PHẦN VI
HÀN HỒ QUANG NÓNG CHẢY
TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ BẢO VỆ
1

GIỚI THIỆU
1.1 THỰC CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM
1.2 ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN GMAW
1.3 ƯU ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN GMAW
Hàn GMAW có thể được thực hiện bán tự động hoặc tự động, ngày nay
chúng được sử dụng rộng rãi cho các công việc hàn nhờ các ưu điểm:
 Năng suất cao
 Giá thành thấp
 Năng lượng hàn ít, ít biến dạng nhiệt
 Hàn được hầu hết các kim loại
 Dễ tự động hoá.
1.4 NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN GMAW
 Thiết bị hàn GMAW được chế tạo tinh vi phức tạp rất đắt tiền do đó
cần phải có sự giữ gìn và bảo dưỡng.
 Nếu khí gas không đảm bảo độ tinh khiết, mối hàn sẽ bị lẫn xỉ và rỗ
khí, chất lượng mối hàn không tốt.
 Trong quá trình hàn cần có sự che chắn đảm bảo cho khu vực hàn
không bị gió lùa hoặc thổi tạt
 Khó khăn hơn khi phải làm việc ở những vị trí trên cao

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

48


2

Đặc tính tốt nhất của phương pháp hàn GMAW được mô tả bởi 4 kiểu
chuyển dịch cơ bản.
 Chuyển dịch phun
 Chuyển dịch cầu
 Chuyển dịch ngắn mạch
 Chuyển dịch xung
Chuyển dịch phun và chuyển dịch cầu là đặc trưng của quá trình hàn
với năng lượng hàn tương đối cao. Chuyển dịch phun có được, khi dùng
dây hàn có đường kính tương đối nhỏ, cả hai chuyển dịch cầu và
Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

49


chuyển dịch phun chỉ giới hạn áp dụng khi hàn ở vị trí phẳng hoặc
ngang và với bề dày kim loại lớn hơn 3mm (1/8in)
Chuyển dịch xung đặc trưng bởi năng lượng hàn tương đối thấp.
Chuyển dịch ngắn mạch có năng lượng hàn thấp nhất thích hợp cho
những ứng dụng trên kim loại có bề dày nhỏ hơn 3mm (1/8 in).
Các nhân tố xác định loại chuyển dịch.
 Mật độ dòng điện
 Kích thước dây điện cực hàn
 Dòng điện
 Loại khí bảo vệ
 Điện áp hồ quang
2.3 CHUYỂN DỊCH DẠNG PHUN (SPRAY TRANSFER)
Chỉ xảy ra khi khí bảo vệ có hơn 80% Argon.
KHÍ BẢO VỆ
∗ Có thể hỗn hợp như sau:
95% Ar, 5% ô xy

chuyển dịch khác, bởi vì hồ quang nhúng chìm vào bể hàn, hiệu quả
làm sạch biên mối hàn kém.
∗ Giọt kim loại có kích thước bằng 1.5 đến 2 lần đường kính
điện cực hàn
Thường sử dụng khí bảo vệ là khí CO2.
∗ Tạo độ ngấu rộng và sâu.
∗ Nếu thêm Argon nó sẽ cải thiện sự ổn định hồ quang.
Chỉ giới hạn cho các tư thế hàn bằng và hàn ngang
2.5 CHUYỂN DỊCH NGẮN MẠCH
Trong kiểu chuyển dịch ngắn mạch, năng lượng có trị số thấp, tất cả
kim loại chuyển dịch xảy ra khi dây hàn tiếp xúc vào vũng nóng chảy
của vật hàn. Trong kiểu chuyển dịch kim loại này, đặc tính nguồn hàn
điều khiển mối quan hệ giữa sự thiết lập gián đoạn của hồ quang và
ngắn mạch của dây hàn tới vât hàn. Từ đó nhiệt lượng thấp, độ ngấu của
mối hàn rất nông và cần phải chú ý khi thực hiện cùng với kỹ thuật đảm
bảo tốt đối với chi tiết dày.
Tuy nhiên, đặc tính cho phép hàn ở mọi vị trí. Chuyển dịch ngắn mạch
có đặc thù thích ứng khi hàn với các chi tiết mỏng.
Ứng dụng hàn:
 Thép các bon vừa và thấp.
 Thép hợp kim thấp có sức bền cao.
 Một vài loại thép không rỉ
Que hàn được đưa liên tục chạm vào kim loại cơ bản, tạo ra ngắn mạch.
Điều đó làm cho dây hàn bị nổ, tạo ra hồ quang mới. Dù vậy, vì dây hàn
được cấp có điện áp cao, dây hàn lại tiếp tục chạm vào kim loại cơ bản
và chu trình lặp lại.
Chu trình lặp lại quá nhanh để có thể nhận thấy bằng mắt thường.
Thông thường sử dụng khí bảo vệ là 100% khí CO2
 Có thể trộn thêm khí Argon
Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

