PHẦN V

HÀN HỒ QUANG DƯỚI LỚP THUỐC

Hàn hồ quang chìm (SAW) là một
phương pháp hàn hồ quang sử dụng một
hồ quang hoặc nhiều hồ quang giữa một
điện cực kim loại trần hoặc nhiều điện
cực và bể hàn. Hồ quang và kim loại
nóng chảy được bảo vệ bằng một lớp
chăn thuốc dạng hạt phủ lên bên trên vật
hàn. Phương pháp hàn không cần dùng
đến áp lực và kim loại điền đầ
y thu được
từ điện cực, và một vài nguồn cung cấp
(dây hàn, thuốc hoặc kim loại dạng hạt).
Phương pháp hàn hồ quang chìm được
trình bày trong hình 1.

Hình 1. Phương pháp hàn hồ quang chìm

1. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG

Nguyên tắc hoạt động của phương pháp hàn hồ quang chìm được trình
bày trong hình 2. Sử dụng nhiệt của hồ quang giữa điện cực được cấp
liên tục và vật hàn. Nhiệt của h
ồ quang làm nóng chảy bề mặt của kim
loại cơ bản và đầu mút của điện cực, kim loại nóng chảy ngắt ra khỏi
điện cực xuyên suốt qua hồ quang tới vật hàn. Sau đó trở thành kim loại
mối hàn kết lắng. Sự bảo vệ thu được từ lớp chăn thuốc dạng hạt được

Hình ảnh hàn hồ quang chìm được trình bày trong hình 3. Thuốc hàn và
xỉ bình thường bảo vệ hồ quang cũng do đó mà không nhìn thấy được hồ
quang, phần thuốc hàn không bị nóng chảy có thể được sử dụng lại. Điện
cực được cấp vào trong hồ quang liên tục từ cuộn. Hồ quang được duy trì
tự động và di chuyển có thể bằng tay hoặc bằng máy. Hồ quang bắt đầu
bằng một dạng khở
i động nóng chảy (kim loại). Kiểu chuyển dịch kim loại không quang trọng trong hàn hồ quang chìm.

Hình 3. Hình ảnh phương pháp hàn hồ quang chìm 2. CÁC ƯU ĐIỂM VÀ TÍNH NĂNG SỬ DỤNG

Phương pháp hàn hồ quang chìm, được giới thiệu trong đầu những năm
1930. Một trong những phương pháp tự động và được đưa vào sử dụng
3. HỆ THỐNG HÀN VÀ DÒNG ĐIỆN

Hệ thống hàn được sử dụng cho hàn hồ quang chìm một điện cực được
trình bày trong hình 8. Phương pháp hàn hồ quang chìm sử dụng hoặc
dòng điện một chiều hoặc xoay chiều cho nguồn hàn. Dòng điện một
chiều được sử dụng tốt nhất cho ứng dụng hàn một hồ quang. 1. Nguồn hàn 2. Bộ điều khiển 3. Dây hàn
4. Cuộn dây hàn 5. Mô tơ cấp dây 6. Phễu đựng thuốc hàn
7. Vật liệu hàn cơ bản 8. Dây nối kẹp mát 9. Dây cáp hàn
10. Dây cáp điều khiển

Hình 8. Biểu đồ khối phương pháp hàn SAW

Cả hai dòng điện một chiều phân cực âm (DCEN) và một chiều phân cực

4. THIẾT BỊ ĐƯỢC YÊU CẦU

Thành phần thiết bị được yêu cầu cho hàn hồ quang chìm (hình 8) gồm
có:
 Máy hàn (nguồn hàn).
 Bộ phận cung cấp dây và hệ thống điều khiển
 Kìm hàn cho hàn tự động, hoặc súng hàn bộ phận lắp ráp
cáp hàn cho hàn bán tự động
 Hộp đự
ng thuốc hàn và cơ cấu cung cấp và thông thường có
hệ thống hút thuốc để tái sử dụng.
 Cơ cấu di chuyển cho hàn tự động.

Nguồn hàn hồ quang chìm có hệ số tải (duty cycle) là 100%, bởi vì quá
trình hàn sẽ phải thực hiện mối hàn liên tục và ổn định, thường quá
khoảng thời gian 10 phút. Nếu dùng bộ nguồn hàn chỉ có hệ số tải 60%
thì chúng chỉ có thể hàn ở khoảng cường độ
mà máy có hệ số tải 100%
mà thôi.

