Nhà thép ti�n chế

 4.2.1. Phân loại phÆ°Æ¡ng pháp hàn

Trong kết cấu thép dùng phương pháp hàn chính là hàn hồ quang điện gồm: hàn hồ quang điện bằng tay, hàn hồ quang điện tự động và nửa tự động. Ngoài ra còn dùng hàn hơi khi khối lượng hàn nh�.

1. Hàn hồ quang điện bằng tay

Hình 4.2. Hàn hồ quang điện bằng tay

1- Thép cơ bản; 2 – vũng hàn; 3 - ; 4 –hồ quang ; 5- ngấu hàn; 6- kim loại nóng chảy; 7 –xỉ đặc ; 8- xỉ l�ng; 9- V� b�c thuốc hàn; 10- lõi que hàn; 11- tay cầm; 12-; 13- nguồn điện; 14 – khí bảo vệ

a. Nguyên lý

Dưới tác dụng của dòng điện, xuất hiện hồ quang điện giữa hai cực là kim loại cần hàn (thép cơ bản) và que hàn. Hai kim loại l�ng hòa lẫn với nhau, nguội lại tạo thành đư�ng hàn.
Vậy bản chất của đư�ng hàn là sự liên kết giữa các phân tử của các kim loại bị nóng chảy. �ư�ng hàn có thể chịu lực tương đương như thép cơ bản.

b. Que hàn

Que hàn là loại điện cực để hàn hồ quang tay (hàn thép, hàn gang, hàn nhôm...). Trong quá trình hàn que hàn làm nhiệm vụ gây hồ quang và bổ sung kim loại cho mối hàn.
Cấu tạo que hàn hồ quang tay có v� b�c gồm 2 phần chính như hình vẽ:

- Lõi que hàn: Phần lõi que là những đoạn dây kim loại có các kích thước cơ bản sau đây:

+ Chi�u dài que hàn L = 250-500 mm;

+ �ư�ng kính lõi que d = 2,0- 6,0 mm và cỡ của que hàn được g�i theo đư�ng kính của lõi que;

+ Một đầu để trần không b�c thuốc dùng để kẹp kìm hàn dài từ 15-30 mm, đầu còn lại được vê sạch thuốc b�c với góc vát α = 35o-45o và độ hở 1-1,5 mm để dễ gây hồ quang hàn;

- Phần v� b�c: Thuốc b�c là hỗn hợp các hóa chất, khoáng chất, fero hợp kim và chất dính kết. Lớp thuốc b�c dày 11,5mm có các tác dụng sau:

+ Khi cháy tạo nên lớp xỉ cách ly không khí xung quanh với kim loại l�ng, ngăn cản oxy và nitơ l�t vào kim loại làm đư�ng hàn trở nên giòn;

+ Tăng cư�ng sự ion hóa không khí xung quanh làm hồ quang được ổn định;

+ Trong thuốc hàn còn có bột của một số hợp kim làm tăng độ b�n của đư�ng hàn.

Que hàn được phân loại theo cư�ng độ tức th�i của kim loại cư�ng hàn (ví dụ que hàn N50 có fu>50kN/cm2). Que hàn phải ch�n phù hợp với các mác thép khác nhau sao cho độ b�n kéo tức th�i của kim loại que hàn lớn hơn của thép cơ bản. �ồng th�i các tính chất cơ lý của kim loại que hàn và kim loại thép cơ bản là tương tự nhau để giảm bớt khối lượng thép nóng chảy (giảm bớt ứng suất hàn và biến hình hàn). �ối với các mác thép cacbon và thép hợp kim thấp loại que hàn lấy theo [19], tham khảo ở bảng 4.1, hoặc theo [31].

2. Hàn hồ quang điện tự động và nửa tự động dưới lớp thuốc hàn

Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ còn g�i là hàn hồ quang chìm, tiếng Anh viết tắt là SAW (Submerged Arc Welding) là quá trình hàn nóng chảy mà hồ quang cháy giữa dây hàn (điện cực hàn) và vật hàn dưới một lớp thuốc bảo vệ.

Hình 4.4. Sơ đồ hàn tự động dưới lớp thuốc

а – Sơ đồ; b – Quá trình hàn trong vùng hồ quang;1 – phễu chứa thuốc hàn; 2 – thuốc hàn; 3 – dây hàn; 4 – con lăn áp lực dẫn hướng; 5 – hồ quang; 6 – giá đỡ; 7– cấu kiện hàn; 8 – xỉ l�ng; 9 – xỉ đặc; 10 – vũng hàn; 11 – khoang khí bảo vệ; 12 – mối hàn hoàn thiện

Tương tự hàn hồ quang tay, dưới tác dụng nhiệt của hồ quang, mép hàn, dây hàn và một phần thuốc hàn sát hồ quang bị nóng chảy tạo thành vũng hàn. Dây hàn được đẩy vào vũng hàn bằng một cơ cấu đặc biệt với tốc độ phù hợp với tốc độ cháy của nó. Theo độ chuyển dịch của nguồn nhiệt (hồ quang) mà kim loại vũng hàn sẽ nguội và kết tinh tạo thành mối hàn. Trên mặt vũng hàn và phần mối hàn đông đặc hình thành một lớp xỉ có tác dụng bảo vệ và giữ nhiệt cho mối hàn, sẽ tách kh�i mối hàn sau khi hàn. Phần thuốc hàn chưa bị nóng chảy có thể sử dụng lại.

