Kỹ thuật hàn hồ quang tay

Khái niệm, đặc điểm hàn hồ quang tay.

Khái niệm hàn hồ quang tay.

Hàn hồ quang tay là phương pháp hàn trong đó tất cả các thao tác gây hồ quang, dịch chuyển que hàn để duy trì hồ quang và đảm bảo bề rộng mối hàn cũng như để hàn hết chiều dài mối hàn.vv.. đều do người thợ hàn thực hiện. 

 

Đặc điểm hàn hồ quang tay

Do tất cả các thao tác trong quá trình hàn đều do người thợ hàn thực hiện nên hàn hồ quang tay có các đặc điểm cơ bản sau:

– Có thể hàn được mọi mối hàn ở mọi vị trí trong không gian khác nhau.

– Năng suất hàn thấp do hạn chế bởi cường độ dòng điện hàn.

– Hình dạng và kích thước mối hàn không đều do tốc độ hàn không ổn định.

– Thành phần hóa học và tính chất của mối hàn không đều do phần kim loại tham gia vào sự hình thành mối hàn thay đổi (Các phản ứng hóa học xảy ra khi hàn).

– Chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt tương đối lớn vì nguồn nhiệt có nhiệt độ cao mà tốc độ hàn lại nhỏ.

– Điều kiện làm việc của người thợ hàn không tốt do ảnh hưởng của ánh sáng hồ quang và tốc độ hàn lại nhỏ.

Phân loại mối hàn theo vị trí không gian

1. Theo tiêu chuẩn Nga (Liên Xô)

Vị trí mối hàn trong không gian được phân làm 3 vị trí 

a) Hàn bằng (hàn sấp): Các mối hàn phân bố trên mặt phẳng nằm trong góc từ 0 đến 60 độ. 

b) Hàn đứng: Các mối hàn phân bố trên mặt phẳng nằm trong góc từ 60 đến 120 độ. Nếu mối hàn ở vị trí này có phương song song với mặt phẳng nằm ngang thì gọi là mối hàn ngang.

c) Hàn trần: Các mối hàn phân bố trên mặt phẳng nằm trong góc từ 120 độ đến 180 độ.

Trong tất cả các vị trí hàn trên, hàn bằng là vị trí hàn thuận lợi nhất còn hàn trần là vị trí khó thực hiện nhất.

2. Theo tiêu chuẩn ISO, phân ra làm 8 thế hàn sau:

 

3. Theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ (AWS)

Tiêu chuẩn của Hoa Kỳ phân ra các loại mối hàn góc, giáp mối tấm và liên kết hàn ống ở 4 vị trí hàn: Hàn bằng F (flat), hàn ngang H (Horizontal), hàn đứng V (Vertical) và hàn trần OH (Overhead).

Các loại liên kết hàn và mối hàn

1. Mối hàn giáp mối

Mối hàn giáp mối được đặc trưng bằng các kích thước: Chiều rộng b, chiều sâu chảy h (hàn một lớp h chính là chiều sâu ngấu của mối hàn) và chiều cao của mối hàn c (chiều cao phần nhô):

Loại liên kết này đơn giản, dễ chế tạo và chịu tải trọng tốt, tiết kiệm kim loại,… nên được dùng phổ biến trong thực tế.

2. Mối hàn chồng.

Độ bền của liên kết hàn chống thấp, tốn nhiều kim loại nên trong thực tế ít được sử dụng để chế tạo kết cấu mới mà chủ yếu dùng sửa chữa các chi tiết máy, các kết cấu cũ. 

3. Mối hàn góc

Loại liên kết này được sử dụng rộng rãi trong chế tạo các kết cấu mới. Tùy theo chiều dày của chi tiết mà có thể vát mép thành đứng hoặc không vát mép 

Ngoài các loại liên kết cơ bản trên ra, trong thực tế khi hàn các loại vật hàn có chiều dày mỏng, người ta còn dùng các loại liên kết hàn kiểu tán đinh.

