Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của khí bảo vệ trong công nghệ hàn mag tới chất lượng của mối hàn

B GIÁO D C VÀ ðÀO T O
TRƯ NG ð I H C NÔNG NGHI P HÀ N I

NGUY N H I ðƯ NG
NGHIÊN C U NH HƯ NG C A KHÍ B O V TRONG
CƠNG NGH HÀN MAG T I CH T LƯ NG M I HÀN

LU N VĂN TH C S K THU T

Chuyên ngành: K thu t máy và thi t b cơ gi i hố nơng lâm nghi p
Mã s

: 60.52.14

Ngư i hư ng d n khoa h c: PGS,TS. NGUY N THÚC HÀ

Hà N i - Năm 2010
`


L I CAM ðOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên c u c a riêng tơi.
Nh ng s li u và k t qu đư c trình bày trong lu n văn là khách quan,
trung th c và chưa t ng ñư c b t kỳ tác gi nào cơng b dùng đ b o v
m t h c v nào khác.
Các thơng tin trích d n trong lu n văn ñ u ñư c ch rõ ngu n g c.
M i s giúp ñ cho vi c hồn thành lu n văn đã đư c c m ơn.
Tác gi lu n văn

Nguy n H i ðư ng

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 2


L I CÁM ƠN
Trong su t quá trình th c hi n lu n văn, tơi đã nh n đư c s giúp đ
và c ng tác nhi t tình c a nhi u t p th cũng như các cá nhân trong và ngoài
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i, Trư ng ð i h c Bách khoa Hà N i.
ð n nay lu n văn c a tơi đã hồn thành, tơi xin ñư c bày t lòng bi t ơn sâu
s c t i Phó giáo sư Ti n sĩ Nguy n Thúc Hà ñã tr c ti p hư ng d n, ch b o
cho tơi trong su t q trình th c hi n và hoàn thành lu n văn này
Tôi xin trân thành cám ơn các Th y giáo, Cơ giáo Khoa Cơ đi n, Vi n
đào t o sau ñ i h c, ñ c bi t là B mơn Cơng ngh Cơ khí Trư ng ð i h c
Nơng nghi p Hà N i đã đóng góp ý ki n, t o ñi u ki n thu n l i cho tơi trong
q trình th c hi n và hồn thành lu n văn.
Tơi cũng xin trân thành cám ơn các Th y giáo, cán b Thí nghi m
thu c B môn Hàn – Công ngh kim lo i Trư ng ð i h c Bách khoa Hà N i,
các b n bè ñ ng nghi p ñã giúp ñ , t o m i ñi u ki n v cơ s v t ch t, trang
thi t b cho tôi tri n khai th c hi n và hoàn thành lu n văn.
Nhân d p này cho tơi đư c g i l i c m ơn t i các Th y giáo, Cơ giáo
đã gi ng d y và truy n đ t cho tơi nh ng ki n th c khoa h c trong su t th i
gian h c t p

l p Cao h c Cơ khí khóa 17, Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà

N i.
Tôi xin trân thành cám ơn !
Tác gi lu n văn

Nguy n H i ðư ng

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 3


M CL C

Trang

M ñ u

12

Chương 1: T NG QUAN V HÀN H QUANG TRONG MƠI TRƯ NG

14

KHÍ B O V

1. S phát tri n c a ngành hàn và vai trị c a nó trong cơng nghi p

14

1.1. L ch s phát tri n c a ngành hàn

14

1.2.Vai trò c a công ngh hàn trong các ngành công nghi p

15

2. Phân lo i các phương pháp hàn

16

3. Phương pháp hàn nóng ch y

17

4. Tình hình nghiên c u v hàn MAG

24

4.1. Trong nư c

24

4.2. Ngồi nư c

27

5. V n đ nghiên c u

27

5.1. Phương hư ng nghiên c u

27

5.2. M c đích c a đ tài

29

Chương 2: NGHIÊN C U LÝ THUY T V HÀN MAG
1. Quá trình hàn MAG

30
30

1.1. B n ch t

30

1.2. ð c ñi m, ng d ng c a hàn MAG

31

1.2.1 ð c ñi m

31

1.2.2.

