháp này thích hợp cho cả việc hàn mới và sửa chữa các chi tiết.
Phương pháp này có một số ưu điểm đáng lưu ý:
- Tạo mối hàn có chất lượng cao đối với hầu hết các kim loại và hợp kim
- Mối hàn không phải làm sạch sau khi hàn
- Hồ quang và vũng hàn có thể quan sát được trong khi hàn
- Không có kim loại bắn tóe
Phương pháp hàn TIG cho phép thực hiện hàn ở mọi vị trí trong không gian, giúp tăng tốc độ hàn và giảm biến dạng của liên kết hàn Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất, đặc biệt là trong hàn thép hợp kim cao, kim loại màu và các hợp kim liên quan.
Các khuyết tật của mối hàn TIG
Khi hàn TIG, có thể xuất hiện nhiều loại khuyết tật khác nhau, bao gồm mối hàn bị nứt, lỗ khí, hàn không thấu, khuyết cạnh, đóng cục, và sai lệch về hình dáng cũng như kích thước của mối hàn.
Các khuyết tật hàn có thể xuất hiện đồng thời trên cùng một mối hàn hoặc chỉ một số khuyết tật nhất định Chúng có thể tập trung tại một vị trí cụ thể hoặc phân bố rải rác dọc theo toàn bộ đường hàn.
Các khuyết tật trong mối hàn xuất phát từ nhiều nguyên nhân, bao gồm kim loại vật hàn, chế độ hàn, quy trình công nghệ và trình độ tay nghề của người thợ hàn Sự tồn tại của những khuyết tật này ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ của đầu nối mối hàn Do đó, người thợ hàn cần lựa chọn quy trình hàn hợp lý và thực hiện nghiêm túc các quy trình công nghệ đã được đặt ra.
1.5.1 Dạng khuyết tật giáp mối
- Nguyên nhân: Dòng điện hàn nhỏ, tốc độ hàn nhanh, dao động mỏ hàn chưa hợp lý
- Phòng tránh: Tăng dòng điện hàn cho phù hợp, giảm tốc độ hàn, điều chỉnh dao động mỏ hàn hợp lý
Nguyên nhân gây ra vấn đề trong quá trình hàn có thể bao gồm lưu lượng khí bảo vệ không đạt yêu cầu, vật hàn bị bẩn, hàn trong môi trường có tốc độ gió lớn, và góc độ mỏ hàn không phù hợp.
Để phòng tránh các vấn đề trong quá trình hàn, cần điều chỉnh lưu lượng khí bảo vệ cho phù hợp, làm sạch vật hàn cho đến khi có ánh kim, che chắn gió tại vị trí hàn và giữ góc độ mỏ hàn hợp lý.
Nguyên nhân chính dẫn đến sự cố trong quá trình hàn là do điện cực Wofram tiếp xúc với que hàn phụ và vật hàn, hoặc do việc mài điện cực không đúng cách kết hợp với việc sử dụng dòng điện hàn lớn.
- Phòng tránh: Điều chỉnh khoảng cách từ điện cực Wonfram đến vật hàn và que hàn phụ hợp lí
1.5.1.4 Mối hàn bị gồ cao, đóng cục:
- Nguyên nhân: Do tốc độ cấp que hàn bù quá lớn, cường độ dòng hàn quá nhỏ,không đều, nhiệt độ bể hàn thấp
- Phòng tránh:Điều chỉnh tốc độ cấp que hàn bù cho phù hợp, giảm tốc độ hàn
1.5.1.5 Vật hàn bị biến dạng
- Nguyên nhân: Do sử dụng dòng hàn lớn, tốc độ hàn chậm dẫn đến tập trung nhiệt lớn
- Phòng tránh: Giảm nhiệt độ ở bể hàn, điều chỉnh dòng hàn, tốc độ hàn phù hợp
1.5.1.6 Vật hàn bị cháy cạnh
Dòng điện hàn lớn, góc độ mỏ hàn không chính xác, và tốc độ di chuyển mỏ hàn chậm là những nguyên nhân chính dẫn đến sự cố trong quá trình hàn Bên cạnh đó, việc dao động của mỏ hàn và que hàn phụ không có điểm dừng cũng góp phần làm giảm chất lượng mối hàn.
