CÔNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC HÀN DÂY LÕI THUỐC ( FLUX CORED ARC WELDING) Tổng quan Hàn dây lõi thuốc (FCAW) bước phát triển phương pháp hàn hồ quang mơi trường khí bảo vệ (GMAW) Phương pháp hàn ngày áp dụng rộng rãi nước phát triển Đặc biệt cơng nghệ hàn đắp nâng cao tính luyện kim q trình hàn tính lớp đắp thơng qua ngun tố hợp kim chứa thuốc hàn Có thể nói hàn dây lõi thuốc kết hợp tuyệt vời ưu điểm hai phương pháp GMAW SMAW Hàn dây lõi thuốc , tùy loại dây thuốc dùng khí bảo vệ (outter shielded) khơng dùng khí bảo vệ (inner shielded) Nguyên lý hoạt động Ống tiếp điện Hồ quang Lõi dây bao gồm bột kim loại, chất khử oxýt Xỉ nóng chảy Xỉ đơng đặc Mơi trường bảo vệ tạo khí xỉ Giọt kim loại bao bọc lớp xỉ mỏng Kim loại đông đặc Kim loại nóng chảy Hình : Ngun lý hàn dây lõi thuốc (FCAW) -1- CÔNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC Hình sơ đồ nguyên lý hàn dây lõi thuốc Hồ quang cháy dây điện cực tiếp điện ống tiếp điện chi tiết làm chảy đồng thời ống dây, thuốc hàn mép hàn Các giọt kim loại nóng chảy bao quanh xỉ nóng chảy Khi giọt kim loại chuyển sang vũng chảy, xỉ hàn lên tạo thành lớp xỉ lỏng che chắn bảo vệ mối hàn Lõi thuốc có vai trị sau : − Hình thành lớp xỉ mỏng bảo vệ giọt kim loại vũng chảy hàn , sinh khí bảo vệ − Cung cấp chất khử oxyt , ngăn chặn phản ứng có hại − Cung cấp nguyên tố cần thiết cho trình luyện kim cải thiện tính kim loại hàn − Ổn định hồ quang hàn Các kiểu chuyển dịch kim loại hàn FCA Hai kiểu chuyển dịch hàn dây lõi thuốc chuyển dịch cầu chuyển dịch phun Do hàn dây lõi thuốc thực với điện áp dịng hàn tương đối cao (hình ) Hàn dây lõi thuốc có chuyển dịch cầu dùng đường kính dây nhỏ 1.6mm , đường kính lớn chuyển dịch phun chiếm ưu Hình 2: Các chế độ chuyển dịch kim loại dịng điện hàn FCA -2- CƠNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC Tác động thông số hàn Cường độ điện áp hồ quang Bảng : Dòng điện điện áp hồ quang Cỡ dây 1,2 1,6 2,0 2,4 Hàn phẳng Dòng điện Điện áp 150 – 225 22 – 26 175 – 275 25 – 28 200 – 375 26 – 30 300 – 450 25 – 32 Hàn vị trí nghịch Dịng điện Điện áp 125 – 200 22 – 25 150 – 200 24 – 27 175 – 225 25 – 29 Tốc độ cấp dây Cường độ dòng hàn Giống phương pháp GMAW cường độ dòng điện định tốc độ cấp dây hàn Đường kính dây lớn cường độ tăng nhanh hiệu chỉnh tốc độ cấp dây phạm vi điều chỉnh tốc độ cấp dây hẹp Thực hàn dây lõi thuốc (và phương pháp GMAW ) phương pháp có đặc tính áp khơng đổi (CV) nên hàn việc hiệu chỉnh điện áp có tác động lớn so với việc hiệu chỉnh cường độ Tốc độ cấp dây Hình 3: Quan hệ tốc độ cấp dây dịng hàn -3- CƠNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC Cực tính Hình 4: Hiệu ứng làm cực tính hàn Khác với hàn GMA ln dùng cực tính DCEP , hàn dây lõi thuốc có cực tính hàn tùy thuộc vào loại thuốc hàn chứa dây Cực tính DCEN ( Dây hàn mang cực âm ) bị đốt nóng bề mặt chi tiết (cực dương) khơng có tác động tẩy sạch, giọt kim loại lỏng chuyển dịch sang vũng chảy nhanh chóng bị nguội nên độ ngấu sâu thấp Cực tính DCEP (Dây hàn mang cực dương ), dây hàn đốt nóng nhiều vật hàn làm cho chảy lỗng hơn, cộng thêm với hiệu ứng tẩy oxýt, lượng kim loại chuyển dịch nhiều độ ngấu mối hàn cao (hình 4) Hình minh họa tác động cực tính hàn dây thuốc Dịng DC – Dịng AC Dịng DC + Hình 5: Ảnh hưởng cực tính đến hình dạng mối hàn Độ nhú (CTWD – Contact Tip Work Distance ) Trong hàn dây lõi thuốc, độ nhú điện cực (CTWD – hình 6) có tác động mạnh đến q trình hình thành mối hàn Tác động độ nhú sau : Tăng CTWD làm dây hàn nóng dễ chảy nên cường độ dòng hàn giảm ngược lại Tăng CTWD làm tăng điện áp hồ quang mối hàn có xu mơ cao song kim loại đắp chảy loãng tốt nên hạn chế rổ xỉ , rổ khí Giảm CTWD làm tăng dịng hàn giảm điện áp hồ quang nên độ ngấu tăng lên.Khi hàn nên theo hướng dẫn nhà sản xuất để chọn độ nhú thích hợp ( từ 30 – 90 MM tùy loại dây ) Cịn có tên khác ESO – Electrical Stick Out -4- CƠNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC Hình 6: Độ nhú điện cực Góc hàn Trong phương pháp hàn dây thuốc, có hình thành xỉ (dù ), nên thường áp dụng kỹ thuật hàn thuận (drag – kéo) , góc nghiêng từ đến 85 o hình Hình 7: Góc hàn ngược & thuận ( push & drag) hình cho thấy hàn thuận (drag – kéo) mối hàn ngấu mơ cao hơn, vũng chảy tiếp tục bảo vệ (nếu có dùng khí bảo vệ) nung nóng Hàn ngược (push – đẩy) có mối hàn hẹp ngấu sâu mơ cao Khí bảo vệ Hàn dây lõi thuốc khơng cần dùng khí bảo vệ đặc điểm giúp hàn dây lõi thuốc ưa chuộng mang lại nhiều hiệu kinh tế Song hàn đặc biệt thép HSLA hàn thép hợp kim, việc dùng dây thuốc bảo vệ khí (outter shielded) (dual shielded) có ưu điểm mặt luyện kim mối hàn khả bảo vệ mối hàn tốt hơn, dây hàn có giá thành thấp Khi thành phần thuốc hàn chứa thành phần cải thiện tính chất lý mối hàn Quá trình bảo vệ ổn định hồ quang khí bảo vệ ngồi đảm nhiệm -5- CƠNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC Các khí bảo vệ thường dùng hàn dây lõi thuốc : CO2 : thích hợp hàn thép carbon thép hợp kim thấp Khi hàm lượng carbon chi tiết hàn thấp 0,05 % trình hàn làm tăng lượng Carbon mối hàn đến 0,10 % Khi hàm lượng Carbon kim loại cao trình hàn xảy tượng thoát Carbon làm ảnh hưởng đến độ cứng , tính thấm tơi gây vết nứt ATAL : tên gọi hỗn hợp khí 82% Ar + 