(NB) Giáo trình Thực hành hàn cơ bản với mục tiêu giúp các bạn có thể Sử dụng thành thạo các thiết bị, dụng cụ liên quan đến công việc hàn; Vận hành máy hàn, mỏ hàn đúng trình tự, yêu cầu kỹ thuật và an toàn; Thực hiện được kỹ năng hàn hồ quang tay, hàn MAG/CO2; Chấp hành đúng quy trình, quy phạm trong thực hành Hàn cơ bản.
Nội qui xưởng thực tập-Qui tắc an toàn
Nội qui xưởng thực tập
- Những người không có nhiệm vụ không vào xưởng thực hành
Giảng viên, giáo viên và học sinh-sinh viên cần có mặt tại xưởng thực hành trước giờ học từ 5 đến 10 phút để kiểm tra tình trạng cơ sở vật chất và trang thiết bị Họ cũng phải nhận bàn giao xưởng thực hành và ghi sổ giao ca Trong trường hợp phát hiện trang thiết bị hỏng hoặc mất, cần báo ngay cho bộ phận quản lý.
- Giáo viên, Học sinh-Sinh viên phải có đầy đủ bảo hộ lao động, đeo thẻ theo quy định, quần áo đầu tóc gọn gàng
- Thực hiện các công việc khi đã được giáo viên hướng dẫn, phân công, không làm việc riêng
- Học sinh thực tập trong xưởng nếu cần ra hoặc vào xưởng thực tập phải được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn
Trước khi sử dụng bất kỳ thiết bị nào trong xưởng, cần phải kiểm tra an toàn kỹ lưỡng Người dùng tuyệt đối không được tự ý sử dụng thiết bị nếu phát hiện có nguy cơ không an toàn và phải luôn có sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn.
- Người sử dụng các thiết bị có trong xưởng thực tập phải được hướng dẫn về kỹ thuật an toàn, qui trình sử dụng thiết bị đó
Trước khi sử dụng thiết bị trong xưởng, cần phải kiểm tra an toàn kỹ lưỡng Người sử dụng tuyệt đối không được tự ý vận hành nếu phát hiện có vấn đề an toàn và phải có sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn.
- Không tự ý bỏ ra ngoài gây mất trật tự, đùa nghịch đi lại lộn xộn và xả rác bừa bãi
Cấm sử dụng rượu, bia, thuốc lá và kẹo cao su trong khuôn viên học Nghiêm cấm mang theo hung khí và chất gây cháy nổ Học sinh phải có giấy phép và lý do chính đáng khi nghỉ học, và khi nghỉ ốm, cần có giấy xác nhận từ Y Bác sỹ.
- Tuyệt đối không tự ý đem các thiết bị, dụng cụ… ra khỏi xưởng thực hành khi chưa được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn hoặc người quản lý
- Khi ngừng thực tập hoặc mất điện phải ngắt cầu dao điện vào máy hoặc các thiết bị đang sử dụng
Khi sử dụng thiết bị và dụng cụ hiện đại, nếu xuất hiện hiện tượng bất thường như tiếng kêu lạ, mất mát hoặc hỏng hóc, cần ngay lập tức ngừng hoạt động và thông báo cho giáo viên hướng dẫn hoặc người có trách nhiệm để được xử lý kịp thời.
Khi xảy ra sự cố mất an toàn lao động, cần ngắt điện và cấp cứu ngay cho người bị nạn (nếu có) Giữ nguyên hiện trường và thông báo ngay cho giáo viên hướng dẫn hoặc người có trách nhiệm để xử lý tình huống kịp thời.
Bảo vệ tài sản và trang thiết bị trong phòng học hoặc xưởng thực hành là rất quan trọng Khi có sự cố hư hỏng dụng cụ và thiết bị, tùy thuộc vào mức độ hư hại, người gây ra sự cố sẽ phải bồi thường theo quy định của nhà trường.
1.1.3 Kết thúc buổi thực tập
- Ngắt điện vào máy, lau sạch sẽ các trang thiết bị dụng cụ… và cho dầu mỡ vào những chỗ cần thiết của thiết bị, dụng cụ
Để đảm bảo môi trường học tập và làm việc an toàn, cần vệ sinh sạch sẽ các khu vực trong phòng học và xưởng thực hành, bao gồm nền nhà, bảng, bàn ghế, tường và cửa kính Sau khi hoàn tất việc dọn dẹp, hãy tắt đèn, quạt và khóa cửa, đồng thời bàn giao xưởng cho người quản lý để duy trì trật tự và an toàn.
Giảng viên, Giáo viên và Học sinh-Sinh viên phải thực hiện nghiêm túc các điều Nội quy trên.
Qui tắc về an toàn
Trước khi kết nối máy với nguồn điện, cần kiểm tra kỹ lưỡng các thiết bị và hệ thống bảo vệ Đảm bảo rằng các dây dẫn, bao gồm dây cáp nguồn và dây cáp hàn, có khả năng chịu được dòng điện tối đa để đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng.
- Máy phải có dây nối đất Nếu máy nối thường xuyên với nguồn điện thì dây nối đất phải nối liên tục để tránh điện giật;
- Khi máy nghỉ làm việc phải để công tắc nguồn của máy ở vị trí số 0;
- Thường xuyên kiểm tra độ cách điện của các thiết bị như: Phích cắm, dây dẫn điện, đầu nối, mỏ cặp, mỏ hàn…;
- Không để các kim loại, vật sắc nặng chạm đè vào hệ thống dây dẫn, ống dẫn
- Trước khi tiến hành kiểm tra, bảo dưỡng, máy phải được ngắt ra khỏi nguồn điện
- Không được chạm vào các phần dẫn điện;
- Không sử dụng dây cáp bị gãy, đứt, hỏng lớp cách điện, dây nhỏ hơn kích cỡ cho phép;
- Máy hàn phải có đầy đủ các biển hiệu và vỏ máy
1.2.2 An toàn với tia hồ quang, kim loại bắn tóe và tiếng ồn
Trong quá trình hàn điện, tia tử ngoại, tia hồng ngoại và ánh sáng mạnh có thể gây hại cho sức khỏe con người Ngoài ra, các hạt kim loại bắn ra và vật hàn nóng cũng có nguy cơ gây bỏng hoặc cháy nổ Do đó, thợ hàn cần tuân thủ các biện pháp an toàn cần thiết để bảo vệ bản thân trong khi làm việc.