Chế độ hàn hồ quang tay

1. Chế độ hàn mối hàn giáp mối.

Tổ hợp tất cả các thông số của quá trình hàn để đảm bảo nhận được mối hàn có kích thước, hình dạng và chất lượng theo yêu cầu được gọi là chế độ hàn.

a) Đường kính que hàn

Đường kính que hàn là thông số chủ yếu nhất của chế độ hàn, vì nó có tính chất quyết định đến nhiều thông số khác. Khi hàn giáp mối 1 lớp, đường kính que hàn tính theo công thức:

d = (s/2) + 1(mm)

Trong đó: d là đường kính que hàn (mm)

                  s là chiều dày vật hàn (mm)

Ngoài ra có thể tra bảng để chọn đường kính theo chiều dày vật hàn:

 

 

s (mm)	1,5	2	3	4-5	6-8	9-12	13-15	16-20	20
d (mm)	1	2	3	3-4	4	4-5	5	5-6	6-10

Trong sản xuất ít dùng que hàn d > 6mm vì d lớn thì Ih lớn gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người thợ hàn. Do vậy, khi chiều dày vật hàn lớn phải tiến hành hàn nhiều lớp. Khi hàn nhiều lớp, lớp 1 nên chọn que hàn d ≤ 4mm để dễ đặt sâu vào mép hàn, đảm bảo độ ngấu, lớp tiếp theo chọn que hàn d > 4mm.

b) Cường độ dòng điện hàn.

Cường độ dòng điện hàn có ảnh hưởng lớn đến hình dạng, kích thước mối hàn cũng như chất lượng của liên kết và năng suất hàn. Cường độ dòng điện hàn có thể tính theo một trong 3 công thức sau:

 

Các công thức trên chỉ áp dụng cho vị trí hàn bằng, còn hàn ở vị trí hàn khác sau khi tính toán phải tiến hành hiệu chỉnh như sau:

– Chi tiết có chiều dày s < 1.5d hoặc hàn ở vị trí hàn leo thì giảm Ih đi (10 đến 15%).

– Chi tiết có chiều dày s > 3d hoặc hàn liên kết chữ T thì Ih tăng lên (10 đến 15 %).

– Hàn ở vị trí hàn ngang, hàn trần giảm Ih đi (15 đến 20%).

c) Điện áp hàn.

Điện áp hàn tỉ lệ thuận với chiều dài cột hồ quang và thay đổi trong phạm vi rất hẹp. 

Công thức tính:           Uh = a + b.Lhq (V)

Trong đó: Uh là điện áp hàn (V)

a là tổng điện áp rơi trên A và K, a = 15 đến 20V

b là tổng điện áp rơi trên 1 đơn vị chiều dài hồ quang. b = 15,7 V/cm

Lhq là chiều dài cột hồ quang (cm). Que thuốc bọc bazơ: Lhq ≈ 1/2d

Các loại thuốc bọc khác: Lhq ≈ d

Hàn hồ quang tay: Uh = 20 đến 26V

d) Số lớp hàn:

Trong sản xuất, ít dùng que hàn có d < 6mm nên với các chi tiết có chiều dày lớn phải tiến hành hàn nhiều lớp. Muốn tính được số lớp hàn phải xác định được diện tích tiết diện ngang của toàn bộ kim loại đắp, công thức tính:

 Trong đó:                            Fđ là diện tích tiết diện ngang của toàn bộ kim loại đắp 

                                              F1: Diện tích tiết diện ngang kim loại đắp lần 1

                                              Fn: Diện tích tiết diện ngang kim loại đắp lớp tiếp theo

Công thức kinh nghiệm:    F1 = (6÷8)d1, quy định d1 ≤ 35mm²

                                               F2 = (8÷12)d2, quy định Fn ≤ 45mm²

e) Tốc độ hàn.

Tốc độ hàn phụ thuộc vào diện ngang của kim loại đắp. Nếu tốc hàn quá lớn dẫn đến hiện tượng hàn không ngấu. Ngược lại tốc độ hàn nhỏ dẫn đến khối lượng kim loại cơ bản và que hàn nóng chảy quá lớn có thể chảy ra phía trước phủ lên mép hàn chưa được nung nóng gây nên lỗi kết dính.

g) Năng lượng đường.