Để phòng tránh sự cố trong quá trình hàn, cần giảm dòng điện hàn, điều chỉnh góc độ và tốc độ di chuyển của mỏ hàn một cách phù hợp Ngoài ra, dao động của mỏ hàn và que hàn phụ cũng cần có điểm dừng rõ ràng.
- Nguyên nhân: Dòng điện hàn lớn, dao động mỏ hàn không có điểm dừng, góc độ mỏ hàn chưa phù hợp
- Phòng tránh: Giảm dòng điện hàn, dao động mỏ hàn phải có điểm dừng, điều chỉnh góc độ mỏ hàn cho phù hợp
- Nguyên nhân: Dòng điện hàn nhỏ, tốc độ hàn nhanh, dao động mỏ hàn chưa phù hợp
- Phòng tránh: Tăng dòng điện hàn cho phù hợp, giảm tốc độ hàn, điều chỉnh dao động mỏ hàn hợp lý
Nguyên nhân gây ra vấn đề trong quá trình hàn bao gồm lưu lượng khí bảo vệ không phù hợp, vật hàn bị bẩn, hàn trong môi trường có tốc độ gió lớn, và góc độ mỏ hàn chưa được điều chỉnh đúng cách.
Để phòng tránh sự cố trong quá trình hàn, cần điều chỉnh lưu lượng khí bảo vệ cho phù hợp, làm sạch vật hàn cho đến khi có ánh kim, che chắn gió tại vị trí hàn và giữ góc độ mỏ hàn hợp lý.
Nguyên nhân của vấn đề này là do điện cực Wofram tiếp xúc với que hàn phụ và vật hàn trong quá trình hàn, hoặc do việc mài điện cực không đúng cách kết hợp với việc sử dụng dòng điện hàn lớn.
- Phòng tránh: Điều chỉnh khoảng cách từ điện cực Wonfram đến vật hàn và que hàn phụ hợp lí
- Trình bày thực chất đặc điểm của phương pháp hàn TIG?
- Trình bày các khuyết tật của mối hàn TIG?
- Cho biết nguyên lý và phạm vi ứng dụng của phương pháp hàn TIG?
1.6 Những ảnh hưởng tới sức khỏe của người công nhân
Những quy định an toàn trong quá trình làm việc
Trong quá trình hàn, công nhân có thể gặp phải vấn đề sức khỏe nếu làm việc liên tục và kéo dài trong môi trường chật hẹp, thiếu ánh sáng và không thông thoáng Điều này có thể dẫn đến chóng mặt và buồn nôn do hít phải khí độc.
- Có thể gây đau mắt nêu không được che chắn hồ quang tốt, phải trang bị đầy đủ bảo hộ lao động, như kính hàn, găng tay yếm da
1.7 An toàn lao động và vệ sinh phân xưởng khi hàn TIG
* Những yêu cầu an toàn chung về hàn:
- Yêu cầu an toàn khi hàn vỏ bình đã chứa nội dung nguy hiểm(hóa chất, chất đốt)
- Yêu cầu an toàn khi hàn trong bình kín, không gian chật hẹp
- Yêu cầu an toàn khi hàn trong những v ùng có nguy cơ hỏa hoạn
- Yêu cầu an toàn về trang bị bảo hộ lao động (quần áo, giầy, găng tay, mũ, kính hàn)
- Yêu cầu an toàn về điện áp không tải của nguồn điện hàn(hàn trong không gian chật hẹp Uo < 45V)
* An toàn đối với thiết bị hàn
Hầu hết các thiết bị hàn hiện nay hoạt động bằng dòng xoay chiều hoặc một chiều Khi máy đang hoạt động, cần lưu ý không chuyển đổi giữa hai chế độ này để đảm bảo hiệu suất và an toàn trong quá trình hàn.