- Khi làm việc cần trang bị đầy đủ bảo hộ lao động: Mặt nạ hàn cùng với kính hàn, mũ, găng tay, dày da, quần áo bảo hộ
- Đeo kính bảo hộ đúng chủng loại quy định và nên được che hai bên mắt
- Sử dụng các tấm chắn để tránh tia sáng của hồ quang cho những người xung quanh khi nhìn vào hồ quang
- Quần áo, dầy bảo hộ và găng tay, tạp dề cần phải làm từ vật liệu bền chống cháy
- Sử dụng nút bịt tai hoặc giảm thanh nếu tiếng ồn quá lớn
- Khi đục, mài có thể làm cho các mạt, phoi kim loại văng ra bám vào người hoặc khi mối hàn nguội xỉ có thể bong bắn vào người
- Mặc quần áo bảo hộ lao động phải kín để bảo vệ da người
Để đảm bảo an toàn lao động, nơi làm việc cần phải tránh xa các chất dễ cháy và nổ Khi thực hiện các công việc trên cao, nên đặt tấm thép dưới vật hàn để ngăn ngừa tình trạng kim loại nóng chảy nhỏ giọt, từ đó giảm thiểu nguy cơ bỏng cho người làm việc bên dưới và ngăn chặn các vụ hỏa hoạn có thể xảy ra.
Trước khi bắt đầu quá trình hàn, cần lắp đặt các tấm che xung quanh khu vực làm việc để bảo vệ Người hàn cũng phải quan sát kỹ lưỡng xung quanh nhằm tránh những tia sáng hồ quang có thể gây hại cho sức khỏe của những người làm việc gần đó.
1.2.3 An toàn về cháy nổ
Trong quá trình hàn, tia lửa điện và kim loại lỏng có thể bắn ra, gây ra nguy cơ cháy nổ do vật hàn và thiết bị nóng Để đảm bảo an toàn cháy nổ, cần tuân thủ đúng các yêu cầu an toàn trong quá trình hàn.
- Tránh tia lửa điện hoặc kim loại lỏng bắn vào người và các vật dụng khác
- Không được hàn ở các nơi có các vật liệu dễ cháy (thùng sơn, xốp, giấy )
Để đảm bảo an toàn trong quá trình hàn, cần di chuyển các vật liệu dễ cháy ra xa khu vực hàn ít nhất 10 mét Nếu việc di chuyển không khả thi, hãy che phủ chúng bằng các tấm chắn chắc chắn và cẩn thận, sử dụng vật liệu chống cháy phù hợp.
- Cần cảnh giác với tia lửa điện và kim loại nóng có thể dễ dàng lọt qua các khe nhỏ và lan rộng ra các vùng xung quanh
- Cần chú ý về hỏa hoạn có thể xảy ra, luôn luôn phải có bình cứu hỏa ở nơi làm việc
- Cần nhận thức được sự nguy hiểm khi hàn ở trên trần, sàn nhà, vách ngăn có thể bốc cháy do lửa cháy ngầm
- Không được hàn ở trong những hộp chứa kín như: trong téc, thùng chứa, bình chứa
Cáp điện hàn cần được kết nối trực tiếp với vật hàn và đảm bảo tiếp xúc tốt, nhằm ngăn ngừa dòng điện hàn rò rỉ ra ngoài, gây ra nguy cơ điện giật hoặc cháy nổ.
- Không được dùng nguồn điện hàn cho các thiết bị điện khác ngoài hàn hồ quang
- Mặc các trang bị bảo hộ lao động chống cháy như: găng tay da, quần áo vải bạt, giầy cao cổ, mũ
- Đầu cáp tiếp xúc lỏng có thể phát ra tia lửa điện và nhiệt cao
- Vặn chặt tất cả các đầu cáp nối
1.2.4 An toàn đối với khói hàn, khí hàn
Khi hàn hồ quang, quá trình này tạo ra khói và khí hàn, mà nếu hít phải có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe con người Do đó, việc chú ý đến an toàn lao động và bảo vệ sức khỏe trong quá trình hàn là rất cần thiết.
Để phòng chống khói hàn hiệu quả, việc thông gió tại nơi làm việc là rất quan trọng Người thợ hàn nên chọn vị trí ngồi theo hướng gió để tránh khói hàn bay vào mặt Ngoài ra, việc sử dụng kính bảo hộ và khẩu trang cũng giúp bảo vệ sức khỏe của người lao động.
- Khi hàn giữ cho đầu người thợ ở ngoài vùng khói hàn Không nên hít ngửi khói hàn
- Khu vực làm việc cần được thông gió dùng các thiết bị hút, lọc khí để loại bỏ khói và khí hàn
- Nếu thông gió không tốt, cần phải sử dụng bình thở theo qui định
Để đảm bảo an toàn khi sử dụng các vật liệu kim loại, cần đọc kỹ các văn bản hướng dẫn và quy định liên quan Việc nắm vững cách sử dụng, bảo quản và vệ sinh các vật tư là rất quan trọng để tránh những rủi ro không đáng có Hãy tuân thủ các hướng dẫn an toàn để bảo vệ sức khỏe và môi trường làm việc.
Không nên hàn hoặc cắt ở những khu vực có dầu mỡ hoặc sơn, vì nhiệt độ và tia lửa từ hồ quang có thể tạo ra hơi độc và khí gây kích ứng da.
