Tư Vấn Kỹ Thuật
Tài liệu kỹ thuật hàn: Cơ sở lý thuyết hàn điện nóng chảy (Phần 2)
Th1
Hàn hồ quang tay
1. Bản chất, đặc điểm của hàn hồ quang tay.
Bản chất của hàn hồ quang tay: Hàn hồ quang tay là một trong những phương pháp hàn nóng chảy dùng năng lượng của hồ quang điện để nung nóng kim loại chỗ cần ghép nối đến trạng thái chảy, sau khi kết tinh tạo thành mối hàn nối các chi tiết tạo thành một khối bền vững.
Đặc điểm: Cho đến nay, hàn hồ quang tay vẫn được sử dụng rất phổ biến ở tất cả các nước kể cả các nước có nền công nghiệp và công nghệ hàn phát triển bởi tính linh động, tiện lợi và khả năng ứng dụng đa dạng của nó. Đây là phương pháp cho phép ứng dụng ở mọi vị trí trong không gian. Thiết bị hàn hồ tay dễ vận hành, sửa chữa, chi phí đầu tư thấp hơn so với các phương pháp hàn khác. Vì hầu hết mọi chuyển động đều bằng tay nên chất lượng, thẩm mỹ mối hàn phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề của người thợ hàn.
2. Hồ quang hàn và tính chất của hồ quang hàn.
Khái niệm, đặc điểm, cấu tạo của hồ quang hàn.
Khái niệm: Hồ quang là hiện tượng phóng điện mạnh và liên tục qua môi trường khí (đã bị ion hóa giữa hai điện cực).
Đặc điểm: Nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh, có thể làm nóng chảy tất cả các kim loại (nhiệt độ ở tâm cột hồ quang khoảng 6000 độ C.
Trong không gian, hồ quang gồm các phần tử có tích điện e, ion âm và ion dương, trong đó electron đóng vai trò quan trọng nhất vì nó có điện tích âm nhỏ nhất, có khối lượng rất nhỏ, nhỏ hơn khối lượng nguyên tử Hidro 1840 lần.
Cấu tạo của hồ quang:
Cấu tạo của hồ quang gồm 3 vùng: Vùng anot A (cực +), vùng catot K (cực -) và vùng cột hồ quang
Uh = UA + UK + UC
– Vùng anot: có điện áp UA, thể tích lớn hơn vùng catot nhưng điện áp rơi nhỏ hơn, bằng (2-4)V.
– Vùng catot: là vùng sản sinh ra các điện tử, vùng này có điện áp UK. Nhiệt độ vùng này khoảng 3200 độ C, chiếm 38% tổng nhiệt lượng hồ quang.
– Vùng cột hồ quang có điện áp UC. Nhiệt độ ở tâm khoảng 6000 độ C, chiếm 20% tổng nhiệt lượng hồ quang. Nhiệt lượng của cột hồ quang làm nhiệm vụ nung nóng chảy que hàn và vật hàn; cung cấp nhiệt lượng để phát xạ điện tử.
Nhiệt ở A cao hơn ở K do động năng của các điện tử electron lớn (vận tốc xấp xỉ vận tốc ánh sáng) va đập mạnh vào bề mặt vật A sinh ra nhiệt lớn. Khi hàn vật mỏng đấu cực âm vào vật hàn, cực dương vào que hàn.
Sau khi hồ quang hình thành, muốn duy trì hồ quang cháy ổn định thì phải đảm bảo chiều dài hồ quang không đổi.
Các phương pháp tạo hồ quang và sự cháy của hồ quang.
Các phương pháp gây hồ quang
– Phương pháp mổ thẳng (mổ cò).
Que hàn tiếp xúc trực tiếp với vật hàn theo phương thẳng đứng, sau đó nhanh chóng nhấc lên khỏi vật hàn một khoảng cách từ 2-4mm và duy trì ở một khoảng cách cố định để hồ quang cháy ổn định.
– Phương pháp ma sát (quẹt diêm)
Nghiêng que hàn một góc và vạch nhẹ lên bề vật hàn sau đó nhanh chóng nhấc que hàn lên một khoảng từ 2-4mm, sau đó giữ ở khoảng cách cố định để hồ quang cháy ổn định.
Trong hai phương pháp trên, phương pháp gây hồ quang ma sát dễ thao tác hơn (thích hợp cho người mới học nghề) lại dễ tạo vết trên bề mặt vật hàn. Phương pháp gây hồ quang thẳng đứng đòi hỏi thao tác phải nhanh bởi vì que hàn rất dễ bị dính vào vật hàn, không hình thành hồ quang được.