Khi hàn với thiết bị có đặc tính ngoài CC thì có thể hàn với đầu hàn dùng
dòng AC hoặc DC điều chỉnh tốc độ theo tín hiệu hồi tiếp của hồ quang.
Trong khi nếu bộ nguồn có đặc tính CV thì chỉ cần dùng bộ cấp dây vận
hành bằng môtơ có tốc độ cố định. Thiết bị có đặc tính CV chỉ được sử
dụng với dòng DC.

Cả hai loạ
i thiết bị, kiểu máy phát và biến áp-nắn điện đều được ứng
dụng cho phương pháp hàn hồ quang chìm, xong loại biến áp-nắn điện
phổ biến hơn. Máy hàn hồ quang chìm có phạm vi điều chỉnh cường độ

hàn.

Hiệp hội hàn Mỹ có hai sự chỉ
định, trong đó hệ thống phân loại bao
gồm cả hai: Thuốc và dây hàn

“ Phân loại đối với các dây hàn thép carbon và các thuốc hàn cho hàn hồ
quang chìm” theo AWS A5.17 (Hiệp hội hàn Mỹ).

“ Phân loại đối với các dây hàn thép hợp kim thấp và các thuốc hàn cho
hàn hồ quang chìm” theo AWS A5.23 (Hiệp hội hàn Mỹ).

Thuốc hàn được ghi rõ bằng chữ cái F theo sau là hai hoặc ba chữ số chỉ
cho biết sức bền kéo nhỏ nhất trong mức tăng dần của 10,000 psi. Tiếp
theo sau là ch
ữ cái chỉ cho biết điều kiện của sử lý nhiệt cho kiểm tra
mối hàn.
A có giá trị cho “Hàn” và P có giá trị cho “Sử lý nhiệt mối hàn”.

Tiếp theo sau là một hoặc hai chữ số trong đó chỉ cho biết nhiệt độ nhỏ
nhất trong thang nhiệt Fa-ren-hét (
0
F ) của kiểm tra va đập thu được 20
ft-Ib của năng lượng hấp thụ (hoặc nhiệt độ nhỏ nhất trong nhiệt độ bách
phân của kiểm tra va đập thu được 27 joules của năng lượng hấp thụ). Có 8 sự phân loại cho cường độ va đập. Sự phân loại cho thuốc hàn được
tổng kết trong hình 9.



6 - 7 - 8 - 9 - 10 - 60-80.000 cường độ kéo
48.000 cường độ uốn, min.
22% độ giãn dài trong 2”
70-95.000 cường độ kéo
58.000 cường độ uốn, min.
22% độ giãn dài trong 2”
80-100.000 cường độ kéo
68.000 cường độ uốn, min.
20% độ giãn dài trong 2”
90-110.000 cường độ kéo
78.000 cường độ uốn, min.
17% độ giãn dài trong 2”
100-120.000 cường độ kéo
88.000 cường độ uốn, min. Z -
0 -
2 -
4 -
5 -
6 -
8 -
10
- Không yêu cầu
0
0
F = - 18
0
C
0
F = - 18
0
C
0
0


Biện cực hàn được ghi rõ bằng chữ cái E tiếp theo sau bằng ba chữ số.
Lưu ý, tuy nhiên, Chữ cái E có thể được tiếp theo sau bằng chữ cái C
nếu điện cực của cấu trúc hỗn hợp. Bỏ đi chữ cái C chỉ cho biết là loại
điện cực đặc.

Chữ số tiế
p theo được chỉ định lượng Mangan.

Tiếp theo sau là một hoặc hai chữ số được sử dụng chỉ cho biết lượng
carbon danh nghĩa nhân với 0,01% carbon. Tiếp theo sau các chữ số
bằng một chữ cái K được chỉ cho biết điện cực thép đã được loại bỏ
silicol. Nếu thép của một dạng khác chữ cái K không xuất hiện. Tiếp
theo sau hai chữ số chỉ cho biết các h
ợp kim xuất hiện. Điều này thỉnh
thoảng đi theo sau bằng hai chữ số trong đó bao gồm thép hợp kim. Hình
10. Trình bày hệ thống phân loại dây hàn thép carbon. Tuy nhiên, điều
này không bao gồm thép hợp kim.
Hàn hồ quang dưới lớp thuốc - VTH/Apave

43

M -
H -
Thấp (0.60 Mn ‘max.’)
Trung bình (1.25 Mn ‘max’)
Cao (2.25 Mn ‘max’) K bao gồm
khử silicon
Thêm vào
trong đó bao
gồm thép hợp
kim (trong
thép hợp kim)
Bao gồm dây hàn
hỗn hợp-bỏ đi C
bao gồm dây hàn
đặc Hình 9. Hệ thống phân loại dây hàn hồ quang chìm

Đối với các thông tin đầy đủ cho thép hợp kim tham khảo tới (AWS
A5.23 Armerican Welding Soceity).