- Khi làm việc ở những nơi kín, chật hẹp cần được thông gió tốt hoặc phải sử dụng bình thở
1.2.5 Các chú ý trang bị an toàn khi hàn
Tai nạn cho công nhân trong quá trình hàn cắt có thể xảy ra do nhiều nguyên nhân như giật điện, nhiễm độc khói và gas, cháy nổ, bỏng do tiếp xúc với kim loại nóng, tiếp xúc với tia cực tím, tiếng ồn, cùng một số nguyên nhân khác Do đó, việc sử dụng trang bị bảo hộ là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe và an toàn cho người công nhân trong quá trình làm việc.
Hình 1.1 Bảo hộ lao động
Chất liệu bằng da luôn là các lựa chọn tốt nhất để bảo vệ công nhân khỏi các tác nhân gây cháy trong quá trình hàn
Trong quá trình làm việc, nhiều công nhân hàn thường bỏ qua việc sử dụng trang bị bảo hộ, điều này có thể dẫn đến những tai nạn nghiêm trọng Để bảo vệ bản thân và tránh những rủi ro không đáng có, việc hình thành thói quen sử dụng đồ bảo vệ khi tham gia vào quá trình hàn là rất cần thiết.
Câu hỏi và bài tập
Câu 1: Nêu các nội qui thực tập xưởng?
Câu 2: Trình bày các qui tắc an toàn?
Hàn hồ quang tay (SMAW)
Hồ quang hàn
2.1.1 Cấu tạo mối hàn và tổ chức kim loại mối hàn
Mối nối hàn, tương tự như các mối nối bằng đinh tán và bu lông, là loại mối nối liền được thực hiện thông qua quá trình hàn.
Trong hàn nóng chảy, mối nối hàn gồm:
- Vùng tiệm cận mối hàn (2)
- Kim loại cơ bản không bị tác dụng nhiệt trong quá trình hàn(3)
Mối hàn được hình thành từ sự kết tinh của hỗn hợp kim loại điện cực và kim loại cơ bản, trong khi tiệm cận mối hàn là vùng kim loại cơ bản được nung nóng từ 100C cho đến nhiệt độ nóng chảy.
2 Vùng tiệm cận mối hàn
3 Kim loại cơ bản a Sự tạo thành bể hàn
Trong quá trình hàn nóng chảy, mép của kim loại hàn và kim loại phụ sẽ bị nóng chảy, tạo ra một bể kim loại lỏng (bể hàn) chung cho cả hai chi tiết.
Hình 2-2: Bể hàn và chuyển động của kim loại lỏng
Trong quá trình hàn, nguồn nhiệt di chuyển theo kẽ hàn và bể hàn, đồng thời bể hàn cũng chuyển động theo nguồn nhiệt Theo quy ước, bể hàn có thể được chia thành hai phần.
Phần đầu I và phần đuôi II
Trong quá trình nấu chảy kim loại, cả kim loại cơ bản và kim loại phụ (cực hàn) đều được xử lý Nguồn nhiệt như hồ quang hoặc ngọn lửa khí tạo ra sự chuyển dời, khiến tất cả kim loại cơ bản ở phía trước bị nấu chảy.
Trong quá trình kết tinh hình thành mối hàn, kim loại lỏng trong bể hạn luôn ở trạng thái chuyển động và xáo trộn liên tục Sự chuyển động này được tạo ra do áp suất của dòng khí tác động lên bề mặt kim loại lỏng trong khu vực chịu ảnh hưởng của nguồn nhiệt.
Dưới tác động của khí, kim loại lỏng bị đẩy ngược lại hướng di chuyển của nó, tạo ra những chỗ lõm trong bể hàn.
Hình dạng bể hàn và mối hàn có ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của mối hàn, đặc biệt là khả năng chống rạn nứt Nhiều yếu tố như công suất nguồn nhiệt, chế độ hàn, loại và chiều dòng điện, cùng với tính chất lý nhiệt của kim loại hàn đều góp phần quyết định đến đặc tính này.
Hệ số b/ Lk: là hình dạng bể hàn Lb: chiều dài bể hàn h: chiều sâu bể hàn b: chiều rộng bể hàn
Lk: chiều dài phần kim loại kêt
Hình 2-3: Kích thước mối hàn
- Chiều dài của bể hàn không phụ thuộc vào tốc độ hàn, mà chỉ phụ thuộc vào công suất của nguồn nhiệt
Hệ số hình dạng bể hàn b/Lk chịu ảnh hưởng lớn từ tốc độ hàn; tốc độ hàn cao làm giảm hệ số hình dạng k, trong khi tốc độ hàn thấp làm tăng hệ số này Hệ số hình dạng bể hàn có tác động trực tiếp đến quá trình kết tinh, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn Khi hệ số hình dạng bể hàn lớn (bể hàn rộng), điều kiện kết tinh tốt hơn, dẫn đến mối hàn có chất lượng cao Ngược lại, khi hệ số hình dạng bể hàn nhỏ (bể hàn hẹp), có nguy cơ xuất hiện rạn nứt ở trục mối hàn Sự chuyển dịch kim loại lỏng từ que hàn vào bể hàn cũng là yếu tố quan trọng trong quá trình này.
Nghiên cứu sự chuyển dịch kim loại trong quá trình hàn hồ quang đóng vai trò quan trọng, không chỉ trong việc hình thành mối hàn mà còn ảnh hưởng đến quá trình luyện kim trong vùng hàn Điều này trước tiên tác động đến thành phần và chất lượng của mối hàn.
Khi hàn hồ quang, kim loại từ que hàn được chuyển vào bể hàn dưới dạng những giọt nhỏ với kích thước khác nhau, bất kể phương pháp hay vị trí hàn Quá trình này diễn ra do nhiều yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến sự chuyển giao kim loại.
* Trọng lượng của các giọt kim loại lỏng
Trong quá trình hàn, những giọt kim loại hình thành ở đầu que hàn và di chuyển theo phương thẳng đứng từ trên xuống dưới Lực này chỉ có khả năng chuyển dịch giọt kim loại vào bể hàn khi thực hiện hàn băng (sấp), trong khi đó có tác dụng ngược lại khi hàn trần (ngửa) Đối với hàn đứng, chỉ một phần kim loại sẽ di chuyển từ trên xuống dưới.