Năng lượng đường là tỉ số giữa công suất nhiệt hữu ích của hồ quang q và tốc độ hàn Vh, nó đánh giá lượng nhiệt truyền vào kim loại cơ bản trên một đơn vị chiều dài.

– Hàn hồ quang tay thép C thấp: 

Thay công thức trên ta được: qđ = 15000.Fđ (cal/cm) hay qđ = 150.Fđ (cal/mm)

– Hàn tự động: 

Nếu qđ lớn (vùng ảnh hưởng nhiệt lớn) sẽ gây biến dạng cong vênh nhiều và ngược lại.

Chế độ hàn mối hàn góc 

Giá trị các thông số tính tương tự như hàn giáp mối, chỉ có hai thông số là đường kính que hàn và số lớp hàn được tính như sau: 

a. Đường kính que hàn 

Công thức tính:   d= (k/2) + 2 (mm)

Trong đó: k là cạnh mối hàn, thường lấy k ≈ s (mm)

Có thể xác định đường kính que hàn theo bảng sau: 

 

k (mm)	2	3	4	5	6-8
d (mm)	1,6-2	2,5-3	3-4	4	4-5

Công thức trên áp dụng cho hàn mối hàn góc một lớp.

b. Số lớp hàn

Khi hàn một lớp, cạnh mối hàn đạt được k ≤ 8mm, do đó khi yêu cầu k > 8mm phải tiến hành hàn nhiều lớp. Muốn tính được số lớp hàn phải tính được diện tích tiết diện ngang của kim loại đắp:

 

 

Kỹ thuật hàn hồ quang tay 

1. Các chuyển động cơ bản của que hàn 

Trong quá trình hàn, que hàn thực hiện 3 chuyển động như hình vẽ sau

+ Chuyển động 1: Dọc theo trục que hàn để duy trì hồ quang cháy ổn định 

+ Chuyển động 2: Dọc theo trục mối hàn để hàn hết chiều dài mối hàn 

+ Chuyển động 3: Dao động ngang để đảm bảo bề rộng mối hàn

2. Bắt đầu, kết thúc và sự nối liền mối hàn.

a. Bắt đầu mối hàn: là phần bắt đầu mối hàn. Phần này thường nhô cao và có độ ngấu kém hơn vì mới bắt đầu hàn nhiệt độ vật hàn thấp, nhiệt độ hồ quang chưa thể làm vật hàn nóng chảy được, do vậy cường độ chịu lực của phần này kém. Để khắc phục hiện tượng này, khi bắt đầu hàn phải kéo dài hồ quang ra một chút, tiến hành gia nhiệt vật hàn, sau đó mới rút ngắn hồ quang, tiến hành hàn bình thường. 

b. Kết thúc mối hàn: Thực hiện khi hàn xong một mối hàn. Thông thường cuối mối hàn hay bị lõm do ngắt hồ quang đột ngột. Tại chỗ lõm thường gây tập trung ứng suất dẫn đến hiện tượng nứt chân chim, là nguyên nhân phá hỏng liên kết hàn. Khắc phục hiện tượng này, khi đến cuối đường hàn, que hàn không chuyển động, ép ngắn hồ quang một chút rồi từ từ ngắt hồ quang. Khi hàn các tấm mỏng không dùng cách này mà phải tiến hành hàn chấm ngắt để lấp đầy rãnh hồ quang.

c. Sự nối liền mối hàn: Thực hiện khi hàn hết que hàn mà chưa hết chiều dài mối hàn. Có 4 kiểu nối như sau:

1: Phần đầu mối hàn sau nối với phần cuối mối hàn trước

2: Phần cuối của hai mối hàn nối với nhau 

3: Phần cuối của mối hàn sau nối với phần đầu của mối hàn trước 

4: Phần đầu hai mối hàn nối với nhau.