52


3

TRANG THIẾT BỊ
Phương pháp hàn GMAW có thể được thực hiện tự động hoặc bán tự
động, trang thiết bị cơ bản đối với bất kỳ hệ thống hàn GMAW nào
cũng bao gồm như sau:
∗ Súng hàn
∗ Mô tơ cấp dây và các thiết bị kết hợp hoặc các bánh xe cuộn
∗ Bộ điều khiển
∗ Nguồn hàn
∗ Van giảm áp và chỉnh lưu lượng khí
∗ Các trang thiết bị cho dây điện cực
∗ Cáp điện và các đường dẫn khí bảo vệ

Hướng hàn

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.

Ống phun khí

khí thâm nhập vào trong vũng hàn khi hàn.
∗ Đồng thời khí bảo vệ còn đảm nhận các công việc sau:
 Mồi hồ quang dễ dàng và hồ quang cháy ổn định
 Tác động đến các kiểu chuyển dịch trong hồ quang hàn
 Ảnh hưởng đến độ ngấu và tiết diện ngang của mối hàn
 Tốc độ hàn
 Khả năng tạ ra khuyết tật biên mối hàn
 Tẩy sạch bề mặt và biên đường hàn

Argon

Argon-Helium

Helium

CO2

Ảnh hưởng của khí bảo vệ đến tiết diện ngang của mối hàn
Hình 5.

Đường viền của các đường hàn và mặt cắt độ
ngấu đối với từng loại khí bảo vệ.

Argon-O2

Argon- CO2

CO2

Ảnh hưởng của khí bảo vệ khi thêm O2 và CO2 vào Argon


Ar + 20-80% He

Khí trơ

Nhôm, mangan, và hợp kim đồng vì có
nhiệt lượng lớn và mức độ rỗ khí nhỏ (ảnh
hưởng của hồ quang tốt hơn Helium 100%)

Nitrogen

Cung cấp nhiệt lượng lớn trên đồng
(Châu âu )

Ar + 20-30% N2

Cung cấp nhiệt lượng lớn trên đồng (ảnh
hưởng của hồ quang tốt hơn N2100%)

Ar + 1-2% O2

Oxy hoá mức
độ nhỏ

Thép trắng và thép hợp kim, một vài tính
khử đối với hợp kim đồng

Ar + 3-5% O2

Oxy hóa


Các loại thép có tính chất khác nhau
(Nhật)

90% He
+ 7.5% Ar
+ 2.5% CO2

Oxy hoá mức
độ nhỏ

Các loại thép trắng có tính chống ăn mòn
cao, dùng cho kiểu chuyển dịch ngắn mạch

60 - 70% He
+ 25 - 35% Ar
+ 4 - 5% CO2

Oxy hóa

Thép hợp kim thấp có tính dẻo, dùng cho
kiểu chuyển dịch ngắn mạch

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

55


Bảng 3.



Tác dụng làm sạch tốt

Argon
+ 1 – 5 % O2

Cải thiện sự ổn định của hồ quang; kết quả
dễ cháy hơn và kiểm soát tốt bể hàn, sự liên
kết tốt và mối hàn gọn, giảm thiểu cháy
chân, cho phép hàn ở tốc độ cao hơn Argon
nguyên chất

Argon
+ 3 - 10 % CO2

Hình dáng mối hàn đẹp, giảm thiểu sự bắn
toé, giảm bớt khả năng tách lớp khi lạnh,
không thể hàn được ở tất cả các vị trí.

Argon
+ 2 % O2

Giảm thiểu cháy chân, tạo tính bền tốt.