31

ng d ng c a hàn MAG

1.3.Thi t b , v t li u

32

1.3.1. Thi t b

32

1.3.2. V t li u

34

1.4. Công ngh hàn MAG

37

1.4.1. Chu n b liên k t trư c khi hàn

37

1.4.2. Ch đ hàn

38

a. Dịng đi n

38

b. ði n áp hàn

38

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 4

c. T c đ hàn

38

d. Ph n nhơ c a ñi n c c hàn (T m v i ñi n c c)

39

e. Lưu lư ng khí hàn

40
50

1.4.3. K thu t hàn
2. Các phương th c chuy n d ch kim lo i l ng khi hàn MAG

51

2.1. Chuy n d ch kim lo i d ng c u

52

2.2. Chuy n d ch kim lo i d ng phun

53

2.3. Chuy n d ch kim lo i d ng ng n m ch ho c nh gi t

53

3. Ch p khí và nh hư ng c a nó t i quá trình b o v vùng hàn

54

3.1. Ch p khí

54

3.2. nh hư ng c a ch p khí t i quá trình b o v vùng hàn

55

4. Nghiên c u nh hư ng c a khí b o v CO2 t i ch t lư ng m i hàn

55

4.1. Khí CO2

55

4.2. Tính ch t c a CO2 v i h quang hàn và kim lo i m i hàn

57

4.3. Quá trình lý hoá

59

4.4. Hi u qu b o v m i hàn c a khí CO2

61

Chương 3: NGHIÊN C

U TH C NGHI M V

NH HƯ NG C A KHÍ

66

B O V TRONG CÔNG NGH HÀN MAG T I CH T LƯ NG M I HÀN

1. Ch t lư ng khí b o v

68

2. Lưu lư ng khí b o v

73

3. Mơi trư ng xung quanh

79

4. Góc nghiêng đ u hàn so v i b m t v t hàn

83

5. Kho ng cách t vòi phun t i v t hàn

88

6 . Hình dáng liên k t hàn

93

7. ð s ch c a Vòi phun

98

Chương 4: K

T LU N VÀ KI N NGH

102

1. K t lu n

103

2. Ki n ngh

103

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 5


DANH M C CÁC B NG
Trang
B ng 2-1

Gi i thi u m t s lo i dây hàn thông d ng theo AWS

35

B ng 2-2

Thành ph n hoá h c c a m t s lo i dây hàn thông d ng

36

B ng 2-3

Gi i thi u ng d ng c a m t s lo i khí và h n h p khí b o v

37

B ng 2-4

B ng tra ch ñ hàn thép các bon và h p kim th p ki u hàn s p

40

B ng 2-5

Ch ñ hàn s p, m hàn nghiêng v phía trư c

41

B ng 2-6

Ch ñ hàn s p và hàn ngang, m hàn nghiêng v phía trư c

41

B ng 2-7

Ch đ hàn ñ ng t dư i lên

41

B ng 2-8

Ch ñ hàn ñ ng t dư i lên, liên k t hàn ch T, m hàn nghiêng

42

v phía trư c, dịng m t chi u c c ngh ch
B ng 2-9

Ch ñ hàn s p liên k t giáp m i và liên k t ch T. Hàn ngang liên

42

k t ch T
B ng 2-10

B ng tra ch ñ hàn thép Các bon và h p kim th p - Ki u hàn

43

ñ ng
B ng 2-11

Ch ñ hàn t ñ ng và bán t đ ng khí CO2 , hàn ng giáp m i

44

B ng 2-12

Ch ñ hàn h n h p khí Ar+CO2

44

B ng 2-13

Ch d hàn thép khơng g , hàn s p m i hàn giáp m i

45

B ng 2-14

Ch đ hàn thép khơng g . D ch chuy n ng n m ch. hàn s p giáp

46

m i, hàn ngang liên k t ch ng và liên k t ch T. Dòng m t chi u
c c ngh ch
B ng 2-15

