PHN IV
HN H QUANG IN CC KHễNG
NểNG CHY TRONG MễI TRNG
KH BO V
1

GII THIU PHNG PHP HN (GTAW)
Hn h quang in cc khụng núng chy trong khớ tr bo v (GTAW)
L phng phỏp hn h quang s dng h quang gia mt in cc
Tungsten (khụng núng chy ) v b hn (hỡnh 1). Phng phỏp ny
c s dng cựng vi khớ bo v v khụng dựng ỏp lc. Kim loi in
y cú th c dựng hoc khụng cn dựng.
Phng phỏp ny ó c phỏt trin t nhng nm 1930 bng h
quang heli hoc hn h quang khớ tr, v c dựng hn cỏc kim
loi khụng cú cha st, c bit mangan v nhụm, v cỏc mi ghộp kim
loi khú hn. TIG ỳng ngha l hn in cc khụng núng chy trong
khớ tr tungsten inert gas welding v theo Chõu õu nú c gi l WIG
welding (dựng t Wonfram).
H ướng hàn

K im
hàn
K im
hàn
K im

lo ạ i
nóng
lo ạ i
đông
lo ạ i

mỏng, các mối hàn ghép bẻ
gờ và các mối ghép gấp
mép, được dùng để hàn. Đối
với các vật liệu có chiều dày
lớn hơn, dây hàn thường
được sử dụng và được cung
cấp vào theo ống dẫn từ bên
ngoài hoặc que hàn điền đầy
đơn lẻ. Kim loại điền đầy
không chuyển dịch ngang
qua cột hồ quang nhưng
được làm nóng chảy bởi hồ quang. Vùng hồ quang được bảo vệ khỏi
khí quyển bởi khí trơ bảo vệ, phun ra từ ống phun khí của kìm hàn. Khí
bảo vệ đẩy không khí cũng như oxy và nitơ của không khí, không cho
tiếp xúc với kim loại nóng chảy hoặc điện cực tungsten nóng. Khi kim
loại nóng chảy nguội dần đi, sự liên kết xuất hiện và các phần kim loại
đã được đúc (tạo nên mối hàn). Bể hàn nhỏ, không bị bắn toé và không
có khói. Kết quả mối hàn mịn, đều và đòi hỏi công việc sửa sang lần
cuối là nhỏ nhất.
Hình 2 – Phương pháp hàn hồ quang GTAW
3

ƯU ĐIỂM VÀ LĨNH VỰC ĐƯỢC SỬ DỤNG
Những đặc điểm nổi bật của phương pháp hàn GTAW:
 Phương pháp hàn GTAW tạo ra các mối hàn có chất lượng rất
cao trong gần như tất cả các kim loại và hợp kim.
 Trở nên rất đơn giản, nếu hoàn toàn các vị trí hàn được làm sạch
có hiệu quả.
 Hồ quang và bể hàn có thể nhìn thấy rõ ràng đối với thợ hàn.
 Kim loại điền đầy không chuyển dịch trong cột hồ quang, do vậy

Phương pháp này được phát triển khởi đầu cho hàn các vật liệu khó
hàn. Nó có thể được dùng để hàn các kim loại có tính chất khác nhau
hơn bất cứ phương pháp hàn hồ quang nào khác (bảng 2).
Vị trí hàn

Xếp loại

1. Bằng

A

Góc ngang

A

2. Ngang

A

3. Đứng

A

4. Trần

A

5. Ống
cố định


Chì

Có thể hàn được nhưng
không được phổ biến
Có thể hàn được nhưng
không được phổ biến
Có thể hàn được

Mangan

Có thể hàn được

Niken

Có thể hàn được

Các kim loại quý

Có thể hàn được

Thép carbon thấp

Có thể hàn được

Thép carbon trung bình và cao

Có thể hàn được

Thép hợp kim


.
.
3/ 1/ 3/ 1/ 3/
chiều dày
in
.005 .015
12
1 2 4 8
062 16 4 8 2 4
5
Hệ số
1. 3 4. 6. 1 12 1 2 5 10 2
mm 0.13 0.4
6 .2 8 4 0 .7 9 5 1 2 03
Một lớp
hàn không
cần chuẩn
bị mối
ghép
Một lớp
hàn có
chuẩn bị
mối ghép
Nhiều lớp
hàn
Bảng 3 - Giới hạn chiều dày kim loại cơ bản cho hàn GTAW
4