Sự cháy của hồ quang
Sau khi que hàn chạm rất nhanh vào vật hàn rồi nhấc lên một khoảng 2-4mm thì phát sinh hồ quang.
Sự cháy của hồ quang phụ thuộc vào: điện thế giữa hai điện cực lúc máy chưa làm việc, cường độ dòng điện và khoảng cách giữa hai điện cực (chiều dài hồ quang). Quan hệ giữa điện thế và cường độ dòng điện là đặc tính tĩnh của hồ quang.Ứng với một chiều dài hồ quang ta có đặc tính nhất định. Điện thế của hồ quang chủ yếu phụ thuộc vào cường độ và chiều dài hồ quang, ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác, ví dụ như vật liệu điện cực, các loại khí chứa trong khoảng không gian của hồ quang cháy và loại dòng điện v.v…
Khi hàn hồ quang tay, điện thế chủ yếu phụ thuộc vào chiều dài hồ quang. Qua thực nghiệm đã vẽ được đường đặc tính tĩnh của chiều dài hồ quang.
Trên giảng đồ U(h) = f(I), Uh thay đổi theo ba khoảng dòng điện, tức là hình dáng đường cong đặc tính thay đổi cùng với sự thay đổi của dòng điện.
Uh = I.R = p(l/F)Ih
Khoảng dòng điện I < 80A, điện thế hồ quang giảm khi dòng điện tăng lên. Nguyên nhân là do lúc này công suất hồ quang còn bé, tăng dòng điện sẽ tăng mặt cắt hồ quang và đồng thời tăng tính dẫn điện của nó. Đường đặc tính tĩnh trong khoảng dòng điện này là giảm dần liên tục.
Do điện tăng trong khoảng 80 đến 1000A thì điện thế hồ quang trở lên không đổi. Lúc này điện thế hồ quang chỉ thay đổi phụ thuộc vào chiều dài hồ quang. Đường đặc tính tĩnh của hồ quang hầu như song song với trục của dòng điện và được gọi là đường đặc tính cứng. Loại đường này được dùng nhiều trong hàn hồ quang tay vì hồ quang ổn định.
Quá trình hình thành hồ quang.
Quá trình hình thành hồ quang xảy ra rất ngắn (khoảng 1/10 giây), nhưng nó có thể chia làm 4 giai đoạn sau:
– Giai đoạn a): Que hàn tiếp xúc với vật hàn tại các điểm nhấp nhô, mật độ dòng điện tăng lên rất cao.
– Giai đoạn b): Do mật độ tăng lên rất cao, tại chỗ tiếp xúc sinh ra nhiệt lượng lớn làm nóng chảy kim loại và điền đầy khoảng không gian giữa hai điện cực.
– Giai đoạn c): Khi nhấc que hàn lên khỏi vật hàn, do tác dụng của lực từ trường, cột hồ quang bị kéo dài ra, tiết diện ngang giảm xuống.
– Giai đoạn d): Tại chỗ thắt, mật độ dòng điện tăng cao làm kim loại đạt đến nhiệt độ sôi và cắt đứt phần kim loại lỏng đi vào vũng hàn, hồ quang được hình thành.
Sau khi hồ quang được hình thành, do ảnh hưởng của nhiệt hồ quang sẽ xảy ra hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử trên bề mặt catot, kèm theo sự tăng đáng kể của điện áp làm cho hiện tượng phát xạ tăng lên và hồ quang được duy trì.
Hiện tượng thổi lệch hồ quang và biện pháp khắc phục
Hồ quang được hình thành trong môi trường khí giữa hai điện cực (một điện cực có thể là vật hàn), cho nên coi nó như là một dây dẫn và dưới tác dụng của một số yếu tố khác nó có thể bị kéo dài và dịch chuyển khỏi vị trí bình thường ta gọi là hiện tượng thổi lệch hồ quang và gây hậu quả xấu cho quá trình hàn… Hiện tượng này thường xảy ra với dòng một chiều, còn với dòng xoay chiều do dòng điện thay đổi liên tục nên hồ quang ít bị thổi lệch.
Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng thổi lệch hồ quang
Ảnh hưởng của từ trường riêng
Khi hàn, xung quanh cột hồ quang, điện cực hàn, vật hàn sẽ sinh ra từ trường. Nếu từ trường xung quanh cột hồ quang phân bố đối xứng thì nó sẽ không bị thổi lệch. Nếu từ trường phân bố không đối xứng thì nó sẽ bị thổi lệch về phía từ trường yếu hơn, cột hồ quang thổi lệch ngược với phía nối dây.