Ch ñ hàn t ñ ng và bán t đ ng khí CO2 v i thép các bon và

46

thép h p kim th p
B ng 2-16

Ch ñ hàn t đ ng và bán t đ ng khí CO2 v i thép các bon và

47

thép h p kim th p, m i hàn góc
B ng 2-17

H s đ p khi hàn trong môi trư ng CO2

49

B ng 2-18

Ch t lư ng khí CO2 dùng b o v m i hàn

57

B ng 3-1

K t qu thí nghi m v

nh hư ng c a ch t lư ng khí b o v

72

B ng 3-2

K t qu thí nghi m v

nh hư ng c a lưu lư ng khí b o v

78

B ng 3-3

K t qu thí nghi m v

nh hư ng c a môi trư ng xung quanh

83

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 6


B ng 3-4

K t qu thí nghi m v

nh hư ng c a góc nghiêng đ u hàn so v i

88

nh hư ng c a kho ng cách t vòi phun t i

92

b m t v t hàn
B ng 3-5

K t qu thí nghi m v
v t hàn

B ng 3-6

K t qu thí nghi m v

nh hư ng c a hình dáng liên k t hàn

97

B ng 3-7

K t qu thí nghi m v

nh hư ng c a đ s ch vịi phun

101

Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 7


DANH M C CÁC HÌNH V , B N V
Trang

Hình 1-1

Các phương pháp hàn

16

Hình 1-2

Nguyên lý hàn h quang tay

18

Hình 1-3

Sơ ñ hàn dư i l p thu c b o v

20

Hình 1-4

Máy hàn dư i l p thu c b o v

20

Hình 1-5

Phân lo i hàn trong mơi trư ng khí b o v

21

Hình 1-6

Sơ đ ngun lý hàn h quang nóng ch y trong mơi trư ng khí trơ

22

Hình 1-7

Vùng h quang và vũng hàn h quang nóng ch y trong mơi trư ng

22

khí trơ
Hình 1-8

Sơ đ hàn h quang đi n c c nóng ch y trong mơi trư ng khí b o

23

v
Hình 2-1

Sơ đ ngun lý hàn h quang nóng ch y trong mơi trư ng khí b o

30

v
Hình 2-2

H th ng thi t b hàn

32

Hình 2-3

B c p dây hàn MAG

33

Hình 2-4

M hàn MAG

33

Hình 2-5

ð ng h , van gi m áp và b s y khí CO2

34

Hình 2-6

Dây hàn MAG

34

Hình 2-7

Khí hàn MAG

37

Hình 2-8

Liên k t trư c khi hàn

38

Hình 2-9

Ph n nhơ ra c a ñi n c c hàn ( T m v i đi n c c)