NHƯỢC ĐIỂM
Những nhược điểm và hạn chế của phương pháp hàn GTAW

Khi chc nng tn s cao c thờm vo s dng cựng vi phng
phỏp hn GTAW dũng in xoay chiu (AC), ũi hi phi thn trng
v chc chn. iu ny l cn thit vỡ ngun hn c trang b cựng
vi chc nng tn s cao, tia la bn ra cú khe h, mỏy to dao ng
vn l ngun bc x tn s, iu ú cú th gõy tr ngi cựng vi súng
radio v thit b truyn hỡnh.
Mỏy hn bao gm tn s cao c lp t ng b hoc tỏch ri b tn
s cao phi c lp t vi chỳ ý c bit n ni t v c bo v
c bit. Nh ch to cung cp ti liu hng dn lp t c bit l
gii hn bc x tn s cao. Ti liu hng dn ny yờu cu tt c cỏc
kim loi dn in trong khu vc mỏy hn phi c ni t.

Nguồn nước
làm mát kìm
Kìm hàn
Dây kim loại
điền đầy

Nguồn khí trơ
Dây dẫn
điện hàn

Nguồn hàn

Kim loại
cơ bản
Bàn đạp chân

Phng phỏp hn TIG CHU VN THAO


dòng điện, khí bảo vệ và nước làm mát khi được dùng. Các dây cáp có
chiều dài là 3.8 m hoặc 7.6 m và có thể được cấu tạo chung vào làm
một hoặc ba bộ phận tách rời.
Chúng thường bao gồm dây cáp có các khớp nối (rắc cắm) liên kết với
nguồn hàn. Thiết kế bên trong và cấu trúc của kìm hàn tự động và kìm

Phương pháp hàn TIG – CHU VĂN THAO

44


hàn tay rất nhỏ gọn. Chủ yếu khác nhau là được thêm vào tay cầm đối
với kìm hàn tay.
Kìm hàn tự động, thông thường bao gồm một giá đỡ. Chúng được đặt
lên trong một hệ thống bao gồm các thanh rầm được điều chỉnh bằng
nút bấm và bánh răng chuyền ăn khớp với giá đỡ điều chỉnh.
7

CÁC LOẠI VẬT LIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG
Các loại vật liệu được dùng trong hàn hồ quang điện cực Tungsten là
kim loại điền đầy, khí bảo vệ, tới một mức độ nhỏ hơn, điện cực
tungsten. Kim loại điền đầy không cần dùng khi hàn các vật liệu kim
loại mỏng. Tuy nhiên, đối với phần lớn các ứng dụng kim loại điền đầy
được thêm vào. Kích thước của dây kim loại điền đầy phụ thuộc vào
chiều dày của vật liệu cơ bản và nó quyết định dòng điện hàn. Kim loại
điền đầy thường được sử dụng dùng chung cho điều khiển bằng tay.
Nhưng việc cung cấp tự động có thể được dùng.
7.1 KIM LOẠI ĐIỀN ĐẦY
American Welding Society (AWS) cung cấp các đặc điểm kỹ thuật của
kim loại điền đầy cho hàn GTAW, phổ biến nhất hiện nay “ Các đặc

45


EWLa-1
EWTh-1
EWTh-2
EWZr-1
EWG

98.3%W, 1% oxit lanthanum
98.3%W, 1% oxit thorium
97.3%W, 2% oxit thorium
99.1%W, 0.25% oxit ziconium
94.5%W, phần còn lại không áp
dụng

Đen
Vàng
Đỏ
Nâu
Xám

Bảng 4 - Loại, màu và thành phần hoá học của điện cực Tungsten
Các điện cực tungsten thường được sử dụng có các đường kính
được giới hạn từ 0.2in (0.5 mm) tới ¼ in (6.4 mm), và chiều dài từ 3 in
(75 mm) tới 24 in ( 610 mm).

