Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

HÀN KHE HỞ HẸP NỐI CÁC TẤM THÉP CÓ CHIỀU DÀY LỚN VỚI MỐI
GHÉP KHÔNG VÁT MÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN TRONG MÔI
TRƯỜNG KHÍ BẢO VỆ
NARROW GAP WELDING IN PROTECTIVE GAS FOR THICK STEEL PLATES
WITH UN-CHAMFERED EDGES
1Phòng

Ngô Trọng Bính1a, Lê Thu Quý1b, Ngô Văn Dũng1c, Phạm Đăng Lộc1d
thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Hàn và Xử lý bề mặt - Viện Nghiên cứu Cơ khí,
Số 4 – Phạm Văn Đồng – Cầu Giấy – Hà Nội – Việt Nam
a
, ,
c
,

TÓM TẮT
Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị hàn khe hở hẹp nối các
tấm thép có chiều dày lớn bằng phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ với mối ghép
không vát mép. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu tính toán thiết kế, phân tích các thông số hàn,
nhóm đề tài đã chế tạo được thiết bị, và đồ gá hàn khe hở hẹp, để hàn không vát mép các tấm
thép dày 150mm, có khe hở 25mm với phương pháp hàn MAG trong môi trường khí hoạt tính
CO 2 , chất lượng mối hàn khe hở hẹp đã được đánh giá qua các phân tích: độ cứng và thử kéo.
Kết quả phân tích cho thấy mối hàn đạt chất lượng tương đương so với các phương pháp hàn
trong môi trường khí bảo vệ với mối ghép vát mép có chiều dày 5 ÷ 15mm.
Từ khóa: hàn khe hở hẹp, hàn không vát mép, hàn MAG
ABSTRACT
This paper presents the results of research on design and manufacture of narrow gap
welding equipment for thick steel plates welded in protective gas atmosphere with unchamfered edges. Based on design calculations and analysis of welding parameters, the
authors have built a narrow gap MAG welding equipment in CO 2 active gas with necessary

2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1. Nghiên cứu công nghệ hàn khe hở hẹp
Công nghệ hàn khe hở hẹp vẫn còn là công nghệ mới ở nước ta, hàn hồ quang kim loại
với khí bảo vệ là quá trình đầu tiên được sử dụng trong hàn khe hở hẹp, và nó vẫn là một
trong những công nghệ mới liên quan đến kỹ thuật hàn này. Ưu điểm là quá trình này có liên
quan đến việc hồ quang dễ dàng quan sát được, rãnh hàn tương đối hẹp, chất lượng hàn cao,
năng suất cao và hiệu quả chi phí thấp [1,2]. Tuy nhiên, khi hàn GMAW dễ bị hình thành
khuyết tật ở thành mối hàn, lượng bắn tóe lớn và hay bị thiếu hụt khí bảo vệ. Những vấn đề
này có liên quan đến khó khăn trong việc cấp dây hàn và cung cấp một vùng phủ khí bảo vệ
thích hợp vào một đường rãnh mép hàn hẹp và sâu, và để có được sự nung nóng cân bằng bởi
hồ quang giữa các thành bên và bên dưới của mối nối. Để khắc phục những hạn chế này, một
số biện pháp cấp dây hàn và thiết kế đầu hàn kiểu mới đã được đề xuất, phát triển và một số
trong số đó đã được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp từ khi áp dụng công nghệ hàn
khe hở hẹp. Hình 1 là sơ đồ hàn khe hở hẹp trong khí bảo vệ, dây hàn được đưa qua động cơ
đưa dây qua ống dẫn qua chụp khí qua bép hàn tới vật liệu cần hàn [1,3].

Hình 1. Sơ đồ hàn khe hở hẹp trong khí bảo vệ
2.2. Nghiên cứu lựa chọn các thông số hàn phù hợp nối các tấm thép có chiều dày lớn
bằng phương pháp hàn khe hở hẹp
2.2.1. Các thông số cơ bản của hàn khe hở hẹp
Cường độ dòng điện hàn ảnh hưởng lớn nhất lên hình dạng mối hàn. Dòng điện hàn
tăng dẫn đến tăng mật độ dòng, kích thước vũng hàn, hệ số chảy, tốc độ chảy.

122


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Nhìn vào đồ thị Hình 2, ta thấy khi
điện áp hàn không đổi, dòng điện
hàn tăng dẫn đến chiều sâu chảy

hàn, thì bề rộng mối hàn vẫn giảm,
và chiều sâu chảy tiếp tục giảm.
Tiếp tục tăng vận tốc hàn đến một
giá trị nhất định thì bề rộng, chiều
sâu chảy của mối hàn không giảm
nữa. Khi đó ta xác định được vận
tốc hàn [3,5].

Hình 4. Ảnh hưởng của tốc độ hàn

Sau khi xác định tốc độ đắp tối ưu cho mối hàn, bước tiếp theo là xác định tốc độ cấp dây và
cường độ dòng điện hàn (là hai đại lượng tương quan trực tiếp với nhau, khi sử dụng các máy hàn
có đặc tuyến thoải và tốc độ cấp dây không đổi) tại tầm với điện cực nhất định để đạt được tốc độ
đắp đó.
123


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Từ hình 5, ta thấy khi tốc độ
cấp dây tăng, thì bề rộng mối
hàn giảm, chiều sâu chảy tăng,
chiều cao mối hàn tăng.Tiếp
tục tăng vận tốc hàn đến một
giá trị nhất định, thì bề rộng
mối không giảm nữa, chiều
sâu chảy không tăng nữa,
chiều cao mối hàn không tăng
nữa, khi đó ta xác định được
tốc độ cấp dây [3,5].
Hình 5. Ảnh hưởng của tốc độ cấp dây hàn