Sức căng bề mặt được hình thành bởi lực phân tử, tạo ra năng lượng tối thiểu cho bề mặt Điều này dẫn đến việc kim loại lỏng hình thành giọt cầu, chỉ biến mất khi rơi vào bể hàn và bị sức căng bề mặt của vũng hàn kéo vào Sức căng bề mặt đóng vai trò quan trọng trong việc giữ kim loại lỏng không rơi ra ngoài trong quá trình hàn trần, từ đó hỗ trợ hình thành mối hàn chắc chắn.
Khi dòng điện đi qua que hàn, nó tạo ra một điện trường xung quanh que hàn, làm giảm mặt cắt ngang của que đến mức gần như không còn Lực cắt này ảnh hưởng đến kim loại lỏng ở đầu que hàn, biến chúng thành những giọt nhỏ Sự kết hợp giữa sức căng bề mặt và cường độ điện trường dẫn đến việc ranh giới nóng chảy của que hàn bị thắt lại.
Khi mặt cắt ngang giảm, mật độ dòng điện tăng, dẫn đến việc nhiệt sinh ra cao và kim loại lỏng đạt đến trạng thái sôi, tạo ra áp lực đẩy hạt kim loại chảy vào bể hàn ở tất cả các vị trí hàn Mặc dù cường độ điện trường trên bề mặt bể hàn không lớn do mật độ dòng điện nhỏ, nhưng mật độ dòng điện giảm dần từ que hàn đến vật hàn, vì vậy không bao giờ xảy ra hiện tượng kim loại lỏng chuyển từ vật hàn vào que hàn.
Thiết bị và vật liệu hàn
2 2.1 Yêu cầu đối với máy hàn
Hồ quang và điện thường sử dụng có sự khác biệt rõ rệt Cụ thể, trong khi điện trở của đèn điện thường ổn định, thì sự biến đổi của hồ quang lại rất phức tạp.
Khi mồi hồ quang, đầu tiên cần cho que hàn tiếp xúc với vật hàn để tạo ra hiện tượng chập mạch Sau đó, nhấc que hàn lên để khởi động hồ quang Trong quá trình này, điện trở chập mạch là bằng không, nhưng khi hồ quang bắt đầu cháy, điện trở sẽ có một trị số nhất định.
Trong quá trình đốt cháy hồ quang, chiều dài hồ quang thay đổi do thao tác bằng tay, ảnh hưởng đến điện trở; hồ quang dài có điện trở lớn, trong khi hồ quang ngắn có điện trở nhỏ Để duy trì hồ quang ổn định, cần một điện thế cao cho hồ quang dài và điện thế thấp cho hồ quang ngắn Thêm vào đó, que hàn nóng chảy tạo ra hơn 20 giọt mỗi giây; khi giọt lớn rơi, có thể gây chập mạch và làm tắt hồ quang, yêu cầu một điện thế cao để khởi động lại.
Để duy trì ổn định quá trình đốt cháy hồ quang trong hàn điện, việc sử dụng máy phát điện hay máy biến thế thông thường là không đủ, vì chúng không thể cung cấp điện ổn định và có thể gây hư hỏng cho thiết bị Do đó, máy hàn điện cần đáp ứng một số yêu cầu nhất định để đảm bảo hiệu suất và an toàn trong quá trình hàn.
- Điện thế không tải của máy phải hơi cao hơn điện thế khi hàn, đồng thời không gây nguy hiểm cho người sử dụng (U0 < 80 V)
- Đối với nguồn điện xoay chiều: U0U80 (V) Uh= 2545(V)
- Đối với nguồn một chiều: U0055(V) Uh35(V)
Khi hàn, hiện tượng ngắn mạch thường xảy ra, dẫn đến cường độ dòng điện tăng cao Dòng điện lớn không chỉ làm nóng chảy que hàn một cách nhanh chóng mà còn ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn.
29 có thể phá hỏng máy do đó trong qúa trình hàn, không cho phép dòng điện ngắn mạch Iđ quá lớn thường chỉ cho phép Iđ=(1,3 1,4)Ih
Chiều dài hồ quang ảnh hưởng trực tiếp đến điện thế công tác của máy hàn Cụ thể, khi chiều dài hồ quang tăng, điện thế công tác cũng tăng theo, và ngược lại, khi chiều dài hồ quang giảm, điện thế công tác sẽ giảm.
Đường đặc tính ngoài của máy hàn thể hiện mối quan hệ giữa điện thế và dòng điện, và cần có đường cong dốc liên tục để phù hợp với yêu cầu hàn hồ quang tay.
Hình 2-18: Đường đặc tính ngoài của máy
Hình 2-19: Đường đặc tính của hồ quang và đường đặc tính ngoài của máy
Khi dòng điện trong mạch tăng, điện thế của máy giảm và ngược lại Đường đặc tính ngoài càng dốc thì càng đáp ứng tốt hơn các yêu cầu, vì sự thay đổi chiều dài hồ quang sẽ làm thay đổi dòng điện hàn Phân tích sự phối hợp giữa đường đặc tính tĩnh của hồ quang và đường đặc tính ngoài của máy hàn cho thấy chúng cắt nhau tại hai điểm A và B Điểm B là điểm gây hồ quang với điện thế lớn, nhưng cường độ dòng điện nhỏ không thể duy trì sự cháy ổn định, trong khi điểm A là điểm cháy ổn định.
- Máy hàn phải điều chỉnh được cường độ dòng điện để thích ứng với những yêu cầu hàn khác nhau
2.2.2 Máy hàn điện xoay chiều
2.2.2.1 Nguyên lý chung a Khái niệm cơ bản
Thiết bị truyền tải năng lượng dòng điện xoay chiều giữa các mức áp khác nhau không phải là thiết bị biến đổi năng lượng Đối với hệ thống điện ba pha, cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn có công suất đặc trưng cho hiệu suất truyền tải.