Điện cực khi dùng với Điện cực khi dùng với
nguồn DCEN
nguồn AC hoặc DCEP

cho phương pháp hàn GTAW
7.3 PHÂN LOẠI ĐIỆN CỰC
AWS phân loại hệ thống được sử dụng.
 Chữ cái E làm ký hiệu bắt đầu, tương ứng với “ Electrode”.
 Chữ cái W cho biết chủ yếu là tungsten (Wonfram).
 Chữ cái P cho biết điện cực về cơ bản là tungsten nguyên chất.
 Chữ Ce, La, Th và Zr cho biết rằng điện cực đã được hợp kim
cùng với oxit của cerium, lathanum, thorium, hoặc ziconium,
tương ứng.
 Chữ số ở sau cùng của một vài phân loại chỉ cho biết khác nhau
của các mức độ thành phần trong giới hạn cụ thể nhóm.
 Chữ cái G cho biết rằng điện cực tổng hợp phân loại và có thể
không chỉ rõ nguyên tố hợp kim.
Phân loại điện cực theo AWS được trình bày trong (bảng 4)
 Loại EWP là tungsten nguyên chất. Chúng là loại rẻ tiền trong
nhóm các điện cực tungsten và thường được dùng cho các công việc
có mục đích tổng hợp trên các kim loại khác nhau, cho phép mật độ
dòng tương đối thấp, chống nhiễm bẩn tốt, thường dùng hàn đối với
các ứng dụng thông thường.
 Loại EWCe-2 là một loại tương đối mới được phân loại, và bao
gồm oxit cerium. Ceria làm tăng thêm khả năng dễ dàng khi mồi hồ
quang, cải thiện sự ổn định của hồ quang và giảm bớt tốc độ cháy
lụi (sự sói mòn). không có tính phóng xạ, ổn định và có tuổi thọ
cao.
 Loại EWLa-1 bao gồm khoảng chừng 1% oxit lanthanum. Các lợi
thế và đặc điểm riêng là rất giống nhau với các đặc điểm của điện
cực EWCe-2.
 Loại EWTh-1 và EWTh-2 bao gồm khoảng chừng 1 hoặc 2 % oxit
thorium, thorium là một loại vật liệu có tính phóng xạ ở mức thấp,
và đối với số lượng của thorium có mặt trong điện cực, mức độ của

EWXđiện mỏ
X
cực phun

EWXX

0.25
0.50
1
1.6

6.4
6.4
8-9.8
9.8

(*)
(*)
(*)
10-20

2.4

12.7

3.2

15.9

4

10015-30
160
15025-40
200
20040-55
275
25055-80
350
32580-125
450

EWXX
Tới 15
5-20
15-80
70-150
140230
225325
300400
400500
500630

AC
Xung đối xứng
EWP

EWXX

Tới 15
10-20

Khi lắp đặt một điện cực mới vào trong kìm hàn, màu ở đầu chót được
quay vào phía trong của kìm hàn cũng chính vì điều đó mà nó không bị
phá hỏng bởi hồ quang (dễ nhận biết trong quá trình sử dụng), ống kẹp
phải phù hợp với kích thước của điện cực và toàn bộ bộ phận lắp ráp
phải chặt chẽ cũng chính điều đó làm cho nhiệt của hồ quang được
truyền vào vỏ kìm và giá đỡ rồi toả đi. Điện cực phần nối dài từ ống
kẹp sẽ được giữ gìn cho đến khi còn là nhỏ nhất.
Ống kẹp điện cực phải được giữ gìn sạch sẽ, cũng tương tự như ống
phun khí để không gây cản trở cho luồng khí.
Kích thước điện cực phải phù hợp với kiểu dòng điện, từng loại công
việc, và giá trị thực của dòng điện sẽ được dùng. Giá trị của dòng điện
hàn được yêu cầu dựa trên quy trình hàn (WPS) cho từng đặc thù của
kim loại hàn. Số liệu được cung cấp trong các bảng này được thiết lập
từ điểm bắt đầu.
Ví dụ: Nếu được yêu cầu sử dụng dòng điện hàn 100A và được
dùng với dòng AC, nó sẽ gợi ý cần có một điện cực
Tungsten nguyên chất 2.4mm hoặc 3.2 mm có thể sẽ được
sử dụng.
Nếu quy trình hàn (WPS) yêu cầu dùng dòng DC phân
cực âm hoặc DC phân dương thì kích thước điện cực khác
nhau sẽ phải cần đến. Sở thích và kinh nghiệm người thợ
hàn nằm trong sự lựa chọn kích thước điện cực. Nếu thợ
hàn sử dụng điện cực tungsten nguyên chất và nó có
khuynh hướng trở nên nóng quá hoặc xuất hiện sự thấm
ướt bề mặt, đó là dòng điện quá cao đối với kích thước
của điện cực.
7.4 KHÍ BẢO VỆ
Khí gas được dùng cho hàn GTAW phải là khí trơ. Duy chỉ có Argon
và He được sử dụng từ rất lâu những loại khí trơ khác nhiều nhưng
cũng rất đắt tiền. Lựa chọn khí là cơ sở dựa trên kim loại được hàn. Nó

