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 đầy 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 hồ 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
phủ ngay lập tức bên trên khu vực mối hàn. Thuốc được phủ sát hồ
quang nóng chảy và trộn lẫn với kim loại mối hàn nóng chảy giúp làm
tinh khiết và củng cố nó. Lớp xỉ được hình thành và nổi lên trên bề mặt
tạo thành một lớp phủ bảo vệ. Mối hàn hồ quang chìm nằm ở bên dưới
lớp thuốc và xỉ. Từ lúc này nó có tên là Hàn Hồ Quang Chìm.
D ©y hµn
T huèc hµn

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
4. Cuộn dây hàn
7. Vật liệu hàn cơ bản
10. Dây cáp điều khiển

2. Bộ điều khiển
5. Mô tơ cấp dây
8. Dây nối kẹp mát

3. Dây hàn
6. Phễu đựng thuốc hàn
9. Dây cáp hàn

Hình 8. Biểu đồ khối phương pháp hàn SAW

Hàn hồ quang dưới lớp thuốc - VTH/Apave

38


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


Hàn hồ quang dưới lớp thuốc - VTH/Apave

39


Thiết bị hàn hồ quang chìm thường được trang bị thêm các trang thiết bị
khác như thiết bị dò rãnh hàn (đầu dò quang học), bộ lắc ngang, bộ điều
khiển từ xa.
5. DÂY HÀN VÀ THUỐC 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 chữ 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 ( 0F ) 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.

F

THUỐC HÀN


16% độ giãn dài trong 2”

AP-

Hàn bình thường
Xử lý nhiệt sau khi hàn

27 J
Z02456810
-

Không yêu cầu
00 F = - 180 C
0
F = - 180 C
00 F = - 180 C
00 F = - 180 C
00 F = - 180 C
00 F = - 180 C
00 F = - 180 C

Hình 9. Hệ thống phân loại thuốc hàn hồ quang chìm
Hàn hồ quang dưới lớp thuốc - VTH/Apave

40


Điện 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

CARBON
x 0.01

TÁC DỤNG
KHỬ OXY

Thấp (0.60 Mn ‘max.’)
Trung bình (1.25 Mn ‘max’)
Cao (2.25 Mn ‘max’)

K bao gồm
khử silicon

X

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).
6. LỰA CHỌN THUỐC HÀN VÀ DÂY HÀN KẾT HỢP

cho dạng hàn một hoặc nhiều lớp hàn của ứng dụng có liên quan tới tính
chất kim loại cơ bản. Nếu mối hàn có yêu cầu khó, việc thử nghiệm sẽ là
thủ tục đánh giá điều đó cho kết quả tính chất mối hàn mong muốn.
7. TỐC ĐỘ ĐẮP VÀ CHẤT LƯỢNG CỦA MỐI HÀN.
Tốc độ lắng của phương pháp hàn hồ quang chìm cao hơn bất cứ phương
pháp hàn hồ quang nào khác.
Có 4 nhân tố kiểm soát tốc độ lắng của hàn hồ quang chìm:
o Phân cực hàn
o Độ nhú điện cực
o Chất phụ gia trong thuốc hàn
o Và thêm vào điện cực (nhiều dây hàn)
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
Hàn hồ quang dưới lớp thuốc - VTH/Apave

42


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 một 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

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 hồ quang dưới lớp thuốc - VTH/Apave

43


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 thể
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
Một trong các ứng dụng chính cho hàn hồ quang chìm là hàn các mối
hàn vòng tròn, ở các bộ phận được quay với đầu hàn cố định. Các mối
hàn có thể được tạo từ đường kính bên trong hoặc bên ngoài ống.
Các tiến trình hàn hồ quang chìm là một bể hàn nóng chảy rộng và xỉ
nóng chảy và được chạy theo. Điều này bị bức chế khi hàn ở đường kính

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.
A

H­íng hµn

Trªn xuèng
A

H­íng hµn

A-A

B
B»ng
B

H­íng hµn

B-B

C

C-C

D­íi lªn
C

Gãc kÐo

C-C
C

Hình 15. Góc của điện cực so với mối hàn

Hàn hồ quang dưới lớp thuốc - VTH/Apave

46


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
quang và bể hàn có thể là sự bất lợi trong khả năng đi đến gốc của mối
hàn rãnh và sự điền đầy chính xác hoặc kích thước của mối hàn.
11. MỘT VÀI BIẾN ĐỔI CỦA PHƯƠNG PHÁP

Phần lớn sự biến đổi của phương pháp làm tăng thêm khả năng làm việc.
một vài biến đổi thông dụng của phương pháp hàn hồ quang chìm.