Nếu P = const U tăng lên 2 lần thì I giảm đi 2 lần dẫn đến tổn hao nhiệt giảm đi 4 lần b Cấu tạo nguyên lý làm việc của máy biến thế
Hình2-20: Cấu tạo biến áp hàn
Gồm hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Cuộn sơ cấp có số vòng dây là W1 Cuộn thứ cấp có số vòng dây là W2
Nếu cho cường độ dòng điện xoay chiều vào cuộn sơ cấp Từ trường H 1
W1: số vòng dây cuộn sơ cấp l1 : độ dài toàn bộ dây sơ cấp
I: cường độ donmgf điện qua cuộn dây sơ cấp
Giá trị cảm ứng điện từ B = .H (: độ từ thẩm)
Từ thông sinh ra trong lõi thép: = B.S (S: tiết diện của lõi thép)
Cường độ dòng điện (I) biến thiên dẫn đến biến thiên
Giả sử = const, I = Io.sin(w.t) cũng biến đổi tức thời là t max.sin(w.t)
max : từ thông cục đại; w = 2..f
Từ thông biến đổi sinh ra suất điện động E1 max= max w.W1.sin(w.t), với sin(w.t) = 1 thì ta có E1 max= max w.W1 = E1 max= max W1 2..f
Cuộn thứ cấp E2 max= max w.W2 = E2 max= max W2 2..f
Tỉ số đó được ký hiệu là: (vêta)
Bởi vì năng lượng mất đi một cách vô ích khoảng 2- 3% trong ký thuật người ta tính công suất U1.I1 U2.I2
Tỷ số giữa dòng điện trong cuộn dây thứ cấp và cuộn dây vô cấp tương đương với tỷ số giữa số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp Cường độ dòng điện tỷ lệ thuận với số vòng dây.
2.2.2.2 Máy hàn xoay chiều có lõi từ di động a Cấu tạo
Hình 2-21: Cấu tạo máy hàn xoay chiều có lõi từ di động
Khi cuộn dây sơ cấp W1 không tải, dòng điện sinh ra từ từ thông o sẽ phân nhánh thành hai nhánh qua cuộn dây A và B Từ thông 2 sẽ tạo ra điện áp.
Điện áp U2 phụ thuộc vào khe hở (a) của từ trường từ A và B Khi khe hở (a) lớn, từ thông Φ1 qua A giảm, trong khi từ thông qua B tăng, dẫn đến sự tăng lên của điện áp U2 Ngược lại, nếu khe hở (a) nhỏ, điện áp U2 sẽ giảm.
1 (K: hệ số liên quan từ)
Hình 2-22: Sơ đồ nguyên lý của máy hàn xoay chiều kiểu 1HX - 230
Khi có tải, cường độ dòng điện I qua cuộn dây thứ cấp tạo ra từ thông và suất điện động E2 = -4,44f.W.Φ2 Việc thay đổi khe hở (a) dẫn đến sự thay đổi từ thông qua sun từ A, làm tăng cường độ dòng điện I2 và từ thông Φ2, gây ra sự giảm rõ rệt của điện áp ở cuộn dây thứ cấp Công thức điện áp hàn Uhq = U2 - E2 cho thấy E2 phụ thuộc vào sun từ A, từ đó ta có U2 = Uhq - E2.
Khi gắn mạch, dòng điện tăng mạnh dẫn đến E2 tăng và điện áp hàn giảm xuống bằng không (Uhq = 0), lúc này U2 = |E2| Máy hàn này có từ thông tản cao, với lõi từ di động cho phép điều chỉnh dòng điện hàn một cách vô cấp và chính xác Bằng cách thay đổi khe hở (a) giữa hai sun từ A và B, nếu khe hở lớn, từ thông 1 qua sun từ A sẽ nhỏ, dẫn đến từ thông 2 qua B tăng, làm điện áp U2 tăng và cường độ dòng điện hàn giảm, và ngược lại.
Để mở rộng và điều chỉnh dòng điện hàn, cuộn thứ cấp được chia thành nhiều phần riêng biệt Phương pháp này kết hợp giữa điều chỉnh phân cấp và điều chỉnh vô cấp, với việc đưa điện vào hai đầu A – X và lấy điện ra từ hai đầu a – x.
Kỹ thuật hàn
2.3.1 Vị trí các loại mối hàn và chuẩn bị liên kết hàn
Hàn hồ quang bằng tay là phương pháp hàn mà tất cả các thao tác như gây hồ quang, điều chỉnh que hàn để duy trì hồ quang và đảm bảo chiều sâu, chiều rộng của mối hàn đều do người thợ thực hiện Kỹ thuật này yêu cầu sự khéo léo và kinh nghiệm của người hàn để hoàn thành mối hàn theo chiều dài một cách chính xác.
Sơ đồ hàn hồ quang tay với que hàn có lớp thuốc bọc được giới thiệu trên hình vẽ
Dòng điện từ nguồn hàn dẫn đến lõi que hàn và vật hàn để tạo ra và duy trì hồ quang Nhiệt độ của hồ quang làm nóng chảy lõi que hàn, thuốc bọc và một phần kim loại cơ bản Kim loại nóng chảy từ lõi que hàn được chuyển liên tục vào vùng hàn dưới dạng giọt.
Vùng hàn (4) được trộn với kim loại cơ bản nóng chảy, và dưới tác dụng của nhiệt hồ quang, thuốc bọc (5) sẽ phân li ra, tạo thành môi trường khí (6) bảo vệ vùng hàn khỏi tác động của không khí Quá trình này không chỉ ngăn chặn sự hình thành oxit mà còn tạo ra xỉ nóng chảy nổi lên trên bề mặt Xỉ lỏng này không chỉ bảo vệ vùng hàn mà còn tham gia vào quá trình luyện kim, và khi nguội đi, nó sẽ kết tinh để hình thành một lớp xỉ rắn (7) phía trên mối hàn.