hơn chất lượng của bất cứ phương pháp hàn hồ quang nào khác. Mức
độ cao của chất lượng đạt được khi tất cả những công việc cần thiết đã
nắm vững và chuẩn bị trước. Đã từ lâu phần lớn công việc được thực
hiện bởi phương pháp hàn GTAW trên kim loại không có chất sắt. Nó
hoàn toàn cần thiết được làm sạch một cách chu đáo từng bước trong
quá trình hàn. Khu vực làm việc nhất định phải vệ sinh vô cùng sạch
sẽ. Bàn hàn và các dụng cụ đồ nghề cũng được làm sạch, dây hàn điền
đầy được bảo quản cẩn thận trước khi đem ra sử dụng, khí bảo vệ phải
đạt được độ tinh khiết và phù hợp với cấp độ hàn, và các dụng cụ phải
có điều kiện làm việc tốt. Nếu các điều kiện này đã được thực hiện và
thợ hàn có khả năng, kỹ năng khéo léo, các mối hàn chất lượng cao sẽ
có kết quả.
Nhiệt độ cung cấp và kỹ thuật của người thợ hàn ảnh hưởng nhiều tới
việc thực hiện và chất lượng mối hàn.
 Khi nhiệt cung cấp quá thấp, điều đó có thể xảy ra từ một
dòng điện hàn quá thấp hoặc tốc độ hàn quá nhanh, đường
hàn nhỏ cao là hiển nhiên và độ ngấu nhỏ.
 Khi dòng điện hàn quá thấp, đường hàn sẽ cao, độ
ngấu sâu kém, và có khả năng của chồng lấp ở rìa
đường hàn
 Khi tốc độ hàn quá nhanh, đường hàn cũng nhỏ và độ
ngấu sâu kém
 Khi nhiệt cung cấp quá lớn, điều đó có thể xảy ra từ một
dòng điện hàn quá cao hoặc tốc độ hàn quá chậm, đường hàn
trở nên vô cùng rộng, thường rộng và bằng. Điều đó làm cho
độ ngấu cũng nhiều và có thể bị bắn toé.

Phương pháp hàn TIG – CHU VĂN THAO

50

bản, tính dẫn, và kiểu mối ghép. Cường độ dòng điện quá cao sẽ
tạo cho mối hàn quá tẹt và xù xì và có thể là nguyên nhân của
nứt. Cường độ dòng điện không có hiệu quả sẽ có kết quả là
đường hàn có đỉnh cao gồ gề. Nếu tốc độ cũng nhanh, đỉnh
đường hàn sẽ cao, không mịn, và có độ ngấu không hiệu quả.
Tốc độ hàn có thể cần được thao tác khác hoặc thay đổi. Khi kim
loại cơ bản nguội lạnh cần phải hạ thấp tốc độ hàn, để vật hàn
hấp thụ nhiệt và làm tăng nhiệt độ, tốc độ hàn sẽ được tăng dần
lên.
ĐIỆN CỰC TUNGSTEN
Vấn đề chất lượng mối hàn bao gồm cả điện cực Tungsten bị
nằm trong kim loại mối hàn đông đặc, điều đó có thể được phát
hiện ra bằng phương pháp chụp ảnh phóng xạ. Trước đây được
Phương pháp hàn TIG – CHU VĂN THAO