18% CO2 Với loại khí hàn với kiểu chuyển dịch cầu giọt nhỏ , thích hợp hàn vị trí nghịch Ngồi tính mối hàn cịn nâng cao mát Măng gan Silic trình khử Oxyt giảm CARGAL : tên gọi hỗn hợp khí 98,5% Ar + 1,5 % O2 Loại khí thích hợp hàn với chuyển dịch phun Đặc biệt áp dùng hàn thép INOX HELOXAL : tên gọi hỗn hợp khí 85% He + 15% O2 Loại khí thích hợp hàn thép INOX với chuyển dịch phun Nó có ưu điểm loại trừ hình thành Carbide Chrome gây tác hại đến ăn mòn tinh giới vùng biên mối hàn Hình 8: Ảnh hưởng góc hàn, khí bảo vệ đến tiết diện mối hàn Tên gọi theo nhà cung cấp MESSER -6- CÔNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC Thiết bị hàn FCA So với hàn dây trần , thiết bị hàn dây thuốc có chút khác biệt Nguồn hàn (máy hàn) FCA cần có cơng suất lớn hàn dây lõi thuốc có dịng điện hàn cao Máy hàn cần có dịng hàn 400 – 500 A với chu kỳ tải 100% Đặc tính V- A loại điện áp không đổi (CV – Constant Voltage) Đặc tính với thiết bị cấp dây tốc độ giúp hồ quang trì ổn định Nhược điểm dòng ngắn mạch lớn , để khắc phục , thiết bị đại có lắp board mạch điện tử để kiểm sốt dịng ngắn mạch Cần nhớ đặc tính V-A máy hàn cứng chế hàn dây lõi thuốc tốt giọt cầu chuyển dịch có kích thước nhỏ , độ nhạy tự điều chỉnh cao Súng hàn loại có dịng định mức cao thường làm nguội nước Mỏ phun contact tube thiết kế đặc biệt độ nhú lớn khả tiếp xúc điện tốt Bộ cấp dây hàn dây lõi thuốc việc trì chiều dài hồ quang dịng điện hàn quan trọng Motor thiết bị cấp dây loại tốc độ khơng đổi với độ xác tốc độ cao, tinh chỉnh tốt Dây hàn thường có đường kính lớn , khơng chịu lục ép cao bánh xe đầy dây cần phải bảo đảm chống trượt tốt thường loại có khía rãnh ngang Ống dẫn dây hàn (gain) teflon thay ống xoắn thép để tránh xước dây Tóm lại , thiết bị hàn hàn dây lõi thuốc thiết bị hàn GMA song có yêu cầu cao hơn, chất lượng điều chỉnh tốt Thiết kế chuẩn bị mối hàn Như đề cập, hai kiểu chuyển dịch chủ yếu hàn dây lõi thuốc chuyển dịch cầu chuyển dich phun (Sau với tựu thuốc hàn thiết bị hàn cịn có kiểu huyển dịch cầu mà sức căng bề mặt chiếm ưu thế, có tác dụng chuyển dich ngắn mạch Hai kiểu chuyển dịch có dịng hàn điện áp hàn cao nên hàn tôn mỏng ( < 6MM ) thường hàn với miếng lót (backing) Qui trình hàn hai phía , ngấu bán phần tỏ có nhiều ưu qui trình hàn phía , ngấu hoàn toàn nên thường thiết kế Do hàn với độ nhú cao khơng dùng khí bảo vệ nên góc vát giảm đến 25o điều giúp giảm nhẹ khối lượng chuẩn bị giảm tiêu hao vật liệu thời gian hàn Hình 9: Cấu hình mối hàn FCAW -7- CƠNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC Dây hàn FCA Dây hàn ống rỗng có chứa thuốc bột bên chế