Chỗ nối mối hàn thường bị cao, ngắt quãng và rộng hẹp không đều,… Khắc phục hiện tượng này khi hàn phải thực hiện đúng thao tác nối que như sau: Mồi hồ quang trực tiếp vào vũng hàn hoặc chỗ chưa hàn, sau đó kéo dài hồ quang và lắc nhẹ đầu que hàn để nhiệt làm nóng chảy toàn bộ vũng hàn cũ. Khi qua hết vũng hàn mới, tiến hành dao động bình thường.

Đối với kiểu nối thứ 2 và thứ 3 phải chú ý khi que hàn đến phần đầu và phần cuối mối hàn thì nâng hồ quang lên một chút, hàn tiếp một đoạn ngắn, cuối cùng kéo dài hồ quang để nó tự tắt.

4. Kỹ thuật hàn các vị trí khác nhau

a. Hàn bằng giáp mối không vát cạnh.

Hàn bằng là vị trí hàn thuận lợi nhất, dễ thao tác, việc hình thành mối hàn tốt, chất lượng mối hàn được đảm bảo (kim loại lỏng dưới tác dụng của trọng lực theo phương thẳng đứng vào vũng hàn, xỉ và khí dễ nổi lên) và năng suất hàn cao (vì có thể thực hiện với que có đường kính lớn và cường độ dòng điện hàn lớn).

Khi chi tiết có chiều dày s < 6mm thì không cần vát cạnh.

s = (1 ÷ 2)mm: gấp mép

s = (3 ÷ 5)mm: góc độ que hàn như hình vẽ. Que hàn có thể không dao động hoặc có thể sử dụng các kiểu dao động zích zắc hoặc bán nguyệt

b. Hàn bằng giáp mối có vát cạnh

Vật hàn có s > 6mm, khi hàn phải vát mép và mối hàn hoàn thiện sau nhiều lớp hàn

s = (6 ÷ 8)mm, vát mép chữ V

s = (8 ÷ 12)mm, vát mép chữ X, K

s > 12mm, vát mép chữ U

Khi hàn lớp 1 thường chọn que có đường kính d < 4mm (que hàn thường không có dao động ngang, lớp 2 trở đi dùng que có đường kính d ≥ 4mm.

Thứ tự thực hiện đường hàn nhiều lớp theo hai phương án sau.

Vì phần giữa và phần trên mối hàn khó đảm bảo được bề rộng mối hàn b = 14mm khi hàn một lần nên người ta thường tiến hành theo phương án (b). Mặt khác, hàn theo phương án (b), kim loại đảm bảo được độ ngấu tốt hơn. 

c. Hàn mối hàn chữ T.

Đối với mối hàn này thường sinh ra các khuyết tật như: hàn không ngấu, hàn cháy cạnh, hàn một cạnh,… Khắc phục hiện tượng này ngoài lựa chọn chế độ hàn thích hợp, phải căn cứ vào chiều dày của hai tấm để chỉnh góc độ que hàn cho hợp lý.

 

Tấm vách có chiều dày s = (4 ÷ 12)mm tiến hành vát mép một phía, nếu s > 12mm, vát mép hai phía và tiến hành hàn nhiều lớp, góc độ que hàn thay đổi theo từng lớp hàn.

Để giảm bớt khuyết tật sinh ra khi hàn và nâng cao năng suất quá trình hàn, nếu vật hàn có thể xoay được thì nên xoay về vị trí hàn bằng để hàn.

Que hàn đi thẳng hoặc dao động zích zắc, bán nguyệt với biên độ nhỏ và hồ quang ngắn. Loại mối hàn này chịu tải trọng va đập tốt nên khi chế tạo kết cấu người ta thường dùng kiểu liên kết hàn này.

d. Hàn mối hàn chồng.

Loại liên kết hàn này không tốn công chuẩn bị nhưng tổn hao nhiều kim loại, do vậy thường dùng trong sửa chữa các chi tiết cũ, ít dùng trong chế tạo các kết cấu mới. Thao tác thực hiện mối hàn này tương tự như hàn góc chữ T.

e. Hàn mối hàn có chiều dài lớn.

Với các mối hàn có chiều dài L < 500mm, thực hiện hàn từ đầu này đến đầu kia.

Với mối hàn có L = (500 ÷ 1000)mm, tiến hành hàn từ giữa ra hai đầu. Chú ý không được hàn từ hai đầu vào giữa vì sẽ gây tập trung ứng suất.