51


9

gọi là sự nổ mìn nhỏ tungsten và là cơ sở dựa trên dòng điện quá
cao so với kích thước hoặc loại của điện cực tungsten.
Vấn đề nghiêm trọng khác là thay đổi hồ quang, điều đó thông
thường là kết quả của việc làm hư hỏng hoặc bẩn điện cực. Điện
cực sẽ trở thành bị oxy hoá nếu khí trơ không liên tục bảo vệ nó
trong khi nóng. Đây là lý do đối với các chế độ điều khiển ống
đếm lưu lượng khí trên hầu hết các máy hàn GTAW.
Kim loại điền đầy cùng với lớp phủ ngoài bị oxit quá mức có thể
cũng tạo nên mối hàn bị bẩn. Hơi ẩm sẽ tập chung trong lớp oxit
này. Dây kim loại điền đầy cần phải được làm sạch bằng giấy


Phương pháp hàn TIG – CHU VĂN THAO

52


GTAW là cần thiết đối với các hợp kim này, hoàn toàn được bảo vệ
cùng với khí trơ.
Nhôm và hợp kim của nhôm sẽ được hàn cùng với dòng điện AC, sử
dụng khí bảo vệ là Argon hoặc khí trộn Ar-He. Hầu hết hợp kim của
nhôm được hàn bằng GTAW cùng với dòng AC kết hợp cả hai cùng
với sóng cân bằng hoặc sóng vuông.

Phương pháp hàn TIG – CHU VĂN THAO

53


KỸ THUẬT THAO TÁC
HÀN BẰNG TAY
10

CHUẨN BỊ ĐỐI VỚI HÀN, KHỞI ĐỘNG VÀ TẮT THIẾT BỊ

Mục đích: Trình bày tiêu chuẩn đồng bộ của từng bước thao tác với
sự điều chỉnh một cách đúng đắn, chỉnh lý và bảo quản
thiết bị hàn GTAW tới việc cải thiện hiệu quả công việc
và an toàn trong hàn.
10.1 Dụng cụ
- Quần áo bảo hộ, mũ, găng tay, kính hàn và kính mài

® iÖ n c ù c

n¾p chôp

ta y c Ç m

Hình 6 - Các chi tiết của kìm hàn GTAW

Phương pháp hàn TIG – CHU VĂN THAO

54


 Đối với dòng điện hàn AC, đầu mút điện cực hàn sẽ được tạo
tròn và làm sáng bóng (xem hình 7)
 Đối với dòng điện hàn DC, mài đầu điện cực Tungsten tạo thành
một điểm và làm cùn ở mức độ không đáng kể
Chuẩn bị điện cực cho hàn dòng AC
Tungsten Pure và Tungsten Zirconia
A
B

C

ĐIỀU KIỆN TỐT
( Sáng bóng, đầu mút tròn)
DÒNG ĐIỆN QUÁ LỚN
( Hình dạng đầu que diêm)
ĐẦU MÚT BỊ BẨN VÀ LẪN KIM
LOẠI CƠ BẢN (Tương tự như „B“,

vặn nhẹ nhàng cho khít
 Điều chỉnh độ nhú của điện cực tungsten ra ngoài miệng của ống
phun khí khoảng chừng bằng 2 lần đường kính điện cực. Sau đó
vặn chặt nắp chụp.
èng phun khÝ
® iÖ n c ù c

b » n g 2 lÇ n ® ­ ê n g
k Ýn h ® iÖ n c ù c

Hình 8 - Độ nhú điện cực Tungsten
- Kiểm tra kẹp mát
- Cài đặt thiết bị
 Đặt chế độ AC hoặc DC tùy thuộc vào công việc làm.
 Đặt chế độ dòng điện
- Bộ phận công tắc tần số cao
 Liên tục đối với nhôm
 Tự động đối với thép carbon thấp và thép không gỉ
- Thiết bị khởi động nóng
- Điều chỉnh lưu lượng khí bảo vệ
 Điều chỉnh lưu lượng khí từ 7 - 10 lit/phút