1 Lõi thép que hàn 2.Vật hàn
Hình 2-27: Sơ đồ hàn hồ quang tay
Chiều sâu nóng chảy của kim loại cơ bản (h) chịu ảnh hưởng bởi chế độ hàn, bao gồm cường độ dòng điện, vị trí không gian mối hàn, tốc độ hàn và liên kết hàn Kích thước vũng hàn thường dao động từ 7mm đến 15mm, với phần kim loại cơ bản tham gia vào sự hình thành mối hàn chiếm từ 15% đến 35%.
Do tất cả các thao tác trong quá trình hàn đều do người thợ thực hiện, nên hàn hồ quang bằng tay có một số đặc điểm sau:
- Có thể hàn được các mối hàn ở mọi vị trí trong không gian
- Năng suất lao động thấp do hạn chế bởi cường độ dòng điện hàn
- Hình dạng và kích thước của mối hàn không đều vì tốc độ hàn không ổn định luôn luôn thay đổi
- Thành phần hoá học không đều ảnh hưởng tính chất của mối hàn do phần kim loại cơ bản than gia không đều vào sự hình thành mối hàn
- Chiều rộng của vùng ảnh hưởng nhiệt tương đối lớn vì nguồn nhiệt có nhiệt độ cao và tốc độ hàn lại nhỏ
- Điều kiện làm việc của người thợ hàn không tốt vì ảnh hưởng của ánh sáng, nhiệt độ của hồ quang hàn và khói hàn
Mặc dù hàn điện hồ quang bằng tay có nhiều nhược điểm, nhưng nó vẫn là phương pháp hàn chủ yếu trong các kỹ thuật hàn điện nóng chảy hiện nay.
2.3.1.2 Vị trí các loại mối hàn và sự chuẩn bị các liên kết hàn a Vị trí các mối hàn trong không gian
Hình 2-28: Sơ đồ vị trí mối hàn trong không gian
Theo vị trí của mối hàn trong không gian, người ta chia ra (xem hình 2-28)
- Hàn bằng: Hàn những mối hàn phân bố trên các mặt phẳng nằm trong góc
- Hàn đứng: Hàn những mối hàn phân bố trên các mặt phẳng nằm trong góc
- Hàn ngang: Mối hàn ở góc 60 0 120 0 có phương song song với mặt phẳng nằm ngang
- Hàn trần: Hàn những mối hàn phân bố trên các mặt phẳng nằm trong góc
Trong các vị trí hàn, hàn bằng được coi là vị trí thuận lợi nhất vì mối hàn dễ dàng hình thành, trong khi hàn trần lại là vị trí khó khăn nhất, khiến cho việc tạo ra mối hàn trở nên thách thức Bên cạnh đó, việc hiểu rõ các loại mối hàn và chuẩn bị mép hàn đúng cách là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng mối hàn.
Khi thiết kế và chế tạo các kết cấu hàn người ta thường dùng các loại liên kết hàn cơ bản sau đây:
Liên kết hàn giáp mối thường được sử dụng trong các ứng dụng hàn do tính đơn giản và dễ chế tạo của nó Tùy thuộc vào chiều dày của chi tiết hàn, có thể áp dụng các phương pháp gấp mép cho chiều dày ≤ 3mm hoặc không vát mép và có vát mép cho chiều dày ≥ 4mm Phương pháp này không chỉ tiết kiệm kim loại mà còn mang lại hiệu quả cao trong quá trình thi công.
Liên kết hàn chồng thường được sử dụng trong sửa chữa kết cấu cũ, tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật về độ bền, có thể không cần tấm đệm hoặc sử dụng tấm đệm ở một hoặc hai phía Do loại liên kết này có độ bền thấp và tiêu tốn nhiều kim loại, nên nó ít được áp dụng trong thiết kế các kết cấu mới.
Liên kết hàn góc là phương pháp phổ biến trong thiết kế kết cấu mới, cho phép linh hoạt trong việc xử lý mép hàn tùy thuộc vào độ dày của chi tiết hàn, có thể lựa chọn giữa việc vát mép hoặc không vát mép.
Liên kết chữ T được ưa chuộng trong các kết cấu chịu tải trọng tĩnh nhờ vào độ bền cao Tùy thuộc vào độ dày của chi tiết, có thể thực hiện vát cạnh hoặc không vát cạnh thành đứng Bên cạnh các liên kết hàn cơ bản, trong thực tế, khi hàn các chi tiết mỏng, người ta còn sử dụng liên kết tán đinh, hay còn gọi là liên kết hàn kiểu chốt.
Hình 2-29 : Sự chuẩn bị và kích thước mối hàn giáp mối không vát mép
- Sự chuẩn bị kích thước mối hàn giáp mối vát cạnh chữ V
- Sự chuẩn bị kích thước mối hàn giáp mối vát cạnh chữ X
- Sự chuẩn bị kích thước mối hàn gấp mép
Hình 2-30: Sự chuẩn bị và kích thước mối hàn chồng
Hình 2-31: Sự chuẩn bị và kích thước mối hàn góc không vát cạnh
L, K, K1 do thiết kế xác định
- Sự chuẩn bị và kích thước mối hàn góc không vát cạnh
Hình 2-32: Sự chuẩn bị và kích thước mối hàn góc chữ T không vát cạnh
- Sự chuẩn bị và kích thước mối hàn góc chữ T vát một cạnh
- Sự chuẩn bị và kích thước mối hàn góc chữ T vát hai cạnh
2.3.1.3 Các phương pháp chuyển động đầu que hàn
Trong quá trình hàn, que hàn thường thực hiện ba chuyển động cơ bản để tạo ra và hoàn thiện mối hàn chất lượng cao.
Chuyển động dọc trục que hàn là cần thiết để điều chỉnh chiều dài và duy trì hồ quang Tốc độ của chuyển động này phải tương đương với tốc độ chảy của que hàn.