- �ặc điểm hàn hồ quang dưới lớp thuốc:

+ Nhiệt lượng hồ quang rất tập trung và nhiệt độ rất cao, cho phép hàn với tốc độ lớn. Vì vậy phương pháp hàn này có thể hàn những chi tiết có chi�u dày lớn mà không cần phải vát mép;

+ Chất lượng liên kết hàn cao do bảo vệ tốt kim loại mối hàn kh�i tác dụng của oxi và nitơ trong không khí xung quanh. Kim loại mối hàn đồng nhất v� thành phần hóa h�c. Lớp thuốc và xỉ hàn làm liên kết nguội chậm nên ít bị thiên tích. Mối hàn có hình dạng tốt, đ�u đặn, ít bị các khuyết tật như không ngấu, rỗ khí, nứt và bắn tóe;

+ Giảm tiêu hao vật liệu (dây hàn);

+ Hồ quang được bao b�c kín bởi thuốc hàn nên không làm hại mắt và da của thợ hàn. Lượng khói (khí độc) sinh ra trong quá trình hàn rất ít so với hàn hồ quang tay;

+ Dễ cơ khí hóa và tự động hóa quá trình hàn.

- Phạm vi ứng dụng của hàn hồ quang dưới lớp thuốc:

+ Các kết cấu thép dạng tấm v� kích thước lớn, các dầm thép có khẩu độ và chi�u cao, các ống thép có đư�ng kính lớn, các bồn, bể chứa, bình chịu áp lực v.v...

+ Chủ yếu được ứng dụng để hàn các mối hàn ở vị trí hàn bằng các mối hàn có chi�u dài lớn và có quỹ đạo không phức tạp;

+ Hàn được các chi tiết có chi�u dày từ vài mm cho đến hàng trăm mm.

Ưu Ä‘iểm: 

- Tốc độ hàn nhanh (gấp 5 / 10 1lần hàn tay)

- Rãnh chảy sâu nên chất lượng Ä‘Æ°á»�ng hàn tốt. 

- Kim loại lá»�ng được phủ lá»›p thuốc dày nên nguá»™i dần, tạo Ä‘iá»�u kiện cho bá»�t khí thoát ra làm Ä‘Æ°á»�ng hàn đặc
hÆ¡n. 

- Mặt khác hồ quang cháy chìm dưới lớp thuốc nên không hại sức kh�e thợ hàn.

Nhược điểm:

Chỉ hàn được các đư�ng hàn nằm thẳng hoặc tròn (ở thân bể chứa), không dùng được cho các đư�ng hàn đứng và ngược hoặc các đư�ng hàn ở vị trí chật hẹp, trên cao... Trong các trư�ng hợp đó dùng phương pháp hàn nửa tự động: máy hàn được di chuyển bằng tay. Hiện nay có phương pháp hàn nửa tự động dùng cuộn dây hàn m�m hình ống (đư�ng kính ≤ 3 mm) hoặc dạng dẹt, chi�u dầy lớp v� kim loại 0,20,5mm, bên trong nhồi thuốc hàn được sử dụng rộng rãi vì rất tiện lợi (hình 4.5).

3. Hàn hồ quang điện trong lớp khí bảo vệ

Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trư�ng khí bảo vệ (Gas metal arc welding - GMAW) phân thành 2 loại MAG (Metal active gas welding) và MIG (metal inert gas welding) 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 kh�i tác dụng của oxi và nitơ trong môi trư�ng xung quanh bởi một loại khí hoặc một hỗn hợp khí, các loại khí nà không tác dụng với kim loại l�ng trong khi hàn, nhưng chiếm chỗ và đẩy không khí ra kh�i vùng hàn để hạn chế tác dụng xấu của nó. �ối với MIG là khí trơ Ar, He hoặc hỗn hợp Ar + He, còn MAG là khí hoạt tính CO2; CO2 + O2; CO2 + Ar, ...

4. Hàn hơi

Hàn khí Oxy-fuel welding (hay còn g�i là hàn hơi, hàn oxy axetylen) là phương pháp hàn sử dụng nhiệt của ng�n lửa sinh ra khi đốt cháy các chất khi cháy (C2H2,CH4,C6H6…) hoặc H2 với oxy để nung chảy kim loại.
Thông dụng nhất là hàn bằng khí Ôxy –Axetylen vì nhiệt sinh ra do phản ứng cháy của hai khí này lớn và tập trung, tạo thành ng�n lửa có nhiệt độ cao, vùng cao nhất tới 3200oC làm nóng chảy kim loại cần hàn và thanh kim loại phụ (thay que hàn để lấp đầy rãnh hàn). Khi kim loại l�ng nguội đi tạo thành đư�ng hàn (còn ng�n lửa giữa oxy và các chất khí cháy khác chỉ có nhiệt độ từ 2000-2200oC). Hàn khí được sử dụng rộng rãi vì thiết bị hàn rẻ ti�n, có thể hàn được nhi�u loại kim loại và hợp kim, năng suất thấp, vật hàn bị nung nóng nhi�u nên dễ cong vênh. Ng�n lửa khi hàn cũng có thể dùng để cắt các loại thép m�ng, các kim loại màu và nhi�u vật liệu khác.