Ảnh hưởng của vật liệu sắt từ
Khi đặt gần hồ quang một vật sắt từ giữa chúng sẽ sinh ra một lực điện từ có tác dụng kéo hồ quang về phía sắt từ đó. Điều này khó khăn khi hàn góc hoặc khi hàn gần cuối đường hàn.
Ảnh hưởng của góc nghiêng que hàn
Góc nghiêng que hàn cũng ảnh hưởng đến sự phân bố đường sức từ xung quanh hồ quang. Vì vậy chọn góc nghiêng que hàn thích hợp để thay đổi được tính phân bố đường sức từ và có thể tạo ra từ trường đồng đều, khắc phục hiện tượng thổi lệch hồ quang khi hàn.
Các biện pháp khắc phục
Để khắc phục và hạn chế ảnh hưởng của hiện tượng thổi lệch hồ quang chúng ta có thể áp dụng một trong những biện pháp sau đây:
– Thay đổi cách nối dây với vật hàn để tạo ra từ trường đối xứng.
– Chọn góc nghiêng que hàn nghiêng một cách thích hợp.
– Giảm chiều dài hồ quang đến mức có thể (bằng cách hàn hồ quang ngắn).
– Thay dòng điện hàn một chiều bằng dòng xoay chiều.
– Đặt thêm vật sắt ở gần cuối đường hàn.
Phân loại hàn hồ quang hàn
Phân loại theo dòng điện
Phân loại theo dòng điện, hàn hồ quang tay được chia ra.
1. Hàn bằng dòng điện xoay chiều AC
– Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo, dễ bảo quản sửa chữa, giá thành thấp, tiện lợi ở nơi gần lưới điện và hồ quang ít bị thổi lệch.
– Nhược điểm: Khó gây hồ quang và hồ quang cháy không ổn định do đó chất lượng mối hàn không đạt yêu cầu cao, không dùng được với tất cả các loại que hàn.
2. Hàn bằng dòng điện một chiều DC
– Ưu điểm: Dễ gây hồ quang và hồ quang cháy ổn định, tiện lợi ở nơi xa lưới điện, chất lượng mối hàn cao.
– Nhược điểm: Tổn hao nhiều năng lượng (do dùng máy phát, chỉnh lưu), hồ quang hay bị thổi lệch.
Do có những ưu và nhược điểm trên mà hai phương pháp này cùng tồn tại và hỗ trợ lẫn nhau.
Phân loại theo cách nối dây
1. Nối trực tiếp
Nối trực tiếp là nối một cực của nguồn điện vào que hàn, còn cực kia nối với vật hàn. Khi hàn bằng dòng một chiều, nối trực tiếp được phân ra: nối thuận và nối nghịch.
– Nối thuận là nối cực dương của nguồn với vật hàn, cực âm với que hàn.
– Nối nghịch là nối cực âm của nguồn với que hàn và cực dương với vật hàn.
Phương pháp nối nghịch thường áp dụng cho hàn vật mỏng và nối thuận áp dụng cho hàn các vật hàn dày.
2. Nối gián tiếp
Là nối hai cực của nguồn điện với que hàn còn vật hàn không nối cực. Hồ quang cháy giữa hai que hàn, do vậy có thể điều chỉnh được lượng nhiệt của vũng hàn khi hàn khi điều chỉnh chiều dài hồ quang. Cách nối dây này dùng khi hàn các vật hàn mỏng, hàn thép có nhiệt độ nóng chảy thấp bằng điện cực không nóng chảy.
3. Nối hỗn hợp
Dùng khi hàn hồ quang tay bằng dòng ba pha. Hai cực của nguồn điện nối với que hàn còn cực kia nối với vật hàn. Ưu điểm là nhiệt tập trung cao, năng suất hàn cao. Thường áp dụng khi hàn vật dày, các kim loại và hợp kim nóng chảy cao.
Phân loại theo điện cực
1. Hàn bằng điện cực nóng chảy (que hàn, dây hàn): Mối hàn do kim loại điện cực và kim loại vật hàn tạo nên.
2. Hàn bằng điện cực không nóng chảy (Vonfram, điện cực than):
Mối hàn tạo nên có thể chỉ do kim loại vật hàn nóng chảy (nếu không dùng que hàn phụ), hoặc do cả kim loại que hàn và vật hàn tạo nên khi hàn bằng điện cực nóng chảy hoặc không nóng chảy có dùng que hàn phụ. Hồ quang có thể cháy trực tiếp giữa que hàn và vật hàn hoặc cháy gián tiếp giữa que hàn và que hàn bằng dòng điện hai pha hoặc ba pha.
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 3)
Tài liệu kỹ thuật hàn: Cơ sở lý thuyết hàn điện nóng chảy (Phần 4)