tạo theo sơ đồ nguyên lý hình 10 Hình 11 cấu tạo tiết diện dây hàn lõi thuốc gồm nhiều dạng cấu hình khác tùy giá thành mục đích sử dụng Dây hàn compsite lõi dây có phần làm kim loại khác phần chứa kim loại bột để phân tán nguyên tố hợp kim, tạo cấu trúc matrix để tăng cường tính Dây hàn lõi thuốc thường chế tạo với cỡ dây 1,2 – 1,6 – 2,0 – 2,4 – 3,2 cỡ 1,4 có song phổ biến Đánh thành cuộn 15 – 25 Kg , khơng có lớp đồng nikel bảo vệ chống rỉ Hình 10: Sơ đồ trình chế tạo dây lõi thuốc Hình11: Các dạng tiết diện dây lõi thuốc -8- CÔNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC Theo công nghệ chia dây hàn loại sau : Dây hàn lõi thuốc có dùng khí bảo vệ gọi “DUAL SHIELD”, “GAS SHIELDED” , “OUTER SHIELD” tùy nhà sản xuất Dây hàn khơng khí bảo vệ , gọi “OPEN ARC” , SELF SHIELDED” , “INNER SHIELD “ tùy nhà sản xuất Dây hàn có lõi thuốc phức hợp , “COMPOSITE MELTAL CORED” phát triển cho ứng dụng hàn đắp, hàn hợp kim chịu nhiệt Ký hiệu dây lõi thuốc theo AWS -9- CÔNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC Bảng : Hệ thống ký hiệu dây hàn FCA theo AWS Ký hiệu AWS E70T - Tư Hàn H&F Khí bảo vệ CO2 Cực tính DCEP Ứng dụng M E70T - 1M H&F 75 - 80% Ar + CO2 DCEP M E71T - H,F,VU,OH CO2 DCEP M E71T - 1M H,F,VU,OH 75 - 80% Ar + CO2 DCEP M E70T - H&F CO2 DCEP S E70T - 2M H&F 75 - 80% Ar + CO2 DCEP S E71T - H,F,VU,OH CO2 DCEP S E71T - 2M E70T - E70T - E70T - H,F,VU,OH H&F H&F H&F 75 - 80% Ar + CO2 DCEP DCEP DCEP DCEP S S M M E70T - 5M H&F 75 - 80% Ar + CO2 DCEP M E71T - H,F,VU,OH CO2 DCEP or DCEN M E71T - 5M E70T - E70T - E71T - E70T - E71T - E70T - H,F,VU,OH H&F H&F H,F,VU,OH H&F H,F,VU,OH H&F 75 - 80% Ar + CO2 Không Không Không Không Không CO2 DCEN DCEN DCEN DCEN DCEN DCEN DCEP M M M M M M M E70T - 9M H&F 75 - 80% Ar + CO2 DCEP M E71T - H,F,VU,OH CO2 DCEP M E71T - 9M E70T - 10 E70T - 11 E71T - 11 E70T - 12 H,F,VU,OH H&F H&F H,F,VU,OH H&F 75 - 80% Ar + CO2 Không Không Không CO2 DCEP DCEN DCEN DCEN DCEP M S M M M E70T - 12M H&F 75 - 80% Ar + CO2 DCEP M E71T - 12 H,F,VU,OH CO2 DCEP M E71T - 12M E71T - 13 E71T - 14 Ex0T - G Ex1T - G Ex0T - GS Ex1T - GS H,F,VU,OH H,F,VU,OH H,F,VU,OH H&F H,F,VD or VU,OH H&F H,F,VD or VU,OH 75 - 80% Ar + CO2 Không Không DCEP DCEN DCEN Theo thỏa thuận Theo thỏa thuận M S S M M S S Không Không CO2 (M) hàn nhiều lớp (S) hàn lớp (G) dây hàn chế tạo theo thỏa thuận nhà cung cấp nhà máy (GS) dây chế tạo theo thỏa thuận hàn lớp - 10 - CÔNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC Kỹ thuật qui trình hàn FCA Thông số hàn Gồm thông số chuẩn bị, thông số hàn (tham khảo sổ tay hàn) Bảng : Thông số hàn chuẩn bị mép vát