Với mối hàn có L > 1000mm, dùng phương pháp phân đoạn nghịch để hàn, mỗi đoạn dài 150 đến 250mm. Hướng hàn ngược với hướng hàn chung.

Với những chi tiết có chiều dày lớn, mối hàn dài phải tiến hành hàn nhiều lớp. Tiến hành hàn hoàn thiện từng khúc một theo kiểu phân đoạn bậc thang hoặc phân đoạn hạ dốc.

f. Hàn đứng.

Hàn đứng tương đối khó khăn vì kim loại lỏng dưới tác dụng của trọng lực luôn có xu hướng rơi xuống dưới. Hàn đứng có hai kiểu: hàn từ trên xuống (hàn rơi) và hàn từ dưới lên (hàn leo).

Khi hàn từ trên xuống, kim loại lỏng dễ bị chảy tràn xuống phía dưới, độ ngấu kém nên thường dùng hàn các vật mỏng. Ngược lại, hàn từ dưới lên điều kiện truyền nhiệt tốt hơn nên thường dùng để hàn các vật dày. 

Để tạo điều kiện tốt cho việc hình thành mối hàn, khi hàn đứng có thể áp dụng một số phương pháp sau:

– Luôn duy trì chiều dài hồ quang ngắn nhằm rút ngắn khoảng cách giọt kim loại lỏng vào vũng hàn. 

– Sử dụng que hàn d ≤ 4mm và Ih giảm so với hàn bằng từ (10 đến 15%) để giảm thể tích vũng hàn xuống.

– Căn cứ vào dạng liên kết hàn mà chọn cách đưa que hàn cho phù hợp. Biên độ dao động ngang que hàn không được quá lớn, nằm trong khoảng (1,5 ÷ 2)d.

g. Hàn ngang.

Hàn ngang khó thao tác hơn hàn đứng vì kim loại lỏng dễ bị chảy xệ xuống phía dưới, do đó yêu cầu người thợ hàn phải có tay nghề cao. Khi hàn tùy thuộc vào dạng liên kết hàn mà que hàn có thể dao động ngang hoặc dao động bán nguyệt, vòng tròn lệch với phạm vi hẹp và hồ quang luôn luôn ngắn. Cường độ dòng điện giảm so với hàn bằng từ 15 đến 20% .

Khi hàn các vật dày chỉ cần vát mép tấm trên hoặc có vát mép cả hai tấm thì tấm trên vát góc 40 độ, tấm dưới vát 20 độ để khi hàn mép tấm dưới có tác dụng đỡ kim loại lỏng khỏi chảy xệ xuống dưới.

h. Hàn trần.

Hàn trần là vị trí hàn khó thực hiện nhất trong tất cả các vị trí hàn, dưới tác dụng của trọng lực, kim loại lỏng rất dễ chảy ra khỏi vũng hàn làm cho mối hàn khó hình thành. Vì vậy nên dùng que có đường kính d < 4mm với lớp thuốc bọc dày và thuốc bọc nóng chảy chậm hơn lõi để tạo thành phễu đỡ kim loại lỏng.

Khi hàn luôn duy trì hồ quang ngắn và Ih giảm 15 đến 20 % so với hàn bằng. Cường độ dòng điện phải chọn cho thích hợp, không được nhỏ quá, nếu nhỏ quá sẽ không thể đạt được độ sâu nóng chảy tốt mà còn làm cho hồ quang cháy không ổn định. 

k. Hàn nối vòng

Khi chế tạo các nồi hơi, bình chứa có dạng hình trụ, hàn các ống,… phải thực hiện hàn các mối hàn vòng. Các mối hàn vòng thường yêu cầu chất lượng cao nên với chi tiết có chiều dày s ≤ 12mm tiến hành hàn nhiều lớp để kim loại mối hàn được tinh luyện và đạt được chất lượng cao. Số lớp hàn có thể chọn theo bảng sau:

 

 

S (mm)	4 ¸ 5	6 ¸ 9	10 ¸ 12	13 ¸ 15
n (kh«ng nhá h¬n)	2	3	4	5

Hàn mối hàn vòng có thể thực hiện theo hai cách sau:

– Chi tiết quay: công việc hàn thuận lợi hơn, mối hàn hình thành tốt hơn (mối hàn được thực hiện ở vị trí hàn bằng).