Một số máy hàn TIG công suất lớn được trang bị hai chế độ làm mát mỏ hàn: làm mát bằng không khí và làm mát bằng nước Khi sử dụng chế độ làm mát bằng nước, cần lưu ý không hàn với dòng điện vượt quá quy định, để tránh tình trạng cháy vòi hàn, gây hỏng thiết bị và tiềm ẩn nguy cơ tai nạn.
- Khi máy ngừng làm việc 1 h trở lên phải tắt máy
Trong thời gian tạm ngừng làm việc, mỏ hàn cần được đặt đúng vị trí quy định để đảm bảo an toàn Sau khi hàn, phần ống sứ đầu mỏ hàn có nhiệt độ rất cao, vì vậy việc chạm mạnh vào nó có thể gây vỡ, và nếu tiếp xúc với cơ thể, sẽ dẫn đến nguy hiểm và tổn thương.
Vận hành thiết bị hàn tig
Cấu tạo và nguyên lý làm vệc của máy hàn TIG
Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo máy hàn TIG
Hình 2.2: Sơ đồ cấu đấu nối thiết bị hàn TIG
2.1.2 Mốt số loại máy hàn thông dụng
Hình 2.3: Một số loại máy hàn TIG thông dụng
- Cung cấp dòng hàn một chiều hoặc xoay chiều, hoặc cả hai
- Tùy ứng dụng, nó có thể là biến áp hàn, chỉnh lưu, máy phát điện hàn
- Nguồn điện hàn cần có đường đặc tính ngoài dốc (giống như cho hàn SMAW)
- Để tăng tốc độ ổn định hồ quang, điện áp không tải khoảng 70-80V
Bộ phận điều khiển hàn thường được tích hợp với nguồn điện hàn, bao gồm các thành phần như Contactor để đóng ngắt dòng hàn, bộ gây hồ quang tần số cao, và bộ điều khiển tuần hoàn nước làm mát (nếu có) Ngoài ra, hệ thống này còn có cánh tản nhiệt và quạt làm mát, cùng với bộ khống chế thành phần dòng một chiều, phù hợp với máy hàn xoay chiều hoặc một chiều.
* Nguồn điện hàn xoay chiều
Hàn nhôm, manhê và hợp kim của chúng đòi hỏi kỹ thuật đặc biệt Trong quá trình hàn, nửa chu kỳ dương của điện cực giúp phá vỡ lớp màng ôxít trên bề mặt, làm sạch bề mặt kim loại Đồng thời, nửa chu kỳ âm sẽ nung nóng kim loại cơ bản, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hàn.
Nguồn điện xoay chiều hình sin sử dụng phương pháp điều khiển dòng hàn bằng cảm ứng bão hòa cổ điển, mang lại ưu điểm là hồ quang cháy êm Tuy nhiên, nhược điểm lớn là người thợ hàn phải thường xuyên gián đoạn công việc để thay đổi cường độ dòng hàn, đặc biệt khi cần giảm dòng xuống mức tối thiểu để vũng hàn kết tinh chậm, do không có khả năng điều khiển từ xa.
Khi hàn nhôm, hiện tượng tự chỉnh lưu của hồ quang đặc biệt xảy ra khi sử dụng dòng hàn nhỏ Do đó, cần thiết phải kết hợp bộ cản thành phần dòng một chiều, bao gồm việc mắc nối tiếp với ắc quy có điện dung lớn và bộ tụ điện có điện dung cao để đảm bảo hiệu quả hàn.
Khi điện cực ở cực dương được sử dụng để khử màng oxit nhôm trong quá trình hàn, có thể xảy ra hiện tượng nung nóng quá mức Nguyên nhân của vấn đề này là do bộ cảm kháng bão hòa không được thiết kế hợp lý, dẫn đến việc không hạn chế được biên độ tối đa của dòng hàn xoay chiều Hậu quả là các vụn nhỏ có thể xói mòn và di chuyển vào vũng hàn, gây ra lẫn W trong mối hàn.
Để đảm bảo an toàn cho thợ hàn và hiệu quả trong quá trình hàn, cần sử dụng bộ cao tần với công suất nhỏ từ 250-300W, điện áp 2-3 kV và tần số cao từ 250-1000 KHz Bộ cao tần này sẽ tạo ra hồ quang không tiếp xúc ở khoảng cách khoảng 3mm, giúp ổn định hồ quang trong suốt quá trình hàn.