Phương pháp hàn TIG – CHU VĂN THAO

56


10.3 Hàn
-Các vị trí nghiêng của kìm hàn và chiều dài hồ quang được duy trì
suốt trong quá trình làm việc hàn


15

750

(d ) R ó t q u e h µ n ra

750

0

(c ) T h ª m v µ o k im
lo ¹ i ® iÒ n ® Ç y

Phương pháp hàn TIG – CHU VĂN THAO

(c ) D a o ® é n g m á h µ n
tí i r×a c ñ a v ò n g h µ n

57


Hình 9 -

Phương thức thực hiện bằng tay cung cấp kim loại điền đầy vào trong
vũng hàn. (GTAW)
Mỏ hàn dao động theo hình tròn nhỏ cho đến khi thành lập được một
vũng hàn. Khi đó kìm hàn nghiêng về đằng sau một góc 750 và dao
động về đằng sau một chút không đáng kể trong khi đủ để kim loại
điền đầy nhúng vào trong bể hàn.

Phương pháp hàn TIG – CHU VĂN THAO

58


kim loại nóng chảy thấm ướt và dòng chảy liên tục thích hợp và ngăn
cản sự nhiễm bẩn của mối hàn cùng với oxit.
11.1 Mối hàn giáp mối
Mối hàn giáp mối không vát mép có thể được áp dụng khi hàn vật liệu
có chiều dày nhỏ hơn 3mm, khi mối hàn cần ngấu toàn phần thì cần
phải cho thêm kim loại phụ. Mối ghép được hàn đính để có khe hở đều
và có kích thước xác định. Khi hàn trên kim loại mỏng thường bẻ gờ
và thổi chảy chứ không dùng kim loại phụ. Khi hàn trên các tấm có
chiều dày lớn hơn 3mm phải vát mép, thông thường chọn kiểu vát mép
chữ „V“, „J“. Kiểu vát mép chữ „V“ đôi hoặc „J“ đôi... được dùng khi
bề dày vật liệu lớn hơn 25mm. Khi mối hàn có thể hàn từ hai phía thì
nên chọn kiểu vát đôi để giảm lượng đắp và có hiệu quả kinh tế hơn.
Thực tế thường khi hàn trên tấm dày chỉ có lớp lót là được thực hiện
bằng phương pháp hàn GTAW, còn các lớp hàn phủ được thực hiện
bằng phương pháp hàn SMAW hoặc GMAW.
11.2 Mối hàn chồng mí
Mối hàn chồng mí có ưu điểm là không cần chuẩn bị mối hàn, đặc biệt
là khi hàn trên tấm mỏng, yếu tố quan trọng để chuẩn bị mối hàn chồng
mí là phải đảm bảo sự tiếp xúc đều giữa hai mép trên toàn bộ mối hàn.
Các mối nối chồng mí trên tấm có bề dày nhỏ hơn 3mm thường được
hàn chảy tạo mối hàn bằng chính vật liệu cơ bản không cần dùng kim
loại phụ. Cần phải hiệu chỉnh các thông số hàn sao cho đảm bảo độ
nóng chảy xong không đánh thủng và làm cháy mặt bên kia của mối
ghép. Mối ghép chồng mí có bề dày từ 3mm tới 6mm sẽ được đắp
thêm kim loại phụ khi hàn và hàn với một lớp hoặc nhiều lớp hàn đối

phiên) giữa hai bên để hạn chế được sự biến dạng khi hàn và sau khi
hàn
11.5 Mối hàn bẻ gờ
Các mối hàn bẻ gờ thường được áp dụng trên các tấm mỏng, không
dùng kim loại phụ vì mép hàn sẽ nóng chảy và bổ xung tạo thành mối
hàn. Mối hàn này thường được áp dụng hàn các nắp thùng kín. Mối
hàn này có nhược điểm là vùng chân mối hàn rất dễ bị ăn mòn, do vậy
khi hàn các thiết bị áp lực, quy trình hàn phải được thẩm định chắc
chắn. Thường thì với các thiết bị áp lực các mối hàn ở dạng này được
thay bằng các mối hàn giáp mí có tấm lót.

Phương pháp hàn TIG – CHU VĂN THAO

60