Argon
+ 1 % O2

Cải thiện sự ổn định của hồ quang, kết quả
dễ cháy hơn và kiểm soát tốt bể hàn, sự liên
kết tốt và mối hàn gọn, giảm thiểu cháy

Argon
+ Helium

Nhiệt độ dự nhiệt cao với 50 & 70% khí
trộn helium

Argon

Hồ quang ổn định tốt, tạp chất trong mối
hàn là nhỏ nhất, yêu cầu có sự hỗ trợ của
khí trơ ngăn ngừa gió làm ảnh hưởng ở phía
sau của khu vực mối hàn.

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

56


Bảng 4.

Kim loại

Lựa chọn khí gas cho hàn GMAW với kiểu
Chuyển dịch ngắn mạch
Khí bảo vệ

Thép carbon

Thép không gỉ


+ 2.5 % CO2

Không có tác dụng việc chống lại ăn mòn,
vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, không bị cháy
chân, ít biến dạng

60 - 70 % He
+ 25 - 35% Ar
+ 4 - 5% CO2

Ít khả năng phản ứng, tính bền cao, sự ổn
định hồ quang cao, ……., và biên dạng mối
hàn, ít bắn toé

75 % Ar
+ 25 % CO2

Tính hàn tốt, hồ quang ổn định cao, …….,
và biên dạng mối hàn, ít bị bắn toé.

Argon
và Argon
+ Helium

Argon thoả mãn phần lớn các kim loại,
Argon – helium được ưu tiên hơn trên phần
lớn các loại vật liệu ( lớn hơn 3.2mm)

4.2 DÂY HÀN
Khái quát chung:

Hợp kim
mangan

Đồng và
hợp kim
đồng

Niken và
hợp kim
Niken

Giới thiệu các loại dây hàn cho hàn phương pháp
hàn GMAW
Giới thiệu dây hàn

Loại vật liệu
1100
3003, 3004
5052, 5454
5083, 5086, 5456 6061,
6063

Phân loại dây hàn
ER1100 hoặc ER4043
ER1100 hoặc ER5356
ER5554, ER5554
hoặc ER5183
ER5556 hoặc ER5356
ER4043 hoặc ER5356


ERNiCrFe-5

ERAZ61A, ERAZ92A
ERAZ61A, ERAZ92A
ERAZ61A, ERAZ92A

Phân
loại
dây
hàn
AWS

A5.10

A5.19

Đường kính
dây hàn
in

mm

Giới hàn
dòng
điện (A)

0.030
3/64
1/16
3/32

400-6002

0.035
0.045
1/16
3/32

0.9
1.2
1.6
2.4

150-300
200-400
250-450
350-550

0.020
0.030
0.035
0.045
1/16

0.5
0.8
0.9
1.2
1.6

100-160

không gỉ
Austenitic

Ti - 0.15 Pd
Ti - 5Al - 2.5Sn

Phân loại dây hàn
Dùng kim loại điền đầy
1 hoặc 2 cấp độ thấp
ERTi-0.2Pd
ERTi-5Al-2.5Sn
hoặc nguyên chất

Loại 201
Loại 301, 302
304 & 308
Loại 304L
Loại 310
Loại 316
Loại 321
Loại 347

ER308

Thép carbon thường

ER70S-3 hoặc ER70S-1
ER70S-2, ER70S-4
ER70S-5, ER70S-6


0.9
1.2

-

A5.9

0.020
0.025
0.030
0.035
0.045
1/16
5/64
3/32
7/64
1/8

0.5
0.6
0.8
0.9
1.2
1.6
2.0
2.4
2.8
3.2

75-150

60-280
125-380
260-460
275-450
-

A5.28

0.035
0.045
1/16
5/64
3/32
1/8
5/32

0.9
1.2
1.6
2.0
2.4
3.2
4.0

60-280
125-380
275-450
-

A5.16

nhỳ in cc
Gii hn p
L lng kim loi thc s p vo mi hn trong mt n v
thi gian. (kg/gi). Cn cõn bng tc p v tc hn vỡ
nu cõn bng tt s giỳp cho tc p t c giỏ tr ti u.
Cỏc yu t sau õy s nh hng n s cõn bng gia tc
hn v tc cp dõy:
Kớch thc mi hn
Kiu mi hn
S lng lp hn
Sc kho ca th hn
Dũng in hn v tc cp dõy
Sau khi xỏc nh tc p ti u, bc k tip l xỏc nh tc
cp dõy v nhỳ in cc, v dũng in hn t c liờn
quan n gii hn p. Trong thc hnh, tc lng ng l
thụng s quan trng nht, s duy trỡ v phỏt trin bi thụng s
ca tc cp dõy ỳng hn l giỏ tr dũng hn.
in ỏp hn
in ỏp hn ( cú liờn quan ti chớnh xỏc ca chiu di h
quang ), cn thit lp v duy trỡ s n nh ca h quang cựng
vi la chn tc cp dõy hoc mc dũng in hn cú s
bn toộ l nh nht.
nhỳ in cc
ống phun khí
Đ ầ u tiế p x ú c
K h o ả n g c á c h từ
m iệ n g v ò i p h u n
k h í tớ i v ậ t h à n

Phng phỏp hn bỏn t ng VTH/Apave

T-

X

X
Ký hiệu điện cực
hàn hoặc que
hàn phụ

Ký hiệu điện cực
hàn hoặc que
hàn phụ

Dây đặc

Độ bền kéo nhỏ nhất
(Ksi)

Thành phần
hoá học và khí
bảo vệ

Vị trí hàn

Độ bền kéo nhỏ nhất
(Ksi) x 10

Dây lõi thuốc

Thành phần

V

Ti

Zr

Al

Khí
Gas

ER70S-2

≤ 0.07

0.90-1.40

0.40-0.70

≤ 0.025

≤0.035

…

…

…

…


…

…

…

CO2 (3)

DC (+)

ER70S-6

0.07-0.15

1.40-1.85

0.80 -1.15

≤0.025

≤0.035

…

…

…

…


…

…

…

CO2

DC (+)

E71T-1

…

≤1.75

≤0.90

≤0.04

≤0.03

≤0.50

≤0.20

≤0.30

≤0.08


…

…

≤1.8

Không

DC (-)

E60T-8

…

≤1.75

≤0.90

≤0.04

≤0.03

≤0.50

≤0.20

≤0.30

≤0.08

CO2 được điều chỉnh theo qui định. Khi đó thợ hàn sẽ đeo mặt nặ bảo
vệ và giữ kìm hàn ở tư thế sao cho thấy rõ chóp của mỏ hàn và bắt
đầu hàn.
Theo chỉ dẫn trên hình 8 (A). đỉnh của dây hàn được cho chạm vào
điểm bắt đầu và sau đó được đưa cao lên khoảng 3mm như hình 8 (B).
Tiếp theo, đóng điện cho mỏ hàn, một hồ quang được tạo ra, quá trình
hàn bắt đầu.

3 m m
(A )

10 m m
(B )

Hình 8. Bắt đầu hồ quang trong hàn GMAW
Từ khi phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí CO2 được
phát triển mạnh, do mật độ dòng điện lớn và nó tạo ra rất ít xỉ, việc
hàn có thể thực hiện theo hai chiều tiến và lùi (xem hình 9 )
Phương pháp hàn thuận được sử dụng khi hàn ngang mối hàn góc,
mối hàn bề mặt hoặc sau cùng, mối hàn một phía, và bề mặt mối hàn
khá bằng. ngược lại phương pháp hàn ngược tốt hơn nên dùng hàn
trong mặt rãnh vị trí hàn bằng, khi cần độ ngấu sâu hơn.
15 - 20

0

H íng hµn

15 - 20


2 m m

2 /3 W

1 /3 W

W

W

(A) Kỹ thuật chia ra từng phần mối hàn trong hàn giáp mối

35 - 45
40 - 50

0

0 - 20

0

0

H íng hµn
1 - 2 m m

( C h iÒ u d µ i c h © n m è i
h µ n tè i ® a 5 m m , v í i
d ß n g ® iÖ n tè i ® a 2 5 0 A )



0

40 - 50

0

1 - 2 m m

(1 )

(2 )

(3 )

(D) Góc độ mỏ hàn so với bề mặt làm việc. Hàn góc ngang, cùng với
nhiều đường hàn. (Chiều dài chân mối hàn lớn hơn12 mm)
Hình 10. Kỹ thuật thao tác trong hàn hồ quang khí bảo vệ CO2
* Khi hàn với chuyển dịch ngắn mạch, góc độ mỏ phun và độ nhú
điện cực như sau:

0 - 3 .2 m m
6 m m - 13m m

Hình 11. Độ nhú điện cực cho kiểu chuyển dịch ngắn mạch

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

64



19 m m - 25m m

Hình 13. Độ nhú điện cực cho kiểu chuyển dịch phun

5 0- 1 0

0

H íng hµn

Hình 14. Góc độ khi hàn với chuyển dịch ngắn mạch

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

65


Bảng 6. Quy trình đối với thép Carbon và thép hợp kim thấp - Chuyển dịch ngắn
mạch, hàn các góc ngang hoặc đấu mí vị trí bằng - Khí bảo vệ CO2

R = 0 - 1 /6 "
(0 - 1 .6 m m )

Chiều dày vật liệu
(mm)
Kích thước dây hàn
(mm)
Tốc độ cấp dây
(m/min)


0.8

0.9

0.8

0.9

0.8

0.9

0.8

0.9

0.8

0.9

1.2

1.2

1.2

2.5

1.9


55

80

80

120

100

130

115

160

130

175

145

165

200

250

250


18

18

19

19

20

20

21

21

22

22

1820

19-21

20-22

5

6

190

320

250

570

440

760

640

320

380

500

35

35

70

100

100


430

430

17

17

18

18

20

20

22

22

19

20

21

12-17
6-12

* Giảm 2 volt khi hàn với khí trộn Ar/CO2

1.2

Tốc độ cấp dây (m/min)

570

380

640

380

Dòng điện (A)

160

165

175

165

130-150

100-130

100-110

100-110



Kích thước mối hàn (mm)

4

5

6
b

10

12

8

10

Kích thước dây hàn (mm)

0.9

0.9

1.2

0.9

1.2


15

12

6

12

6

Dòng điện (A)

195

200

285

230

300

320

350

275

335


230

Điện áp DCEP - (V)

23

24

27

29

28

29

27

30

30

27

32

27

5.4


b Chỉ áp dụng cho vị trí hàn bằng

Phương pháp hàn bán tự động – VTH/Apave

67


Bảng 10. Quy trình đối với thép Carbon và thép hợp kim thấp - Chuyển dịch ngắn
mạch, hàn giáp mí bằng - Khí bảo vệ 90%Ar/10%CO2
Kỹ thuật: Sử dụng góc độ đẩy

Thæi
hå quang
45

0

60

0

1 /2 - 1 "
(1 2 - 2 5 m m )

T /2
2
1

1 /2 " (1 2 m m )


4.8-7.8

4.8-6.7

Lưu lượng khí (L/min)
Giới hạn đắp kg/h

3 /4 "
(1 9 m m )

4 .8 - 6 .4 m m

19-21
3.6-4.4

4.5-6.0

Độ nhú điện cực (mm)

19-25

Bảng 11. Quy trình đối với thép Carbon và thép hợp kim thấp - Chuyển dịch phun
xung, hàn các mối bằng hoặc ngang

Độ nhú điện cực: 19-25 mm
Lưu lượng khí: 17-19 L/min
Sử dụng góc hàn đẩy

45


8.3

9.5

Ar + 5% CO2

23-24

24-25

27-28

Ar + 10% CO2

24.5-25.5

25.5-26.5

28-29

28-29

28.5-30

30-31

330-360

350-380


10

≥ 12

Kích thước mối hàn (mm)

8

2 lớp và nhiều hơn

Đường kính dây hàn (mm)

1.2

1.2

Tốc độ cấp dây (m/min)

3.2

3.3-3.7

Ar + 5% CO2

17-18

18.5-19.5

Ar + 10% CO2


Điện áp

Dòng hàn*

Tốc độ hàn

Góc hàn

Độ nhú điện
cực

Cỡ dây

Khí bảo vệ

Hiệu chỉnh
Ngấu sâu hơn

1

Tăng

Ngấu nông hơn

1

Giảm

Rộng hơn



3

Hàn thuận
Max. 250

2

Giảm

5

Nhỏ hơn

3

Hàn ngược

2

Tăng

5

Lớn hơn

Giảm

3



2

Tănga

3

Nhỏ hơn

Giảm năng suất đắp

1

Giảm

2

Giảma

3

Lớn hơn

1, 2, 3, 4, 5 Thứ tự ưu tiên khi hiệu chỉnh ( vai trò quan trọng của tham số)
* Chỉnh thông qua tốc độ cấp dây
a
Hiệu chỉnh đồng bộ với tốc độ cấp dây để đảm bảo dòng hàn

4