mối hàn tư phẳng điển hình Chuyển dịch phun ∅ (mm) Thông số hàn U=21-23V 1.6 Tư hàn – chuẩn bị mép vát (a) (b) I=230-340A Vf = 4.5-7 (c) (a) hàn tư phẳng (b) hàn hai phía (c) hàn góc có vát e >12mm U=22-32V 2.0 I=300-450A Vf=3.5-6.5 U=25-33V 2.4 I=350-550A Vf=3.2 – 6.2 U=28-36V 3.2 I=450-750A Vf=2-4.5 Chúng ta thấy phần lớn mối hàn thực lớp (hai lớp hàn đâu mí dày) - 11 - CƠNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC Bảng : Thông số hàn đâu mí ∅ dây (mm) Bề dày Số lớp Dòng hàn Tốc độ cấp dây (mm) (N0) (A) Cm/phút Điện áp hàn Tốc độ hàn Cm/phút (V) Thời gian hàn phút/ m Lượng kim loại đắp Kg/ m Lượng khí tiêu thụ (L/m) 280 1176 31 35 2.9 0.29 44 280 1176 31 20 3.6 0.35 54 110 198 18 14 7.1 0.16 107 280 708 31 28 3.6 0.29 54 280 708 31 23 4.3 0.35 65 230 366 22 46 2.2 0.12 11 350 812 28 19 5.3 0.62 27 350 812 27 68 1.5 0.17 230 366 20 17 5.9 0.30 30 370 813 26 39 1.9 0.21 370 813 26 29 4.1 0.47 21 360 813 27 24 4.8 0.55 24 25 2 2.4 89 13 0.17 1.6 5.9 13 20 1.4 17 13 351 1.2 140 360 813 27 21 5.6 0.64 28 Chọn dây khí bảo vệ Dây lõi thuốc vừa có tính phương pháp GMAW vừa có đặc trưng hàn que Khi chọn dây hàn tùy thuộc tư thế, kiểu mối ghép, thành phần hợp kim chi tiết hàn mà chọn nhóm dây thích hợp Bảng 18 nhóm dây tổ chức đăng kiểm quốc tế phê duyệt Do phương pháp hàn dây thuốc hàn mật độ dòng hàn cao suất tương đối cao nên hầu hết áp dụng tư phẳng ngang Khi hàn tư nghịch (đứng, khỏi đầu), chọn cỡ dây < 1.4mm, nhóm dây có suất đắp phù hợp thiết kế mối nối ngấu phần có lót , chọn thành phần khí thích hợp để có tính hàn tốt Khi hàn thép HSLA thép hợp kim, dây thuốc chọn lựa tốt có suất chất lượng hàn cao Trở ngại lúc tốc độ hàn cao để bảo đảm mức lượng hàn phù hợp hàn dây lõi thuốc thường chọn lựa tốt cho mối hàn phẳng ngang Mối hàn đứng khỏi đầu địi hỏi thợ hàn có tay nghề cao lợi ích mặt kinh tế (hạ giá thành hàn) không khả quan ; nên áp dụng có yêu cầu bắt buộc Các mối hàn ngấu tồn phần hàn từ phía khó thực phương pháp hàn dây lõi thuốc - 12 - CÔNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC Khí bảo vệ Đặc điểm Ứng dụng CO2 Oxy hóa mạnh Thép carbon HSLA Argon Trơ Nhôm , hợp kim nhôm, Nickel Argon + Helium (2-4%) Khử Hợp kim nhơm, đồng, Magiê Argon + Oxy (1-2%) Oxy hóa Thép inox, HSLA Argon + CO2 (20-25%) Oxy hóa Thép carbon, thép HSLA Bảng : Nhóm dây thuốc tổ chức đăng kiểm quốc tế phê duyệt AWS/ ASME E61T8-K6 ABS Grade 3SA Lloyd’s Grade 3SH15 DNV Grade BV Grade CWB/CSA Grade GL Grade Military IIIMSH15(2) Other JIS E70T-3 E70T-3 E70T-4 E70T-6 E4802T-4-CH E4802T-6-CH E70T-7 JIS E4802T-7-CH 2SA-2YSA JIS JIS E70T-10 E70T7-K2 JIS 