Ví dụ hệ thống phân loại của thuốc hàn - dây hàn như sau:

= F7A6-EM12K: Chỉ cho biết thuốc hàn-dây hàn kết hợp sẽ
cung cấp kim loại mối hàn điều đó có trong điều kiện hàn sẽ
có cường độ kéo không nhỏ hơn 70.000 psi và sức bền va đập

Hàn hồ quang dưới lớp thuốc - VTH/Apave

44

6. LỰA CHỌN THUỐC HÀN VÀ DÂY HÀN KẾT HỢP

Trong hàn hồ quang chìm cần thiết phải lựa chọn dây hàn và thuốc hàn
kết hợp tương xứng với thành phần và tính chất của vật liệu cơ bản.
Thuốc hàn của các nhà sản xuất khác nhau không được thay thế cho
nhau khi không có chứng chỉ chế tạo. Thuốc hàn có thể là trung tính
hoặc hoạt tính.

Thuốc hàn trung tính sẽ không đưa ra bất cứ tính chất thay đổi trong
thành phần hoá học kim loại mối hàn. Chúng thường được sử dụng cho
hàn nhiều lớp.

Thuốc hàn hoạt tính bao gồm một số lượng nhỏ mangan và/hoặc Silic
được sử dụng làm giảm bớt trạng thái rỗ và nứt mối hàn. Chúng thường
được sử dụng cho ứng dụng hàn nhiều lớp. Có ba dạng thuốc hàn hợp
kim, trong đó khi sử dụng cùng với điện cực thép carbon thường cho sản
phẩ
m kết lắng là mối hàn hợp kim. Điều này được tương xứng với các
kim loại cơ bản hoặc cùng với thêm vào hợp kim được sử dụng cho hàn
phủ cứng.

Mức độ thay đổi trong điện áp hồ quang làm thay đổi mức độ tiêu thụ
thuốc hàn. Điện áp hồ quang cao (chiều dài hồ quang dài) làm tăng thêm
số lượng thuốc bị nóng chảy hoặc bị lãng phí. Điều này có th
ể là nguyên
nhân nhiều hợp kim được kết lắng; Vì thế điều hệ trọng theo sau của nhà

Tốc độ lắng cao nhất đối với dòng điện DC phân cực âm (DCEN).
Tốc độ lắng đối với dòng điện xoay chiều nằm ở giữa DCEN và DCEP.
Phân cực cho nhiệt lớn nhất là cực âm.

Tốc độ đắp ứng với dòng hàn bất kỳ sẽ tăng khi tăng độ nhú điện cực
tăng (Stickout). Độ nhú là khoảng cách này từ đầu bép hàn tới đầu dây
hàn đo
được khi hồ quang kết thúc. Thông thường khoảng cách giữa bép
hàn và vật hàn từ 25 tới 38mm (1 tới 1½ in). Nếu khoảng cách được tăng
lên, nó sẽ là nguyên nhân nung nóng sơ bộ dây điện cực do đó sẽ làm
tăng thêm tốc độ lắng.

Cũng như khoảng cách này được tăng lên, quá trình thâm nhập vào trong
vật liệu cơ bản bị giảm đi. Hệ số này phải được dựa vào lý do đúng đắn
bởi vì trong m
ột vài trường hợp mối hàn đòi hỏi độ ngấu sâu.

Tốc độ lắng có thể được tăng thêm bằng cách cho thêm chất phụ gia kim
loại vào trong thuốc hàn hồ quang chìm. Tăng thêm điện cực có thể được
sử dụng làm tăng thêm bao gồm tốc độ lắng.

Khi hàn tự động thì các khuyết tật thường xảy ra ở giai đoạn khởi động
và kết thúc mối hàn. Để lo
ại bỏ tình trạng này ta nên hàn thêm các tấm
đệm ở đầu và cuối đường hàn (được chuẩn bị như mối hàn). Các tấm này
sẽ được cắt bỏ sau khi hoàn tất mối hàn.