- Chuyển động dọc theo trục mối hàn
(2): Để hàn hết chiều dài mối hàn, chuyển động này có ảnh hưởng khá lớn đến chất lượng mối hàn (xem mục ảnh hưởng của tốc độ hàn)
Hình 2-33: Sơ đồ biểu diễn các chuyển động của que hàn
Để đảm bảo chiều rộng của mối hàn giáp mối khi thực hiện chuyển động dao động ngang, cần lưu ý rằng nếu que hàn chỉ di chuyển dọc theo trục của mối hàn, chiều rộng mối hàn sẽ chỉ đạt giá trị từ 0,8 đến 1,5 lần đường kính que hàn, cụ thể là b = (0,8 ÷ 1,5)d.
Chiều rộng mối hàn chỉ phù hợp cho các liên kết không vát mép hoặc lớp thứ nhất trong mối hàn nhiều lớp Đối với mối hàn có vát mép và lớp thứ hai trong mối hàn nhiều lớp, chiều rộng thường được yêu cầu là b = (35)d.
Để đảm bảo chiều rộng mối hàn (b) và đường kính que hàn (d) trong quá trình hàn, cần thực hiện dao động ngang Phương pháp đưa que hàn theo hình đường thẳng yêu cầu duy trì chiều dài hồ quang không đổi và di chuyển về phía trước trong quá trình hàn mà không có dao động ngang.
Hình vẽ 2-34: Phương pháp đưa que hàn hình đường thẳng
Khuyết tật mối hàn và phương pháp kiểm tra
2.4.1 Những khuyết tật và biện pháp khắc phục
Khuyết tật mối hàn là những sai lệch về hình dạng, kích thước và tổ chức kim loại của kết cấu hàn so với tiêu chuẩn thiết kế và yêu cầu kỹ thuật Những khuyết tật này làm giảm độ bền và khả năng làm việc của kết cấu, ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ chịu lực của mối hàn.
Khuyết tật mối hàn gồm: Nứt, lẫn xỉ, không ngấu, cháy cạnh, lỗ hơi, đóng cục và kích thước mối hàn không phù hợp với yêu cầu
Do đó người thợ hàn phải chọn qui phạm hàn chính xác và nghiêm chỉnh chấp hành quy trình công nghệ
Khuyết tật nứt trong mối hàn là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất, có thể dẫn đến hư hỏng kết cấu trong quá trình sử dụng Khi mối hàn bị nứt, vết nứt sẽ mở rộng, ảnh hưởng tiêu cực đến độ bền của kết cấu Nứt có thể được phân loại thành hai loại dựa trên vị trí: nứt trong và nứt ngoài, thường xuất hiện ở khu vực chịu ảnh hưởng nhiệt của đầu nối.
1 Nứt ngoài; 2.nứt trong; 3 Nứt ở khu vực chịu ảnh hưởng nhiệt a Nguyên nhân
- Hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho trong kim loại vật hàn hoặc trong que hàn quá nhiều
- Dòng điện hàn quá lớn, rãnh hồ quang của đầu mối hàn không đắp đầy, sau khi nguội co ngót trong rãnh hồ quang xuất hiện đường nứt
- Độ cứng của vật hàn lớn, cộng thêm ứng suất trong sinh ra khi hàn lớn, kết quả làm nứt mối hàn b Biện pháp khắc phục
- Chọn vật liệu thép có hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho thấp, đồng thời chọn que hàn có tính chống nứt 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 chu ý đắp đáy rãnh hồ quang
Khi kim loại nóng chảy, có nhiều thể hơi hòa trong đó, nhưng chúng không thoát ra trước khi vùng nóng chảy nguội, dẫn đến việc hình thành các lỗ hơi.
Lỗ hơi có thể sinh ra ở bên trong hoặc bề mặt mối hàn có thể là một hoặc rất nhiều lỗ tập trung tại một chỗ (Hình 2-55)
1 Lỗ hơi tập trung; 2 Lỗ hơi trên bề mặt; 3 Lỗ hơi đơn a Nguyên nhân
- Hàm lượng các bon trong kim loại vật hàn hoặc trong lõi thép que hàn quá cao, năng lực đẩy ôxy của que hàn quá kém
- Dùng que hàn bị ẩm, trên mặt đầu nối có nước, dầu bẩn, gỉ sắt
- Dùng hồ quang dài để hàn và tốc độ hàn quá nhanh
Sự hiện diện của lỗ hơi trong mối hàn làm giảm bề mặt tiếp xúc, dẫn đến giảm cường độ và tính chặt chẽ của mối hàn Để khắc phục tình trạng này, cần áp dụng các biện pháp kỹ thuật nhằm cải thiện chất lượng mối hàn, đảm bảo tính bền vững và độ kín của nó.
- Dùng que hàn có hàm lượng các bon thấp và khả năng đẩy ôxy khoẻ
- Trước khi hàn, que hàn phải xấy khô và bề mặt hàn phải lau khô sạch sẽ
- Khoảng cách hồ quang ngắn, không vượt quá 4mm
- Sau khi hàn không vội gõ xỉ hàn ngay, phải kéo dài thời gian giữ nhiệt cho kim loại mối hàn
Là tạp chất kẹp trong mối hàn, tạp chất này có thể tồn tại trong mối hàn, cũng như có thể nằm trên mối hàn (Hình 2-56)
Hình 2-56: Lẫn xỉ hàn a Nguyên nhân
- Dòng điện hàn quá nhỏ, không đủ nhiệt lượng cung cấp cho kim loại nóng chảy và xỉ chảy đi, làm cho tính lưu động giảm bớt
- Mép hàn của đầu nối có vết bẩn hoặc khi hàn đính hay khi hàn nhiều lớp chưa làm sạch triệt để chỗ hàn
Khi hàn, nếu góc độ và chuyển động của que hàn không phù hợp với tình hình nóng chảy, kim loại sẽ dễ dàng bị chảy ra và lẫn với xỉ hàn.