Nguồn điện xoay chiều dạng sóng hình vuông (xung) giúp giảm biên độ tối đa của dòng hàn khoảng 30% so với sóng hình sin cùng công suất nhiệt, từ đó giảm khả năng làm lẫn W vào mối hàn Bên cạnh đó, nguồn điện này còn sở hữu nhiều đặc điểm nổi bật khác.
+ Giảm biến dạng do khống chế được công suất nhiệt (giảm sự tích lũy nhiệt)
+ Dễ hàn ở mọi tư thế
+ Không đòi hỏi tay nghề của thợ hàn thật cao
+ Chất lượng mối hàn được cải thiện đáng kể
+ Thích hợp cho cơ khí hóa, tự động hóa quá trình hàn
Hàn các chi tiết quan trọng như đường hàn lót mối hàn ống nhiều lớp, hàn các chi tiết có độ dày không đồng nhất và hàn các kim loại khác nhau là rất phù hợp.
+ Lực điện từ mạnh của các xung điện cho phép hạn chế rỗ xốp trong các mối hàn và tăng chiều sâu ngấu
Một lợi thế đáng chú ý là khả năng duy trì hồ quang mà không cần sử dụng bộ ổn định hồ quang tần số cao, chỉ cần khởi động hồ quang Điều này là do tần số đổi chiều của dòng điện hàn cao hơn nhiều so với dòng hàn dạng sóng hình sin.
Một số máy hàn cho phép điều chỉnh thời gian tác động của từng bán chu kỳ trong dạng sóng vuông, giúp làm sạch oxit nhôm và đạt độ sâu ngấu mong muốn Trong pha xung, vật liệu sẽ nóng chảy, trong khi ở pha chính, nó sẽ đông đặc và thu nhỏ bể hàn Ngoài tần số và cường độ dòng điện, thời gian và tỷ lệ giữa các pha cũng có thể được điều chỉnh để tối ưu hóa quá trình hàn.
Việc cung cấp nhiệt cho vật liệu cơ bản có thể dẫn đến sự biến đổi của chúng Tuy nhiên, do cần điều chỉnh giữa thông số xung và tốc độ hàn, phương pháp này thường được thực hiện hoàn toàn bằng cơ khí hóa.
* Nguồn điện hàn một chiều
Sử dụng công nghệ hàn xoay chiều không gây ra vấn đề lẫn W vào mối hàn hay hiện tượng tự nắn dòng, như trong trường hợp hàn nhôm Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc tạo hồ quang và khả năng cho dòng hàn sẽ tối thiểu Hầu hết các máy hàn một chiều đều áp dụng phương pháp nối thuận, giúp 2/3 lượng nhiệt của hồ quang được truyền vào vật hàn.
Điện cực W tinh khiết thường ít được sử dụng trong hàn bằng dòng một chiều cực thuận do khó tạo hồ quang Thay vào đó, nên sử dụng điện cực W được pha trộn với 1.5 đến 2% ThO2, ZrO2 hoặc các oxit đất hiếm như LaO để cải thiện hiệu suất hàn.
Khi sử dụng dòng một chiều nối nghịch, dòng điện tử sẽ tác động mạnh mẽ vào điện cực, gây ra 2/3 lượng nhiệt từ hồ quang vào điện cực, dẫn đến khả năng làm nóng chảy đầu điện cực Do đó, đường kính của điện cực cần phải lớn hơn so với khi hàn bằng dòng một chiều nối thuận, cụ thể là 6,4 mm so với 1,6 mm khi dòng điện là 125A.
- Dòng một chiều nối nghịch (DC+ hay DCEN) cho mối hàn nông và rộng hơn so với nối thuận (DC -, hay DCEP)
Dòng một chiều nối nghịch chủ yếu được sử dụng để làm tròn đầu điện cực cho quá trình hàn bằng dòng xoay chiều Việc này được thực hiện trên bề mặt tấm đồng nhằm tránh nhiễm W vào mối hàn.