8. CÁC THÔNG SỐ HÀN

Các thông số hàn dùng cho phương pháp hàn SAW giống như các

này làm cho lượng thuốc hàn nóng chảy không bình thường và lượng dư
thừa chất khử oxy trong mối hàn, làm giảm độ dẻo của mối hàn. Điện áp
hồ quang càng cao thì càng làm tăng thêm số lượng thuốc hàn nóng
chảy. Các quy trình điện áp hồ quang thấp cải thiện được độ ngấu mối
hàn đặc biệt là khi hàn các rãnh sâu. Nếu điện áp hàn quá thấp, đường
hàn hẹp và kết quả là bị ngậm xỉ ở chân mối hàn sẽ tạo khó khăn trong
việc tẩy xỉ.

Tốc độ di chuyển có ảnh hưởng trên cả hai yếu tố bề rộng và
độ ngấu của
mối hàn. Tốc độ di chuyển nhanh sẽ cho mối hàn hẹp ngấu ít. Điều này
mang đến nhiều thuận lợi khi hàn các tấm kim loại mỏng. Tuy nhiên, nếu
tốc độ hàn quá nhanh mối hàn có xu hướng bị cháy chân và rỗ khí, vì
mối hàn đông đặc quá nhanh. Nếu tốc độ di chuyển quá chậm điện cực ở
trong vũng hàn quá lâu điều đó tạo cho hình dạng bể hàn xấu đi và có th
ể
tạo ra nhiều bắn toé và hồ quang cháy xuyên qua lớp thuốc bảo vệ.

Thông số thứ hai có sự ảnh hưởng lớn tới mối hàn bao gồm góc nghiêng
của điện cực tới vật hàn, và góc nghiêng của vật hàn. Chiều dày của lớp
thuốc hàn, và, quan trọng nhất, là độ nhú điện cực.

Chiều dày của lớp thuốc phủ phải được kiểm soát. Nếu nó quá mỏng làm
cho hồ
quang cháy xuyên suốt lớp thuốc quá nhiều. Điều này có thể là
nguyên nhân của rỗ khí. Nếu chiều dày lớp thuốc quá nhiều mối hàn có
thể hẹp và mô cao, trên mặt bị các hạt thuốc chưa chảy làm cho rỗ.

9. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP


Hình 13. Hàn trên các chi tiết tròn được quay

Chúng ta cũng có thể tạo các mối hàn khác nhau bằng cách chọn hướng
hàn là dốc xuống (hàn tuột) hoặc dốc lên (hàn leo). Khi hướng hàn là
tuột thì độ ngấu mối hàn thấp hơn và mối hàn rộng hơn. Trong khi
hướng hàn leo cho độ ngấu sâu hơn và mối hàn hẹp hơn. Xem hình 14.

H−íng hµn
A - A
B - B
C - C
Hàn hồ quang dưới lớp thuốc - VTH/Apave

48

Mối hàn sẽ khác nhau phụ thuộc vào góc độ của điện cực cùng với mối
liên quan tới vật hàn khi ở vị trí bằng, góc chuyển dịch này cũng có thể
là góc đẩy hoặc góc kéo, và có tác động rõ ràng trên biên dạng và độ
ngấu kim loại mối hàn. Hình15. Trình bày mối quan hệ.

A
B
B
H−íng hµn
C
C
H−íng hµn
A - A
B - B
C - C
Gãc ®Èy
Gãc kÐo
Hàn hồ quang dưới lớp thuốc - VTH/Apave

49

10. GIỚI HẠN CỦA PHƯƠNG PHÁP

Phần lớn giới hạn của phương pháp hàn hồ quang chìm là khả năng hàn
trong các vị trí. giới hạn khác là thép hàn.

Nhiệt cung cấp vào mối hàn cao, chu kỳ làm nguội chậm có thể là vấn đề
khi hàn thép nguội và thép tôi. Nhiệt cung cấp là giới hạn của thép phải
được tuân thủ đúng khi sử dụng bằng phương pháp hàn hồ quang chìm.
Điều này có thể được yêu cầu khi chế tạo cùng với nhiều lớp hàn, ở các
mối hàn một lớp đơn sẽ được ứng dụng trên thép mềm., trong một vài
trường hợp mang tính kinh tế có thể giảm bớt bằng hàn hồ quang dây
hàn lõi thuốc hoặc vài phương pháp khác sẽ được cân nhắc.

Trong hàn hồ quang chìm bán tự động, không có khả năng trông thấy hồ