2SA-2YSA 2S-2YS IIYMS SA2YM E71T-8J 3SA-3YSAH15 3S-3YSH15 IIIYMSH15 SA3YMH E4801T-8-CH 3YSH15 E71T-8 3SA-3YSAH15 3S-3YSH15 IIIYMSH15 SA3YMH E4801T-8-CH 3YSH10 E71T8-K2 4SA-4YSAH10 JIS, NKK 2YS E71T-7 JIS E71T8-K6 IIIYMSH15 SA3YMH E71T8-K6-H16 3YSH15 E71T8-Ni1-H16 3YSH15 E71T8-K6 E71T8-Ni1 3SA-3YSA MIL-71T-8AS JIS, NKK JIS, TUV 3S-3YSH15 IIIYMSH15 JIS, TUV, NKK JIS, TUV JIS, TUV E71T-11 E4801T-11-CH JIS E71TG-G E71TG-G-CH JIS E71T-14 JIS E91T8-G JIS, TUV Khí bảo vệ tham khảo bảng - 13 - CÔNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC Hiệu chỉnh thông số hàn Hiệu chỉnh thông số hàn dây thuốc tương đối khó, địi hỏi kiến thức kinh nghiệm Đặc biệt độ nhú có tác động nhạy cảm , cần khác chút làm trình hàn khác nhiều Hình 12 : Các thơng số tiết diện hàn Hình 12 kích thước mối hàn điển hình bảng tác động thông số hàn đến kích thước mối hàn Bảng - Thơng số hiệu chỉnh tác động đến tiết diện hàn Mức độ ảnh hưởng Thông số Khi hiệu chỉnh tác động đến thông số Độ ngấu “P” Bề rộng “d” Độ mô cao “s” DCEP + +++ + + DCEN + + +++ +++ AC + ++ ++ ++ Điện áp hàn + - ++ Tốc độ hàn + - - ++ Mật độ dòng điện hàn + ++ - ++ Đường kính dây hàn + + ESO + - + + Góc hàn (Push) +(++) -( ) +(++) -(-) Góc hàn (Kéo) +(++) +(-) -(++) +(+) +(++) -( ) +(++) -(+) Cường độ dòng điện Độ dốc chi tiết hàn tuột Độ dốc chi tiết hàn leo + Tăng , – giảm + tác động , (++)Trung bình, +++ mạnh - 14 - CƠNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC Bảng - Khuyết tật hiệu chỉnh ngăn ngừa Khuyết tật Rỗ , bọt Mối hàn q lồi Cháy khơng Cháy dây Văng tóe Thổi lệch từ Cường độ hàn 4 4 Các thông số cần tăng giảm Điện áp Tốc độ hàn Độ nhú hồ quang 5 5 3 Góc hàn 3 2 Bảng - Điều chỉnh tiết diện mối hàn Các thông số cần tăng giảm Điều chỉnh Tăng độ ngấu P Giảm độ ngấu P Giảm bề rộng d Giảm mô cao s Tăng lượng kim loại đắp Cường độ hàn 1 Điện áp hồ quang Góc hàn 2 2(900) Tốc độ hàn 4 Các chữ số thứ tự ưu tiên tăng giảm - 15 - Độ nhú Khí CO2 Ar+CO2 ... cấp dây dịng hàn -3- CƠNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC Cực tính Hình 4: Hiệu ứng làm cực tính hàn Khác với hàn GMA ln dùng cực tính DCEP , hàn dây lõi thuốc có cực tính hàn tùy thuộc vào loại thuốc hàn. .. mối hàn Hình 8: Ảnh hưởng góc hàn, khí bảo vệ đến tiết diện mối hàn Tên gọi theo nhà cung cấp MESSER -6- CÔNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC Thiết bị hàn FCA So với hàn dây trần , thiết bị hàn dây thuốc... nhà sản xuất Dây hàn có lõi thuốc phức hợp , “COMPOSITE MELTAL CORED” phát triển cho ứng dụng hàn đắp, hàn hợp kim chịu nhiệt Ký hiệu dây lõi thuốc theo AWS -9- CÔNG NGHỆ HÀN DÂY LÕI THUỐC Bảng