– Chi tiết đứng yên đòi hỏi tay nghề của người thợ hàn phải cao vì mối hàn được thực hiện ở tất cả các vị trí trong không gian. Khi hàn tiến hành hàn 2 nửa ốp vào nhau.

Chi tiết có chiều dày lớn, vát mép chữ V, góc vát mép 60 độ, hàn lớp lót để kim loại không bị chảy vào trong, sau đó hàn tiếp các lớp sau.

Biện pháp nâng cao năng suất khi hàn

1. Giảm thời gian hình thành mối hàn.

Thời gian hình thành mối hàn (thời gian hàn) được tính theo công thức:

Th = T0 + Tp 

Trong đó:               T0 là thời gian cháy

                                Tp: Thời gian phụ (thay que, chỉnh dòng)

Muốn giảm thời gian hàn bằng cách giảm thời gian phụ, do vậy phải tổ chức tốt sản xuất và trang bị đầy đủ trang thiết bị bảo hộ lao động nhằm tạo điều kiện lao động tốt cho người thợ hàn.

2.Hàn bằng điện cực tỳ (hàn bằng hồ quang nhúng)

Sử dụng que hàn có thuốc bọc dày hoặc đặc biệt dày (D/d ≥ 1,5). Khi hàn, hồ quang cháy trong phễu thuốc bọc nên giảm sự mất mát kim loại do bắn tóe. 

3. Hàn bằng một bó que hàn

Thực chất của hàn bằng một bó que hàn là chập 2, 3 hoặc 4 que hàn lại với nhau để hàn, hàn đính chúng ở chỗ kẹp vào kìm hàn. Trường hợp này cho phép tăng Ih lên khá lớn, năng suất hàn cao hơn khi hàn bình thường khoảng 30%.

 4. Hàn bằng hồ quang ba pha 

Dùng que hàn thuốc bọc có hai lõi que. Khi hàn, hồ quang cháy đồng thời năng suất hàn tăng lên 2 đến 2,5 lần, tiết kiệm 20 đến 25 % năng lượng điện. Tuy vậy, công việc chế tạo que hàn khó và chỉ thích hợp hàn ở vị trí hàn sấp.

Máy hàn điện

Yêu cầu chung đối với nguồn điện hàn hồ quang tay. Cho biết đặc điểm các nguồn điện hàn hồ quang tay.

Nguồn điện hàn hồ quang tay phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

– Điện thế không tải của máy phải cao hơn điện thế khi làm việc, đồng thời không gây nguy hiểm khi làm việc (U0 < 80).

– Khi hàn thường xảy ra hiện tượng ngắn mạch, lúc này cường độ dòng điện rất lớn; dòng điện lớn không chỉ làm nóng chảy nhanh que hàn và vật hàn mà còn phá hỏng máy. Do đó trong quá trình hàn không cho phép Iđ quá lớn. Thường chỉ cho phép

iđ = (1,3 – 1,4)ih

-Máy hàn hồ quang tay phải có đường đặc tính ngoài dốc, nghĩa là I tăng thì U giảm và ngược lại.

Máy hàn phải có cơ cấu điều chỉnh dòng hàn, thích hợp hàn với nhiều chế độ khác nhau.

+ Để hồ quang cháy liên tục, ổn định thì dòng điện và điện áp phải lệch pha nhau nghĩa là dòng và áp không cùng giá trị 0 tại một thời điểm.

Xem thêm: 

Tài liệu kỹ thuật hàn: Cơ sở lý thuyết hàn điện nóng chảy (Phần 1)

Tài liệu kỹ thuật hàn: Cơ sở lý thuyết hàn điện nóng chảy (Phần 2)

Tài liệu kỹ thuật hàn: Cơ sở lý thuyết hàn điện nóng chảy (Phần 3)