30

Hình 2-10

Lưu lư ng khí CO2

40

Hình 2-11

Góc nghiêng m hàn

50

Hình 2-12

Chi u d ch chuy n m hàn

50

Hình 2-13

H quang c a ki u chuy n d ch d ng c u

52

Hình 2-14

H quang c a ki u chuy n d ch d ng phun

53

Hình 2-15

Bi u ñ giao ñ ng h quang c a ki u chuy n d ch ng n m ch

54

Hình 2-16

Ch p khí hàn MAG

55

Hình 2-17

B ph n s y khí b o v khi hàn MAG

56

Hình 2-18

Q trình lý hoá s y ra khi hàn MAG

61

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 8


Hình 2-19

Sơ đ lưu lư ng khí b o v khác nhau

62

Hình 2-20

Khí b o v ch u tác đ ng c a gió

62

Hình 2-21

Sơ đ hố m t c t c t khí b o v

63

Hình 2-22

Góc nghiêng đ u hàn

63

Hình 2-23

Kho ng cách t vịi phun t i v t hàn

64

Hình 2-24

Hàn góc trong

64

Hình 2-25

Hàn góc ngồi

65

Hình 2-26

Vịi phun b h t kim lo i bám vào

65

Hình 3-1

Thi t b , d ng c , v t tư thí nghi m hàn MAG

67

Hình 3-2

Khí b o b trong hàn MAG

68

Hình 3-3

M i hàn ch t lư ng khí b o v t t

69

Hình 3-4

M i hàn ch t lư ng khí b o v trung bình

69

Hình 3-5

M i hàn ch t lư ng khí b o v kém

69

Hình 3-6

Các m i hàn ch u nh hư ng c a ch t lư ng khí b o v

71

Hình 3-7

ði u ch nh lưu lư ng khí b o v

73

Hình 3-8

Sơ ñ các vùng hàn v i lưu lư ng khí b o v khác nhau

74

Hình 3-9

M i hàn MAG v i lưu lư ng khí b o v nhi u hơn yêu c u

74

Hình 3-10

M i hàn MAG v i lưu lư ng khí b o v đúng theo yêu c u

75

Hình 3-11

M i hàn MAG v i lưu lư ng khí b o v ít hơn yêu c u

75

Hình 3-12

Các m i hàn ch u nh hư ng c a lưu lư ng khí b o v khác nhau

78

Hình 3-13

Sơ đ hàn MAG v i các đi u ki n mơi trư ng khác nhau

79

Hình 3-14

M i hàn MAG khi hàn có gió và khơng có t m tr n

80

Hình 3-15

M i hàn MAG khi hàn có gió và đã tăng lưu lư ng khí b o v

80

Hình 3-16

M i hàn MAG khi hàn có gió và có t m tr n b o v

80

Hình 3-17

Các m i hàn ch u nh hư ng c a ñi u ki n mơi trư ng khác nhau

82

Hình 3-18

Hàn MAG v i góc nghiêng đ u hàn khác nhau

84

Hình 3-19

M i hàn MAG khi góc nghiêng đ u hàn so v i b m t v t hàn nh

85

Hình 3-20

M i hàn MAG khi góc nghiêng đ u hàn so v i b m t v t hàn l n

85

Hình 3-21

Các m i hàn ch u nh hư ng c a góc nghiêng đ u hàn khác nhau

87

Hình 3-22

Hàn MAG v i kho ng cách t vòi phun t i v t hàn khác nhau

89

Hình 3-23

M i hàn MAG v i kho ng cách t vòi phun t i v t hàn l n

89

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 9


Hình 3-24

M i hàn MAG v i kho ng cách t vòi phun t i v t hàn v a ph i

90

Hình 3-25

Các m i hàn ch u nh hư ng c a kho ng cách t vòi phun t i v t

92

hàn khác nhau
Hình 3-26

Hàn MAG liên k t góc trong v i lưu lư ng khí b o v khác nhau

93

Hình 3-27

Hàn MAG k t c u góc ngồi v i lưu lư ng khí b o v khác nhau

94

Hình 3-28

M i hàn MAG v i liên k t góc trong

94

Hình 3-29

M i hàn MAG v i liên k t góc ngồi

95

Hình 3-30

M i hàn MAG v i liên k t góc trong, góc ngồi

96

Hình 3-31

ð s ch vịi phun khác nhau

98

Hình 3-32

M i hàn MAG khi vịi phun khí b các h t kim lo i bám vào

99

Hình 3-33

M i hàn MAG khi vịi phun khí khơng b các h t kim lo i bám vào

99

Hình 3-34

Các m i hàn ch u nh hư ng c a đ s ch vịi phun khác nhau

100

Hình 4-1

M t s hình nh v thí ngi m hàn MAG

106

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 10


M

ð U

Cùng v i s phát tri n c a các ngành cơ khí, cơng ngh hàn kim lo i cũng đã có
nh ng bư c phát tri n vư t b c đóng vai trị r t quan tr ng trong các ngành cơ khí,
trong nh ng năm g n ñây nh ti n b và ng d ng khoa h c k thu t, m t lo t các
phương pháp hàn m i ra đ i, đóng góp r t l n vào s phát tri n kinh t và s nghi p
cơng nghi p hố hi n ñ i hoá ñ t nư c.