Dòng
Lưu
Tốc độ
Điện áp
Công Tốc độ
lượng
Kim loại kính dây bảo vệ
hàn
di
cực đại
suất
ngoáy
cơ bản
hàn
sử
max
khí
chuyển
(V)
(KVA)
(v/p)
(lít/ph)
(mm)
dụng
(A)
(m/h)
Thép các
bon

0,8 ÷ 1,6

2.3.2. Cấu tạo mỏ hàn
4
1

2

3

5

6

Hình 11. Cấu tạo mỏ hàn
1- Chụp khí, 2- Ống dẫn khí bảo vệ, 3- Trục nối, 4- Vị trí bắt khí bảo vệ,
5- Đầu nối trục và bép hàn, 6- Bép hàn.
Mỏ hàn có nhiệm vụ dẫn khí, dây hàn, bép hàn được sử dụng là loại có sẵn, chụp khí
được chế tạo bởi vật liệu đồng đỏ (Cu-Zn), có đường kính Ø 22mm, chiều dài 180mm, chiều
dày ống 2mm, chụp khí đảm nhiệm vai trò cung cấp khí bảo vệ cho vùng hàn.
Mô tả cấu tạo, nguyên lý hoạt động cơ cấu quay đầu hàn, bộ phận ngoáy đầu hàn
Cơ cấu quay đầu hàn tạo ra dao động đầu hàn đảm bảo chiều rộng mối hàn theo đúng
các tiêu chuẩn đề ra, cơ cấu bao gồm: động cơ hộp giảm tốc, cơ cấu trục, ổ bi, ổ đỡ, bánh răng
được kết nối với động cơ một chiều làm cho đầu hàn quay với bán kính hàn cần thiết.
2.3.3. Sơ đồ thiết bị hàn khe hở hẹp
Máy hàn MAG

Đồ gá dịch chuyển 3 chiều

Cụm đầu hàn

Khí hàn CO2

Tốc độ
Tầm với
Điện áp
Tốc độ
Số lớp
ngoáy
điện cực
hàn (V)
hàn (m/h)
hàn (lớp)
(mm)
(v/p)
28 ÷ 30

10

17 ÷ 40

70

10 ÷ 25

Hình 14. Mối hàn thử nghiệm

Hình 13. Thiết bị hàn khe hở hẹp
•

20 ÷ 30

Lưu lượng


Ứng suất
bền Rm
(MPa)

Độ giãn
dài tương
đối A 80

Hàn bằng phương
pháp khe hở hẹp
(không vát mép)

M1

10,0

23,3

296

36,4

463

13,8

M2

10,1

10,1

30,3

313,3

37,2

457

17,1

Bảng 4. Mẫu đo độ cứng – Phương pháp: TCVN 258-1:2008; Thiết bị: AVK-CO
Kết quả đo độ cứng, HV10
Giá trị đo
Tên mẫu
trung
Lần Lần Lần Lần Lần
Vùng đo
bình
1
2
3
4
5
Vùng nền
Hàn bằng phương
pháp khe hở hẹp Vùng ảnh hưởng nhiệt
(không vát mép)
Vùng hàn


161

159

159,6

Vùng nền
Hàn MAG có vát
Vùng ảnh hưởng nhiệt
mép
Vùng hàn

133

137

137

137

135

135,8

156

157

155

KẾT LUẬN
Bài báo nghiên cứu thiết kế chế tạo được thiết bị hàn khe hở hẹp nối các tấm thép có chiều
dày lớn bằng phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ với mối ghép không vát mép.
Kết quả thu được là đã hàn nối được các tấm thép dày 150 mm, có khe hở 25 mm với
phương pháp hàn MAG trong môi trường khí hoạt tính CO 2 . Chất lượng mối hàn đã được
đánh giá qua các mẫu thử cơ tính như (đo độ cứng và thử bền kéo). Kết quả phân tích cho
thấy mối hàn sử dụng phương pháp hàn khe hở hẹp trong môi trường khí bảo vệ đạt chất
lượng tương đương so với các phương pháp hàn có vát mép trong môi trường khí bảo vệ với
chiều dày 5÷15 mm.
Kết quả bài báo chính là một trong các cở sở để lựa chọn chế độ, các thông số hàn phù
hợp để thực hiện hàn nối các tấm thép có chiều dày lớn bằng phương pháp hàn khe hở hẹp
trong môi trường khí bảo vệ với mối ghép không vát mép.
LỜI CÁM ƠN
Các tác giả xin chân thành cảm ơn sự tài trợ của Bộ Công Thương để thực hiện Đề tài
với Mã số: 105.14.RD/HĐ-KHCN).
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Blackman S.A, Dorling D.V and Howard R., High-speed tandem GMAW for pipeline
welding. International Pipeline Conference, 2002, Vol.2, p.272- 295.
[2]. Paton B.E, Pokhodnya I.K., Automatic position butt welding of large diameter pipes with
self-shielded flux-cored wire by using Styk complex. International Pipeline Conference,
1980, Vol.4, p.25-53.
[3]. Ngô Lê Thông, Công nghệ hàn điện nóng chảy, tập 1, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà
Nội, 2007.
[4]. Hoàng Tùng, Nguyễn Thúc Hà, Sổ tay hàn, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2007.
[5]. Nguyễn Văn Thông, Vật liệu và công nghệ hàn, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 1997.
THÔNG TIN LIÊN HỆ TÁC GIẢ:
1. Ngô Trọng Bính

Email: