ỦY BAN NHÂN DÂN.TPHCM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC


CÔNG TRÌNH THI ĐUA
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ HÀN
MAG ĐẾN CHIỀU SÂU NGẤU CỦA MỐI HÀN KHI HÀN KẾT
CẤU THÉP TẤM Ở VỊ TRÍ 3G

TH.S: NGUYỄN VĂN ĐỒNG

TP.HCM 03-2015

Trang 1


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề.
Trong những năm gần đây kỹ thuật Hàn đã có những bước phát triển mạnh
mẽ, đáp ứng được các yêu cầu ngày càng cao về công nghệ và vật liệu. Nhiều
phương pháp Hàn mới đã xuất hiện, các công nghệ mới được áp dụng rộng rãi trong
kỹ thuật hàn. Các công nghệ hàn cổ điển, chủ yếu là thủ công và không liên tục
đang dần trở nên lạc hậu. Tính hiệu quả và kinh tế của hầu hết các cơ sở công
nghiệp từ các nhà máy điện, chế tạo máy móc, khai thác, lọc dầu, xây dựng các bồn
bể chứa dầu khí, hóa chất đều liên quan chặt chẽ đến sự ứng dụng hợp lý của các
công nghệ hàn. Hàn là công nghệ phức tạp, phối hợp nhiều ngành khoa học và kỹ
thuật từ vật lý, hóa học, luyện kim, cơ khí, tự động hóa đến kỹ thuật điện và điện tử.
Trong tình hình đất nước có nhiều đổi mới, đặc biệt khi nền kinh tế tăng
trưởng liên tục các ngành công nghiệp cũng phát triển với tốc độ tăng dần tiến tới

mục tiêu công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước. Do vậy các u cầu về kiến thức
khoa học cơng nghệ nói chung, cũng như khoa học cơng nghệ Hàn nói riêng địi hỏi
phải có sự đáp ứng kịp thời và phù hợp với sự phát triển cơng nhiệp hóa và hiện đại
hóa đất nước.
Khoảng 10 năm gần đây, nhiều cơng nghệ hàn mới được ứng dụng rộng rãi ở
Việt Nam và sẽ tiếp tục đóng vai trị quan trọng trong tương lai.
Hiện nay ngành Hàn đang phát triển rất mạnh mẽ với sự ra đời của các
phương pháp hàn mới, các thiết bị hàn ngày càng hiện đại nhằm giảm bớt sức lao
động và đem đến cho con người sản phẩm mới với chất lượng ngày càng cao. Một
trong những công nghệ hàn mới ở Việt Nam đó là cơng nghệ hàn hồ quang trong
mơi trường khí bảo vệ. Phương pháp hàn này có rất nhiều ưu điểm và đặc biệt nó
phù hợp với sản xuất lớn và các ứng dụng hàn tự động nhất là khi hàn các tấm kim
loại, các đường ống, bồn bể chứa có đường kính và chiều dày lớn.
Tuy nhiên trong quá trình hàn các kết cấu có kích thước, chiều dày lớn và
hàn ở các vị trí hàn khó trong khơng gian, “chẳng hạn như hàn mối hàn 3G” thì sự
Trang 2


hình thành mối hàn cũng khác nhau. Để có được mối hàn tương đối đồng đều về
kích thước, hình dáng trong quá trình hàn ta phải điều chỉnh, thay đổi các thơng số
của q trình hàn để đạt được hình dáng cũng như chất lượng mối hàn như mong
muốn. Vì vậy tác giả chọn đề tài nghiên “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công
nghệ hàn MAG đến chiều sâu ngấu của mối hàn khi hàn kết cấu thép tấm ở vị
trí 3G ”
1.2. Tình hình nghiên cứu.
1. K.Y. Benyounis, et al. “ Effect of welding parameters on heat input and weld
bead profile ’’ 15 May 2005
2. K.Y. Benyounis, et al.“ Optimizing the laser-welded butt joints of medium
carbon steel using RSM ”, 15 May 2005.
3. N. B. Mostafa and R. S Parmar. “Mathematical models to predict weld

bead dimensions in FCAW’’ Dec. 16- 19, 2007.
4. Xác định ứng suất dư cho mối hàn ống chịu áp lực bằng nhiễu xạ X – quang
Luận văn thạc sĩ Lâm Văn Tường 2011.
5. Nghiên cứa ảnh hưởng của chế độ hàn đến độ bền của mối hàn Luận văn
thạc sĩ Nguyễn Tấn Hải 2011
1.3. Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu nghiên cứu là nâng cao hiệu quả của quá trình hàn nhằm đạt chất lượng
mối hàn thông qua chiều sâu ngấu của mối hàn để lựa chọn chế độ hàn phù hợp với
kết cấu thép ở tư thế 3G.
- Nghiên cứu lý thuyết và khảo sát thực nghiệm, xác định được mức độ ảnh hưởng
của chế độ công nghệ hàn đến chất lượng mối hàn, thơng qua hình dạng mối hàn đối
với trường hợp hàn kết cấu thép ở tư thế 3G
1.4. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu
1.4.1. Nhiệm vụ của đề tài
-

Tìm hiểu về tổng quan cơng nghệ hàn MAG, sự hình thành mối hàn, cấu

trúc kim loại của mối hàn
-

Đặc biệt đi sâu nghiên cứu cụ thể sự ảnh hưởng của các thông số về năng
lượng hàn, khi hàn ở tư thế 3G để chế tạo kết cấu thép thông dụng như: Bồn
Trang 3


chứa, bể, thùng, … Có chiều dày thơng dụng nhất 10 mm. Những thơng số
có ảnh hưởng quyết định đến sự hình thành cũng như đến chất lượng mối hàn
bao gồm: Cường độ dòng điện hàn Ih , Hiệu điện thế hàn Uh , Tốc độ hàn Vh
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

-

Đề tài nghiên cứu đối với hàn hồ quang điện với phương pháp hàn MAG.

-

Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định chế độ công nghệ hàn thông qua các
giá trị hình dạng mối hàn được khảo sát.
Vật liệu nghiên cứu :

-

Thép các bon thấp CT3 có kích thước phơi 250x100x10mm

-

chọn dây hàn E70S-G theo tiêu chuẩn AWS hãng sản xuất Kim Tín Việt
Nam đường kính: ø1.2 mm.
- Khí bảo vệ: Khí CO2 có độ tinh khiết tối thiểu là 99,5%

1.5. Phương pháp nghiên cứu
- Dựa trên lý thuyết về công nghệ hàn MAG
- Lý thuyết về kim loại học và nhiệt luyện.
- Tham khảo tài liệu trên thế giới có liên quan đến cơng nghệ hàn.
- Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành chế tạo mẫu thử nghiệm, dùng quy
hoạch thực nghiệm để kiểm tra đánh giá kết quả thu được, xác định mối tương quan
giữa các yếu tố chế độ cơng nghệ hàn và hình dạng mối hàn.
1.6. Giá trị thực tiễn của lận văn.
- Kết quả của luận văn giúp cho người kỹ sư hoặc người thợ xác định được
chế độ hàn phù hợp khi thiết kế quy tình hàn hoặc trong khi hàn.

- Có thể dung làm tài liệu tham khảo cho các sinh viên ngành cơ khí, đặc biệt
trong chun ngành hàn… các học viên có thể làm tài liệu để làm tham khảo cho
các đề tài liên quan

Trang 4


CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Một số vấn đề cơ bản về lý thuyết hàn
2.1.1 Sự hình thành mối hàn
2.1.1.1 Khái niệm về mối hàn.
Mối nối được thực hiện bằng phương pháp hàn gọi là mối hàn. Mối hàn là
mối nối liền khơng tháo được.
Vị trí nối các chi tiết gọi là mối hàn
Trong hàn nóng chảy mối nối hàn gồm:

Hình 2.1. Mối hàn
+ Mối hàn:
Mối hàn gồm: kim loại cơ bản và kim loại điện cực (que hàn) sau khi
nóng chảy kết tinh tạo thành
+ Vùng tiệm cận mối hàn
Vùng kim loại cơ bản được nung nóng từ nhiệt độ 1000C đến nhiệt độ
gần nhiệt độ nóng chảy.
+ Kim loại cơ bản
Vùng kim loại không bị tác dụng của nhiệt trong quá trình hàn
2.1.1.2. Sự tạo thành bể hàn
Khi hàn nóng chảy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt làm cạnh hàn và kim loại
phụ nóng chảy tạo nên bể kim loại lỏng. Bể kim loại đó gọi là bể hàn hay vũng

hàn.

Trang 5


Trong quá trình hàn, nguồn nhiệt dịch chuyển theo kẻ hàn, đồng thời bể hàn
cũng dịch chuyển theo. Bể hàn được chia làm hai phần: phần đầu và phần đi.

Hình 2.2. Bể hàn
+ Phần đầu bể hàn
Ở phần này xảy ra q trình nóng chảy của kim loại cơ bản và kim loại
điện cực. Theo sự dịch chuyển của nguồn nhiệt, tất cả các kim loại ỏ phía
trước bị nóng chảy
+ Phần đuôi bể hàn
Ở phần này xảy ra quá trình kết tinh của kim loại lỏng bể hàn để tạo nên
mối hàn.
Trong quá trình hàn, kim loại lỏng trong bể hàn luôn chuyển động và xáo
trộn không ngừng. Sự chuyển động của kim loại lỏng trong bể hàn là do tác
dụng của áp lực dịng khí lên bề mặt kim loại lỏng và do tác dụng của lực điện
từ, làm cho kim loại lỏng trong bể hàn bị đẩy về phía ngược với hướng chuyển
dịch của nguồn nhiệt và tạo nên chỗ lõm trong bể hàn.
Hình dạng và kích thước của bể hàn phụ thuộc vào:
 Công suất của nguồn nhiệt
 Chế độ hàn
Trang 6


 Tính chất lý nhiệt của kim loại vật hàn
Hình dạng của bể hàn được đặc trưng bởi các đại lượng:
b- chiều rộng bể hàn

h- Chiều sâu nóng chảy
l- Chiều dài bể hàn
Tỷ số giữa chiều rộng và chiều dài bể hàn gọi là hệ số hình dạng của bể hàn:
 = b/ l
Hệ số hình dạng của bể hàn có ảnh hưởng lớn đến q trình kết tinh, do đó
ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn. Nếu b/l lớn (bể hàn rộng) thì điều kiện kết
tinh tốt, sau khi kết tinh nhận được mối hàn có chất lượng cao. Ngược lai, nếu
b/l nhỏ thì sau khi kết tinh có thể gây ra nứt ở trục mối hàn.

Hình 2.3 Hình dạng và kích thước của bể hàn
2.1.1.3. Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực vào bể hàn
Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực và bể hàn không những ảnh
hưởng đến sự tạo thành mối hàn, mà còn ảnh hưởng đến thành phần và chất
lượng mối hàn.
Khi hàn hồ quang tay, dù hàn bằng phương pháp nào và hàn ở bất kỳ vị trí
nào thì kim loại lỏng cũng đều chuyển dịch từ que hàn vào bể hàn dưới dạng
những giọt kim loại có kích thước khác nhau. Sự chuyển dịch của kim loại lỏng
từ que hàn vào bể hàn là do các yếu tố sau:
+ Trọng lực của giọt kim loại lỏng
Trang 7


Những giọt kim loại được hình thành ở mặt đầu que hàn, dưới tác dụng
của trọng lực sẽ dịch chuyển từ trên xuống dưới theo phương thẳng đứng
vào bể hàn
Lực trọng trường chỉ có tác dụng làm chuyển dịch các giọt kim loại lỏng
vào bể hàn khi ở vị trí sấp, cịn khi hàn ngửa yếu tố này hồn tồn không
thuận lợi.
+ Sức căng bề mặt
Sức căng bề mặt sinh ra do tác dụng của lực phân tử. Lực phân tử ln có

khuynh hướng tạo cho bề mặt kim loại lỏng có một năng lượng nhỏ nhất,
tức là làm cho bề mặt kim loại lỏng thu nhỏ lại. Muốn vậy thì những giọt
kim loại lỏng phải có dạng hình cầu. Những giọt kim loại lỏng hình cầu
chỉ mất đi khi chúng rơi vào bể hàn và bị sức căng bề mặt của bể hàn kéo
vào thành dạng chung của nó.
+ Lực từ trường
Dòng điện khi đi qua điện cực sẽ sinh ra một từ trường. Lực của từ
trường này ép lên que hàn làm cho ranh giới giữa phần rắn và phần lỏng
của que hàn bị thắt lại.

Hình 2.4. Tác dụng của lực từ trường ép lên đầu mút điện cực
Do bị thắt lại nên diện tích tiết diện ngang tại chỗ đó giảm, làm mật độ và
cường độ của lực từ trường mạnh lên. Mặt khác, tại chỗ thắt do có điện
Trang 8


trở cao nên nhiệt sinh ra lớn, làm kim loại nhanh chóng đạt đến trạng thái
sơi và tạo ra áp lực lớn đẩy các giọt kim loại lỏng vào bể hàn.
Lực từ trường có khả năng làm chuyển dịch các giọt kim loại lỏng từ đầu
que hàn vào bể hàn ở mọi vị trí
+ Áp lực khí
Khi hàn, kim loại lỏng ở đầu que hàn bị quá nhiệt mạnh và sinh ra khí. Ở
nhiệt độ cao, thể tích của khí tăng và tạo ra áp lực lớn đủ để đẩy các giọt
kim loại
2.1.2

Cấu trúc của kim loại mối hàn
Sau khi hàn, kim loại lỏng trong bể hàn kết tinh để tạo thành mối hàn. Vùng

kim loại xung quanh mối hàn do bị ảnh hưởng của nhiệt nên có sự thay đổi về tổ

chức và tính chất. Vùng đó gọi là vùng ảnh hưởng nhiệt.
Nghiên cứu tổ chức mối hàn của thép cácbon thấp thấy chúng có các phần
riêng với tổ chức khác nhau.
2.1.2.1 Vùng mối hàn
Trong vùng mối hàn kim loại nóng chảy hồn tồn, khi kết tinh có tổ chức
tương tự như tổ chức thỏi đúc. Thành phần và tổ chức kim loại mối hàn khác với
kim loại cơ bản và kim loại điện cực.

Hình 2.5. Tổ chức kim loại của mối hàn
Trang 9


+ Vùng ngoài cùng
Ở vùng này do tản nhiệt nhanh nên kim loại lỏng trong vũng hàn kết tinh
với tốc độ nguội lớn. Do vậy, sau kết tinh nhận được tổ chức kim loại với
những hạt tinh thể nhỏ mịn.
+ Vùng trung gian
Kim loại lỏng ở vùng trung gian không thể kết tinh với tốc độ nguội lớn
như vùng ngoài cùng. Các tinh thể kết tinh theo phương tản nhiệt nhưng
có chiều ngược lại. Do tốc độ nguội tương đối chậm nên sau khi kết tinh
nhận được các hạt tinh thể dài có trục vng góc với mặt tản nhiệt..
+ Vùng trung tâm
Kim loại lỏng ở vùng trung tâm kết tinh với tốc độ nguội chậm và trong
vùng này kim loại lỏng có nhiệt độ hầu như giống nhau, do vậy chúng kết
tinh gần như đồng thời và hướng tỏa nhiệt theo các phương đều như
nhau. Sau khi kết tinh nhận được các tổ chức kim loại gồm cac hạt đều
trục. Trong vùng trung tâm có thể có các tạp chất phi kim loại – xỉ..
Tùy thuộc vào tốc độ nguội mà trong tổ chức của kim loại mối hàn có thể
có hoặc khơng có vùng trung gian hoặc vùng trung tâm.
Nếu tốc độ nguội lớn thì các tinh thể hạt dài có thể phát triển sâu vào

trung tâm bể hàn, khi đó kim loại mối hàn chỉ có 2 vùng: vùng ngoài
cùng với các hạt nhỏ mịn và vùng trung gian với các hạt tinh thể dài.
Nếu tốc độ nguội rất chậm thì vùng tinh thể hạt dài (vùng trung gian) có
thể khơng có.
2.2.1.2

Vùng ảnh hưởng nhiệt và các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước của
khu vực ảnh hưởng nhiệt

+ Vùng ảnh hưởng nhiệt
Khi hàn nóng chảy, việc tạo thành vùng ảnh hưởng nhiệt ln xảy ra.
Kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt phụ thuộc vào:
 Phương pháp và chế độ hàn.
Trang 10


 Thành phần và chiều dày của kim loại vật hàn. Tổ chức kim loại của
kim loại ảnh hưởng nhiệt

Hình 2.6. Tổ chức kim loại của khu vực ảnh hưởng nhiệt



Vùng viền chảy
Trong vùng này kim loại cơ bản bị nung nóng đến nhiệt gần nhiệt độ
nóng chảy (kim loại ở trạng thái R-L). Thực chất ở đây quá trình hàn đã
xảy ra. Chiều rộng của vùng viền chảy tương đối nhỏ khoảng (0,1 - 0,5)
mm.




Vùng quá nhiệt
Vùng kim loại cơ bản bị nung nóng từ nhiệt độ khoảng 11000C đến gần
nhiệt độ nóng chảy. Trong vùng này kim loại có thể chuyển biến tổ chức,
đồng thời do bị quá nhiệt nên hạt autennit phát triển rất mạnh, vì vậy sau
khi nguội nhận được các hạt tinh thể lớn có độ dẻo, độ dai thấp.
Chiều rộng của vùng quá nhiệt có thể đạt (3 ÷ 4) mm.
Trang 11




Vùng thường hóa
Vùng kim loại cơ bản bị nung nóng đến nhiệt độ khoảng (900 ÷ 1100)0C.
Ở nhiệt độ này kim loại có tổ chức hồn tồn là autennit, sau khi nguội
nhận được tổ chức P + F hạt nhỏ có cơ tính cao. Chiều rộng của vùng
thường hóa khoảng 0,25 mm.



Vùng kết tinh lại khơng hồn tồn
Vùng kim loại bị nung nóng đến nhiệt độ khoảng (727 ÷ 900)0C.
Trong khoảng nhiệt độ này tổ chức của kim loại là autennit + ferit. Sau
khi nguội nhận được tổ chức peclit và ferit hạt lớn. Tổ chức này có cơ
tính tương đối thấp. Chiều rộng của vùng kết tinh lại khoảng (0,1 ÷ 5)
mm.



Vùng kết tinh lại

Vùng kim loại bị nung nóng đến nhiệt độ (500 ÷ 700)0C. Trong vùng
này xảy ra quá trình sáp nhập của các hạt tinh thể nhỏ lại với nhau để tạo
ra các hạt tinh thể mới. Quá trình này chỉ xảy ra với những kim loại và
hợp kim có biến dạng dẻo, cịn những kim loại và hợp kim khơng có biến
dạng dẻo thì khơng xảy ra quá trình này. Kim loại ở vùng kết tinh lại có
độ cứng thấp, độ dẻo cao. Chiều rộng của vùng kết tinh lại khoảng (0,1 ÷
5) mm.



Vùng giịn xanh
Vùng kim loại bị nung nóng đến nhiệt độ (200 ÷ 400)0C. trong vùng này
kim loại không thay đổi về tổ chức, nhưng do ảnh hưởng của nhiệt nên
tồn tại ứng suất dư.

+ Các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước của khu vực ảnh hưởng nhiệt
Kích thước của khu vực ảnh hưởng nhiệt được xác định trên
đường cong thay đổi tổ chức của cùng ảnh hưởng nhiệt.
Khu vực ảnh hưởng nhiệt có ảnh hưởng rất lớn đến cơ tính và chất lượng
của mối hàn.

Trang 12


Khu vực ảnh hưởng nhiệt càng nhỏ thì nội ứng suất sinh ra khi hàn lớn và
dễ có khả năng phát sinh vết nứt. Khu vực ảnh hưởng nhiệt càng lớn thì
khả năng biến dạng lớn.
Cơ tính kim loại của khu vực ảnh hưởng nhiệt (trừ vùng thường hóa) thấp
hơn kim loại cơ bản. Do vậy, khi hàn phải hạn chế kích thước của vùng
ảnh hưởng nhiệt.

Kích thước của khu vực ảnh hưởng nhiệt phụ thuộc vào:
Phương pháp hàn
Hàn bằng các phương pháp khác nhau thì kích thước của khu vực ảnh
hưởng nhiệt khác nhau.
Bảng 2.1 cho biết sự phụ thuộc của kích thước các vùng và chiều dài khu
vực ảnh hưởng nhiệt vào các phương pháp hàn khác nhau.
Bảng2.1. Sự phụ thuộc của kích thước các vùng và chiều dài khu vực ảnh
hưởng nhiệt vào các phương pháp hàn khác nhau.
Kích thước trung bình của các vùng
Phương pháp

Kết tinh lại

của khu vực

Thường

khơng hồn

ảnh hưởng

hóa

tồn

nhiệt (mm)

1,2

0,6


0,7

2,5

2,2

1,6

2,2

6

21

4

2

27

0,8 ÷ 1,2

0,8 ÷ 1,7

0,7

2,5

hàn

Q nhiệt
Que hàn trần
Que hàn thuốc
bọc dày
Hàn khí
Hàn tự động

Chiều dài

Chế độ hàn
Chế độ hàn có ảnh hưởng lớn đến kích thước của khu vực ảnh hưởng
nhiệt.
 Hàn với cường độ dịng điện hàn lớn hoặc hàn với ngọn lửa cơng suất
lớn thì kích thước của khu vực ảnh hưởng nhiệt lớn.
 Tốc độ hàn lớn thì kích thước của khu vực ảnh hưởng nhiệt nhỏ.
Trang 13


Thành phần kim loại vật hàn
Tính dẫn nhiệt của kim loại vật hàn càng lớn thì kích thước của khu vực ảnh
hưởng nhiệt càng nhỏ.
2.1.2.3 Đặc điểm
Về thực chất hàn là phương pháp công nghệ nối hai hoặc nhiều phần tử thành
một liên kết vững không tháo rời. Việc nối này được thực hiện bằng nguồn nhiệt
(hoặc nhiệt và áp lực) để nung nóng chỗ nối đến trạng thái hàn (trạng thái lỏng
hoặc dẻo). Sau đó kim loại kết tinh (ứng với trạng thái lỏng) hoặc dùng áp lực ép
(ứng với trạng thái dẻo) để các phần tử liên kết với nhau cho ta mối hàn.
Tiết kiệm kim loại: Với cùng loại kết cấu kim loại, nếu so sánh với
các phương pháp ghép nối khác, hàn tiết kiệm 10 ÷ 20% khối lượng kim loại.
Có thể hàn các kim loại khác nhau để tiết kiệm kim loại quí hoặc tạo các kết

cấu đặc biệt.
Mối hàn có độ bền cao và bảo đảm độ kín khít. Thơng thường mối hàn kim
loại được hợp kim hóa tốt hơn kim loại vật hàn.
Hàn có năng suất cao, vì có thể giảm được số lượng ngun cơng, giảm
cường độ lao động, ngồi ra cơng nghệ hàn cịn dễ tự động hóa, cơ khí hóa.
Tuy nhiên hàn cịn có nhược điểm. Do nguồn nhiệt nung nóng cục bộ, dễ tạo
ứng suất dư lớn. Tổ chức kim loại vùng gần mối hàn bị thay đổi theo chiều
hướng xấu đi làm giảm khả năng chịu tải trọng động của mối hàn; mặt khác cũng
dễ gây biến dạng các kết cấu hàn. Trong mối hàn cũng dễ bị khuyết tật rỗ khí,
nứt, ngậm xỉ,…
2.1.2.4. Phân loại hàn
Ngày nay hàn đã có hàng trăm phương pháp khác nhau. Theo trạng thái hàn
có thể chia làm 2 nhóm:
Do có nhiều ưu điểm hơn nên các phương pháp ngày càng được sử
dụng rộng rãi trong nhiều ngành cơng nghiệp như: đóng tàu, chế tạo máy, giao
thơng vận tải, xây dựng, hóa chất,…

Trang 14


1. Hàn laser

2. Hàn hồ quang plasma

3. Hàn chùm tia điện tử

4.Hàn hồ quang điện

5. Hàn điện xỉ


6. Hàn khí

7. Hàn nhiệt nhôm

8. Hàn hồ quang tay

9. Hàn tự động và bán tự động dưới lớp

10. Hàn hồ quang trong mơi trường khí bảo

thuốc

vệ;

11. Hàn hồ quang tay điện cực nóng chảy

12. Hàn hồ quang tay điện cực khơng nóng
chảy;

13. Hàn trong mơi trường khí argon

14. Hàn trong mơi trường khí hêli

15. Hàn trong mơi trường khí nitơ

16. Hàn trong mơi trường khí CO2

17. Hàn siêu âm

18. Hàn nổ


19. Hàn nguội

20. Hàn điện tiếp xúc

21. Hàn ma sát

22. Hàn khuếch tán trong chân không

23. Hàn cao tần

24. Hàn rèn

25. Hàn giáp mối

26. Hàn điểm

27. Hàn đường

28. Hàn bằng điện cực giả

29. Hàn điểm bằng tụ

Trong ngành cơng nghiệp đóng tàu chỉ sử dụng phương pháp hàn nóng chảy.
Đối với phương pháp hàn nóng chảy u cầu nguồn nhiệt có cơng suất đủ
lớn (ngọn lửa oxy – axetylen, hồ quang điện, ngọn lửa plasma, …) đảm bảo nung

Trang 15



nóng cục bộ phần kim loại ở mép hàn của vật liệu cơ bản và que hàn (vật kiệu
hàn) tới nhiệt độ chảy.
Khi hàn nóng chảy, các khí xung quanh nguồn nhiệt có ảnh hưởng rất lớn
đến q trình luyện kim và hình thành mối hàn. Do đó để điều chỉnh quá trình
hàn theo chiều hướng tốt thì phải dùng các biện pháp công nghệ nhất định: dùng
thuốc bảo vệ, khí bảo vệ, hàn trong chân khơng,…
Trong nhóm hàn này, ta thường gặp các phương pháp hàn khí, hàn hồ quang
tay, hàn tự động và bán tự động dưới lớp thuốc, hàn hồ quang trong mơi trường
khí bảo vệ, hàn điện xỉ, hàn plasma,…
2.2. Tổng quan về phương pháp hàn trong mơi trường khí bảo vệ
Hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ (GMAW: Gas Metal Arc
Welding) là một phương pháp sử dụng hồ quang tạo ra giữa điện cực kim loại điền
đầy được cấp liên tục vào vũng hàn. Phương pháp này được sử dụng với sự bảo vệ
của khí được cấp bởi một nguồn bền ngồi và khơng có áp lực
Khái niệm cơ bản về hàn hồ quang trong khí bảo vệ đã được giới thiệu từ
năm 1920, nhưng đến tận năm 1948 nó mới được sử dụng rỗng rãi trên thị trường.
Đầu tiên, người ta xem nó là một phương pháp hàn với cường độ dòng điện cao, sử
dụng điện cực làm kim loại trần với đường kính điện cực nhỏ và khí trơ là khí bảo
vệ. Ứng dụng ban đầu của phương pháp là để hàn nhơm. Chính vì vậy, thuật ngữ
MIG ( Metal Inert Gas) hay hàn với điện cực kim loại trần có khí trơ bảo vệ đã được
sử dụng và vẫn là sự ám chỉ phổ biến về phương pháp hàn này. Sự phát triển tuần tự
điện một chiều mạch đập, ứng dụng được hàn một khoảng rộng hơn các vật liệu và
sử dụng các loại khí có hoạt tính cao (đặt biệt là CO2) tiếng Anh gọi là phương pháp
hàn MAG (Metal Active Gas) và hỗn hợp khí làm môi trường bảo vệ. Sự phát triển
sau này đã dẫn đến sự chấp nhận chính thức về thuật ngữ GMAW do sử dụng khí
trơ và khí hoạt tính để bảo vệ mối hàn.
Một biến thể của phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí
bảo vệ là sử dụng một điện cực hình ống có lõi chứa đầy bột kim loại để tạo nên

Trang 16



những thành phần cơ bản của kim loại mối hàn (điện cực kim loại lõi thuốc). Những
điện cực như thế khi sử dụng bắt buộc phải có khí bảo vệ kim loại vũng hàn nóng
chảy khỏi tác động của khơng khí.
Những điện cực có lõi bột kim loại này được hiệp hội hàn Hoa Kì coi là một
nhánh của GMAW. Các hiệp hội hàn ở các nước khác có thể xếp điện cực này vào
nhóm điện cực có lõi thuốc.
Phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ có thể vận
hành theo kiểu bán tự động hoặc tự động. Tất cả các kim loại quan trọng trong
thương mại như là thép cácbon, thép hợp kim thấp độ bền cao, thép không rỉ, nhôm,
đồng, titan và các hợp kim của niken có thể hàn ở mọi tư thế bằng phương pháp
này, chỉ cần lựa chọn được khí bảo vệ, điện cực và các thơng số hàn thích hợp.
2.2.1. Phạm vi ứng dụng và ưu điểm
Phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong mơi trường khí bảo vệ
được sử dụng rộng rãi ngày nay chính là dựa trên những ưu điểm của nó. Những ưu
điểm quan trọng nhất như sau:
- Đây là một phương pháp hàn với điện cực nóng chảy, mà có thể sử dụng để
hàn kim loại và hợp kim
- Phương pháp GMAW khắc phục được hạn chế về chiều dài điện cực có
giới hạn trong phương pháp hàn hồ quang bằng que hàn có thuốc bọc
- Phương pháp này có thể thực hiện các công việc hàn ở tất cả các tư thế, một
đặc điểm phương pháp hàn hồ quang ngầm dưới lớp thuốc khơng có được
- Tốc độ điền đầy là cao hơn so với phương pháp hàn hồ quang với que hàn
có thuốc bọc vì điện cực được cấp liên tục và tốc độ điền đầy mối hàn cao hơn.
- Vì dây hàn được cấp liên tục, có thể thực hiện được các mối hàn dài mà
không phải dừng rồi gây lại hồ quang.
- Khi sự chuyển kim loại dạng bụi được sử dụng, có thể tạo nên những mối
hàn có tốc độ thâm nhập sâu hơn so với hàn bằng hàn hồ quang với que hàn có


Trang 17


thuốc bọc. Điều đó cho phép thực hiện những mối hàn góc với kích cỡ nhỏ hơn mà
vẫn đảm bảo độ bền tương đương.
- Công tác làm sạch sau khi hàn là ít nhất do khơng có xỉ nhiều
Những ưu điển của phương pháp hàn này đặc biệt phù hợp với sản xuất lớn
và các ứng dụng hàn tự động. Ưu điểm này bộc lỗ rõ nét hơn khi sử dụng rô bốt
hàn, một lĩnh vực mà phương pháp hàn hồ quang trong khí bảo vệ chiếm ưu thế
2.2.2. Những hạn chế của phương pháp
Cũng như bất kì những phương pháp hàn nào khác, có những hạn chế nhất
định giới hạn phạm vi ứng dụng của phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy
trong khí bảo vệ. Những hạn chế này như sau:
- Thiết bị hàn phức tạp hơn, đắt tiền hơn và kém cơ động hơn so với phương
pháp hàn hồ quang que hàn có thuốc bọc
- Phương pháp hàn hồ quang trong khí bảo vệ khó sử dụng ở những vị trí khó
tiếp cận do súng hàn lớn hơn so với kìm hàn khi sử dụng phương pháp hàn hồ
quang que hàn có thuốc bọc, và súng hàn cần phải bố trí liên kết trong khoảng cách
từ 3/3 đến 3/4 inch, để đảm bảo rằng kim loại mối hàn bảo vệ một cách thích hợp
- Hồ quang hàn cần phải được bảo vệ chống lại tác dụng của khơng khí làm
phân tán khí bảo vệ. Điều này làm hạn chế sử dụng phương pháp này ngoài trời, trừ
khi vùng khí bảo vệ phải được đặt xung quanh vùng hàn hoặc được che chắn cẩn
thận.
- Mức độ bức xạ nhiệt và cường độ dịng điện cao có thể làm cho người thợ
vận hành khó chịu hơn với phương pháp hàn khác
2.3. Công nghệ hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ.
2.3.1. Các nguyên lý vận hành
Phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ là q trình
hàn có sự cấp dây tự động là điện cực nóng chảy với vận tốc khơng đổi (Ve =Const)
vào bể hàn.

Trang 18


+ Theo phương pháp cơ khí hóa q trình hàn gồm: Bán tự động; tự động và
robot hàn.
+ Theo phương thức dịng khí bảo vệ gồm: MIG & MAG
Q trình liên kết mối hàn được bảo vệ bằng một dòng khí cấp ngồi. Sau khi người
thợ vận hành đặt những thông số ban đầu, thiết bị sẽ tự động điều chỉnh tốc độ của
hồ quang điện. Do đó, những điều khiển bằng tay của người thợ vận hành trong quá
trình hàn bán tự động chỉ là tốc độ di chuyển, hướng di chuyển và vị trí của súng
hàn. Trong điều kiện đã đặt đúng những tham số ban đầu, chiều dài của hồ quang và
cường độ dòng điện (tốc độ cấp dây) sẽ được duy trì một cách tự động.
Súng hàn dẫn hướng cho điện cực nóng chảy, dẫn dịng điện và khí bảo vệ
tới vật hàn, do đó cung cấp năng lượng để tạo nên và duy trì cho hồ quang cháy, và
làm nóng chảy điện cực cũng như là đáp ứng sự bảo vệ cần thiết chống lại mơi
trường khơng khí xung quanh. Có hai cách kết hợp của bộ phận cấp dây và nguồn
điện hàn được sử dụng để đạt được sự điều chỉnh chiều dài hồ quang. Thông thường
nhất, sự điều chỉnh này bao gồm một nguồn điện có điện thế (điện áp) khơng đổi
(có đặc điểm là cung cấp một đường đặc tính Volt – Ampe dốc) và bộ phận cấp điện
cực sẽ được điều chỉnh theo điện áp hồ quang.
Với sự kết hợp điện áp không đổi tốc độ cấp dây không đổi, những thay đổi
về vị trí súng hàn sẽ gây nên những thay đổi về cường độ dịng điện đáp ứng chính
xác sự thay đổi về chiều dài thò ra của điện cực (phần điện cực dài ra khỏi miệng
súng). Do đó, chiều dài của hồ quang được giữ khơng đổi. Thí dụ, khi phần điện cực
thò ra tăng lên do mỏ hàn được nung lên sẽ làm giảm cường độ dòng điện ở nguồn
điện hàn, bằng cách nhiệt lượng tỏa ra ở điện cực sẽ giảm và tốc độ nóng chảy
giảm, chiều dài của hồ quang sẽ ngắn lại.

Trang 19



2
3

1

4

5
6

7

8

9

10
13

11

12
2

Hình 2. 7. Sơ đồ thiết bị hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ

1.

Phần nối mạng


2.

Bộ giảm áp và đo lưu lượng khí ra.

3.

Chai khí

4.

Cuộn dây hàn

5.

Cơ cấu đẩy dây hàn

6.

Dây công tắc điều khiển

7.

Dây hàn

8.

Dây dẫn dịng điện hàn

9.


Cơng tắc súng hàn

10.

Dây mát

11.

Kẹp mát

12.

Bộ phận nắn dịng.

13.

Đường dẫn khí bảo vệ

Trong một hệ thống, sự tự điều chỉnh tạo nên khi điện áp hồ quang dao động
sẽ tái điều chỉnh mạch điều khiển bộ phận cấp dây, điều này sẽ tạo nên sự thay đổi
về tốc độ cấp dây. Trong một số trường hợp (chẳng hạn như hàn nhơm) có thể
chệch khỏi sự kết hợp những tiêu chuẩn này và một vài nguồn điện có dịng điện
khơng đổi với bộ phận cấp dây có tốc độ cấp dây không đổi. Sự kết hợp này đem lại
chỉ một mức độ tự điều chỉnh nhỏ và do đó yêu cầu nhiều kĩ năng của người thợ vận
hành ở quá trình hàn bán tự động. Tuy nhiên, một số người sử dụng nghĩ rằng, sự
Trang 20


kết hợp này đủ cung cấp sự điều khiển trong một khoảng điều khiển đối với năng

lượng (dòng điện) hồ quang mà có thể quan trọng với những kim loại có tính dẫn
nhiệt cao như kim loại, cơ bản là nhơm.
- Ba bộ phận kiểm sốt q trình hàn:
- Súng hàn và cáp hàn
- Thiết bị cấp dây
- Nguồn điện hàn
Súng hàn và cáp hàn đảm nhiệm vai trò cung cấp khí bảo vệ cho vùng hàn,
dẫn hướng điện cực từ bộ phận cấp dây đến ống tiếp điện (contact tip) trên súng
hàn, dẫn điện từ nguồn điện hàn tới súng hàn. Khi nhấn cơng tắc trên súng hàn, khí,
dịng điện hàn và dây hàn đồng thời được khởi động, hồ quang được mồi và duy trì
tự động. Bộ phận cấp dây cùng với bộ nguồn sẽ phối hợp các đặc tính với nhau để
hiệu chỉnh tự động chiều dài hồ quang và dòng điện hàn. Sự hiệu chỉnh này thực
hiện được là nhờ sử dụng bộ nguồn áp không đổi phối hợp với bộ cấp dây tốc độ
không đổi. GMAW có thể được thực hiện tự động hoặc bán tự động. Ngày nay
chúng được sử dụng rộng rãi cho các công việc hàn nhờ vào ưu điểm:
-Năng suất cao
- Giá thành thấp
-Năng lượng hàn thấp, ít biến dạng nhiệt
- Hàn được hầu hết các kim loại
- Dễ tự động hóa

Trang 21


Hình 2.8. Thiết bị hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ
2.3.2 Các thơng số cơng nghệ hàn
Một số yếu tố có ảnh hướng đến độ ngấu của mối hàn, đặc điểm hình học và
chất lượng chung của mối hàn như sau:
- Cường độ dòng điện hàn
- Cực tính

- Điện áp hàn (chiều dài hồ quang)
- Tốc độ di chuyển của điện cực
- Chiều dài nhô ra của điện cực (tầm với le)
- Hướng của điện cực
- Tư thế hàn
- Đường kính điện cực
Thành phần hóa học và lưu lượng khí bảo vệ

Trang 22


Hình. 2.9. Chiều dài điện cực phía ngồi mỏ hàn
Kiến thức và sự kiểm soát biến số này là thiết yếu để tạo ra những mối hàn
có chất lượng thỏa đáng. Những biến số này khơng độc lập hồn tồn với nhau, và
việc thay đổi một biến số thường yêu cầu phải thay đổi một hoặc nhiều biến số khác
để tạo ra kết quả mong muốn. Những kĩ năng và kinh nghiệm là cần thiết để lựa
chọn bộ thông số tối ưu cho từng công việc cụ thể. Các giá trị tối ưu bị ảnh hướng
bởi: Kiểu kim loại cơ bản; thành phần hóa học của điện cực; tư thế hàn; và các u
cầu về chất lượng. Chính vì vậy, khơng có một bộ thơng số duy nhất có thể tạo nên
kết quả tối ưu cho mọi trường hợp.
2.3.3. Dòng điện hàn.
Dịng điện hàn được phụ thuộc vào đường kính điện cực, dạng truyền của kim loại
lỏng và chiều dày của chi tiết hàn. Khi dịng điện thấp khơng đảm bảo độ ngấu,
giảm độ bền của mối hàn, khi dòng điện q cao sẽ làm bắn tóe rỗ khí, mối hàn
không đồng đều.
2.3.4. Điện áp hồ quang
Đây là thông số rất quan trọng nó quyết định dạng truyền kim loại lỏng. Điện áp hồ
quang phụ thuộc vào chiều dày kim loại nền, kiểu liên kết, vị trí hàn. Để có giá trị
điện áp hợp lý có thể phải hàn thử hoặc tra bảng sau đó tăng hoạc giảm chgo phù
hợp