nư c ta trong nh ng năm g n ñây ñư c

s quan tâm c a ð ng, Nhà nư c cùng v i các chính sách khuy n khích đ u tư, đ i
m i cơng ngh , hi n đ i hố các thi t b s n xu t cơ khí. Ngành Hàn cũng ñã ñư c
quan tâm và ñ u tư tho đáng nh v y các khu cơng nghi p, các Cơng ty, Xí nghi p
, Nhà máy và các cơ s s n xu t cơ khí đã ñ u tư, và ng d ng công ngh hàn tiên
ti n vào s n xu t, m t trong nh ng cơng ngh hàn tiên ti n đang đư c ng d ng có
hi u qu cao đó là Cơng ngh hàn trong mơi trư ng khí b o v ( hàn MAG )
Tuy nhiên vi c s d ng khí b o v trong cơng ngh hàn MAG như th nào cho
hi u qu và nh hư ng c a chúng t i ch t lư ng m i hàn ra sao thì chưa đư c các
cơ s s n xu t quan tâm ñúng m c, d n ñ n ch t lư ng m i hàn khơng cao, hi u
qu kinh t cịn h n ch .
ð tài: Nghiên c u nh hư ng c a khí b o v trong cơng ngh hàn MAG t i

ch t lư ng m i hàn: S gi i quy t đư c bài tốn s d ng khí b o v trong công
ngh hàn MAG như th nào ñ ñem l i hi u qu kinh t cao và ch t lư ng hình
dáng b m t m i hàn t t, cũng như s

nh hư ng c a khí b o v trong cơng ngh

hàn MAG t i ch t lư ng m i hàn.
K t qu nghiên c u c a ñ tài là các k t lu n ki n ngh v ch ñ s d ng khí
b o v trong cơng ngh hàn MAG v i các y u t công ngh khác nhau, giúp cho
ngư i th hàn tính tốn d trù khí b o v trong hàn MAG và ñ t ch ñ hàn phù
h p . ð giúp chúng ta có cái nhìn khoa h c khi l a ch n khí b o v trong cơng
ngh hàn MAG và đi u ch nh đúng lưu lư ng khí khi dùng, cũng như các bi n pháp
đ nâng cao tính b o v c a khí hàn, đem l i hi u qu kinh t , ñ m b o ñư c ch t
lư ng hình dáng b m t m i hàn theo yêu c u k thu t.
M c tiêu c a ñ tài ñư c th hi n rõ qua tên c a ñ tài là: Nghiên c u nh
hư ng c a khí b o v trong công ngh hàn MAG t i ch t lư ng c a m i hàn.

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 11


C u trúc c a lu n văn g m: Ph n m ñ u; chương 1,2,3, 4 ph n tài li u tham kh o;
m t s hình nh v q trình thí nghi m.

N i dung chính c a lu n văn:
Chương 1. Ch y u nghiên c u v t ng quan v hàn h quang trong
môi trư ng khí b o v .
Chương 2. Nghiên c u lý thuy t v hàn MAG.
Chương 3. Nghiên c u th c nghi m v

nh hư ng c a khí b o v trong

cơng ngh hàn MAG t i ch t lư ng m i hàn.
Chương 4. K t lu n và các ki n ngh .
Tài li u tham kh o
M t s hình nh v thí nghi m hàn MAG.