- Làm nguội mối hàn quá nhanh, xỉ chưa thoát ra được đầy đủ
Lẫn xỉ hàn có thể ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng của mối hàn, dẫn đến hiện tượng lỗ hơi và giảm cường độ cũng như tính chặt chẽ của mối hàn Để khắc phục tình trạng này, cần thực hiện các biện pháp làm sạch bề mặt hàn và kiểm tra kỹ lưỡng quá trình hàn để đảm bảo mối hàn đạt tiêu chuẩn chất lượng cao nhất.
Để đạt hiệu quả hàn tốt nhất, cần tăng dòng điện hàn cho phù hợp Khi cần thiết, hãy rút ngắn hồ quang và tăng thời gian dừng lại của hồ quang, giúp kim loại nóng chảy và xỉ hàn có thể hấp thụ đủ nhiệt.
- Triệt để chấp hành công tác làm sạch chỗ hàn
Để đảm bảo chất lượng hàn, cần nắm vững tình hình nóng chảy và điều chỉnh góc độ que hàn cũng như phương pháp đưa que hàn một cách kịp thời Việc này giúp tránh tình trạng xỉ hàn chảy lẫn vào kim loại nóng chảy hoặc dồn về một phía trong vùng nóng chảy.
Là khuyết tật nghiên trọng nhất trong mối hàn (Hình 2-57)
Hàn không ngấu có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho kết cấu, bao gồm lỗ hơi và lẫn xỉ, nhưng nguy hiểm hơn là dẫn đến nứt và hư hỏng cấu trúc Thực tế cho thấy, phần lớn các sự cố hư hỏng kết cấu đều xuất phát từ hàn không ngấu, thường xảy ra ở gốc mối hàn hoặc mép đầu nối.
- Khe hở đầu nối và góc vát quá nhỏ, mép hàn lớn không phù hợp với yêu cầu lắp ráp
- Dòng điện hàn quá nhỏ hoặc tốc độ hàn quá nhanh
- Góc độ que hàn và cách dao động que hàn không chính xác
- Hồ quang quá dài b Biện pháp khắc phục
Để tránh hiện tượng không mong muốn trong quá trình hàn, cần xác định và khắc phục các nguyên nhân gây ra Nếu cần thiết, hãy tăng thêm khe hở đầu nối và đặt tấm đệm xuống phía dưới của mối hàn.
2 4 1.5 Khuyết cạnh Ở chỗ giao nhau giữa kim loại vật hàn với mối hàn có hình rãnh dọc, rãnh đó gọi là khuyết cạnh.(Hình 2-58)
Hình 2-58: Khuyết cạnh a Nguyên nhân
- Dòng điện hàn lớn, hồ quang dài
- Góc độ que hàn và cách đưa que hàn không chính xác
Khuyết cạnh là một thiếu sót nghiêm trọng trong mối hàn, dẫn đến việc giảm bề dày của vật hàn và có thể gây ra nứt khi kết cấu chịu tải trọng động Để khắc phục tình trạng này, cần áp dụng các biện pháp sửa chữa phù hợp nhằm đảm bảo độ bền và an toàn cho mối hàn.
Chọn cường độ dòng điện hàn chính xác, nắm vững cách dao động que hàn và chiều dài hồ quang khi hàn
Trên mép hàn có những kim loại thừa ra nhưng không trộn với kim loại vật hàn gọi là đóng cục (Hình 2-59)
Hiện tượng này thường gặp khi hàn ngang và hàn ngửa a Nguyên nhân
- Que hàn nóng chảy quá nhanh
- Hồ quang dài, cách dao động que hàn không chính xác tốc độ hàn chậm b Biện pháp khắc phục
Khi hàn dòng một chiều, việc chọn vị trí và chế độ hàn chính xác là rất quan trọng Bạn cần chú ý đến cách đấu cực tính của máy hàn, đồng thời điều chỉnh tốc độ hàn và cách đưa que hàn một cách phù hợp để đạt được hiệu quả tối ưu.
2.4.2 Phương pháp kiểm tra mối hàn
Kiểm tra chất lượng mối hàn là rất cần thiết để đánh giá xem mối hàn có đáp ứng được cường độ chịu lực của kết cấu và các yêu cầu sử dụng hay không.
Phương pháp kiểm tra mối hàn chia làm hai loại:
- Kiểm tra phá hỏng
- Kiểm tra không phá hỏng
Kiểm tra cơ tính chống kéo, uốn nguội và dập nén
Nó có thể xác định được cường độ chịu lực của đầu nối mối hàn tính dẻo và tính dai cao hay thấp
Việc kiểm tra phá hỏng đối với toàn bộ mối hàn mà nói tính cục bộ vẫn còn lớn cho nên ứng dụng không rộng rãi
2.4.2.2 Kiểm tra không phá hỏng
- Kiểm tra mặt ngoài mối hàn bằng mắt hoặc kính phóng đại lớn hơn hoặc bằng 4 lần
- Kiểm tra bằng dầu hoả
- Thí nghiệm bằng áp lực nước
- Thi nghiệm bằng áp lực hơi
Kiểm tra bằng tia γ là một phương pháp quan trọng để đánh giá chất lượng mối hàn Đầu tiên, cần kiểm tra bề mặt ngoài của mối hàn bằng mắt hoặc kính phóng đại có độ phóng đại lớn hơn 4 lần Việc này giúp phát hiện các khuyết tật như vết nứt, lỗ hơi, tạp chất, và tình trạng hàn chưa ngấu Đồng thời, cũng cần xác định xem kích thước mồi hàn có phù hợp với quy định hay không, từ đó đánh giá tổng thể chất lượng của mối hàn.
Phương pháp này chỉ có khả năng phát hiện những thiếu sót bên ngoài của mối hàn, trong khi các khuyết tật bên trong thường khó nhận diện Do đó, khi nghiệm thu kết cấu hàn, cần áp dụng thêm các phương pháp khác để đảm bảo đánh giá chính xác chất lượng cuối cùng Một trong những phương pháp bổ sung hiệu quả là kiểm tra bằng dầu hoả.