2.3.5. Tốc độ di chuyển
Trang 23


Tốc độ di chuyển là tốc độ tuyến tính mà hồ quang được di chuyển dọc theo
liên kết hàn. Trong điều kiện tất cả các yếu tố khác giữ nguyên không đổi, chiều sâu
của mối hàn là lớn nhất với tốc độ di chuyển trung bình.
Khi tốc độ di chuyển giảm đi, sự điền đầy của kim loại một điện cực trên một
đơn vị chiều dài sẽ tăng lên. Với những tốc độ di chuyển rất chậm, hồ quang hàn tác
động mạnh lên vũng hàn nóng chảy hơn là lên kim loại cơ bản, do đó làm giảm hiệu
ứng thâm nhập sâu vào kim loại cơ bản khi đó mối hàn sẽ rộng hơn.
Khi tốc độ di chuyển tăng lên, nhiệt lượng cấp trên một đơn vị mối hàn
truyền vào kim loại cơ bản từ hồ quang đầu tiên tăng lên, do hồ quang tác dụng trực
tiếp hơn vào kim loại cơ bản. Do đó, sự nóng chảy của kim loại cơ bản trước tiên
tăng lên rồi giảm đi với tốc độ di chuyển tăng lên. Khi tốc độ di chuyển tăng thêm
nữa, sẽ có xu hướng tạo nên sự khoét ngách dọc theo vách của mối hàn và kim loại
điền đầy không đủ để điền vào tuyến đường kim loại bị nóng chảy do hồ quang gây
nên.
2.3.6. Chiều dài nhô ra của điện cực
Chiều dài nhô ra của điện cực là khoảng cách giữa đầu của ống tiếp điện và
đầu của điện cực như thể hiện trên hình 2.10. Khi chiều dài nhơ ra tăng lên, điện trở
của nó sẽ tăng lên. Nhiệt tỏa ra trên phần điện cực đó sẽ tăng lên, làm tăng nhiệt độ
của điện cực và làm tăng tốc độ nóng chảy của điện cực. Nói chung, điện trở tăng sẽ
tạo ra điện áp lớn hơn từ ống tiếp điện tới vật hàn. Điện áp rơi này sẽ được cảm
nhận bởi nguồn điện, mà sẽ tạo ra bù trừ bởi sự giảm cường độ dòng điện. Điều đó
sẽ làm giảm ngay lập tức tốc độ nóng cháy của điện cực, dẫn đến chiều dài hồ
quang sẽ ngắn lại. Vì vậy, trừ khi có sự tăng điện áp trong máy hàn, kim loại điền
đầy sẽ được đưa vào mối hàn như là một mối hàn hẹp có phần trên lồi cao.
Chiều dài nhơ ra của điện cc thng t ẳ n ẵ inch (6 n 13 mm) đối với
sự chuyển kim loại dạng đoản mạch và ½ đến 1 inch (13mm đến 25mm) đối với

những kiểu chuyển kim loại vào mối hàn khác.

Trang 24


a

b

c

Hình 2.10. a - Hồ quang dài; b - hồ quang trung bình; c - hồ quang ngắn
2.3.7. Kích cỡ của điện cực
Kích cỡ điện cực (đường kính điện cực) ảnh hướng đến cấu hình của mối
hàn. Điện cực lớn đòi hởi cường độ dòng điện tối thiểu lớn hơn so với điện cực nhỏ
với những đặc điểm chuyển kim loại vào mối hàn như nhau, cường độ dòng điện
lớn hơn sẽ làm cho điện cực nóng chảy nhanh hơn và vũng hàn nóng hơn. Cường độ
dịng điện lớn cũng tạo ra tốc độ điền đầy cao hơn và chiều sâu mối hàn lớn hơn.
Tuy đường kính nhỏ hơn và cường độ dịng điện thấp hơn.
2.4. Khí bảo vệ.
2.4.1. Tổng quan
Chức năng hàng đầu của khí bảo vệ là loại trừ khơng khí khơng cho nó tiếp
xúc với kim loại mối hàn nóng chảy. Điền đầy là cần thiết vì đa số kim loại khi bị
nung nóng tới điểm nóng chảy trong khơng khí thường có xu hướng tạo ra ơxít và
đơi khi cả nitrit.
Ơxy cũng phản ứng với cacbon trong khí nóng chảy để tạo thành mơnơơxit
cacbon và điơxit cacbon. Các sản phẩm này có thể gây nên những khuyết tật cho
mối hàn như bẫy xỉ, rỗ khí, và các vết nứt. Các sản phẩm của phản ứng thường dễ
được tạo nên trong khơng khí trừ khi có sự bảo vệ cẩn thận để loại trừ tác động của
ôxy và nitơ.

Cùng với việc cung cấp một môi trường bảo vệ, khí bảo vệ và tốc độ lưu
lượng cũng có những hiệu ứng nổi bật sau đây:
-

Các đặc tính hồ quang.
Trang 25