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 12


CHƯƠNG 1
T NG QUAN V HÀN H

QUANG

TRONG MÔI TRƯ NG KHÍ B O V
1. S phát tri n c a ngành hàn và vai trị c a nó trong cơng nghi p.
1.1. L ch s phát tri n c a ngành hàn.
Năm 1802, vi n sĩ Nga V.V Pê-tơ-r p đó tìm ra hi n tư ng h quang đi n và
ch rõ kh năng s d ng nhi t năng c a nó đ làm nóng ch y kim lo i, m ra th i kỳ
hàn h quang.
Năm 1888, N.G Sla-vi-a-n p đó áp d ng đi n c c nóng ch y-c c đi n kim
lo i vào h quang ñi n, ñ n năm 1907, k sư Thu ði n Kenbbécgơ đó phát hi n ra
phương pháp n đ nh q trình phóng h quang và b o v vùng hàn kh i tác ñ ng
c a khơng khí xung quanh b ng cách b c lên ñi n c c kim lo i m t l p thu c. Vi c
ng d ng que hàn có b c thu c ñã b o ñ m ch t lư ng c a m i hàn trong ngành
công nghi p lúc b y gi .
Năm 1928, Alecxanñerơ (M ) tìm ra phương pháp hàn h quang trong khí
b o v và ñưa vào s n xu t. Hàn trong khí b o v làm tăng v t ch t lư ng m i hàn
và hi n nay là m t trong nh ng phương pháp hàn ñư c s d ng r ng rãi v i nh ng
ưu ñi m v ch t lư ng m i hàn và ñ c bi t là kh năng s d ng d dàng

m i tư

th hàn và m i v trí hàn khác nhau.
Năm 1929, ngư i ta đó tìm ra phương pháp hàn t ñ ng dư i l p thu c trong
đi u ki n thí nghi m. Th i kỳ phát tri n cao c a công ngh hàn tàu ñã ñư c m ra
vào nh ng năm cu i th p k 30 và ñ u th p k 40 sau nh ng cơng trình n i ti ng
c a vi n sĩ E.O.Pa-ton v hàn dư i l p thu c. Phương pháp hàn này ñư c ng d ng
r ng rãi trong ngành công nghi p đóng tàu, đó là thành t u vơ cùng to l n c a k
thu t hàn hi n ñ i. Cho ñ n nay, hàn dư i thu c v n là phương pháp cơ khí hố cơ
b n trong k thu t hàn trong ngành công nghi p v i nh ng ưu ñi m vư t tr i v
hi u su t và ch t lư ng c a m i hàn.
Năm 1949 ñã ra ñ i phương pháp hàn nóng ch y ñ c bi t - hàn đi n x . ðó là
m t phát minh n i ti ng n a c a t p th Vi n hàn ñi n B.O Pa-tơ. Hàn đi n x đư c
nghiên c u và ñưa vào s n xu t trong ngành công nghi p t nh ng năm 50 ñ ch
t o các thi t b n ng như lò hơi, tua bin, máy t i…

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 13


Các phương pháp hàn ngày càng ñư c nghiên c u và c i ti n ñ nâng cao
năng su t, hi u qu và ch t lư ng m i hàn cũng như nâng cao kh năng t ñ ng
hóa.
T cu i đ i chi n th gi i l n th II, ngư i ta đã tìm ra hai phương pháp
cơng ngh hàn trong khí b o v : MIG (Metal - Iner - Gas) và TIG (Tungsten - Iner Gas). ñ c trưng c a hai phương pháp hàn MIG và TIG là trong quá trình hàn, h
quang và b hàn ñư c b o v b ng khí trơ (Ar, He). TIG là hàn b ng đi n c c
khơng nóng ch y (volfram ho c grafit). MIG là hàn b ng ñi n c c nóng ch y (dây
kim lo i).
Khí b o v (khí trơ) công ngh s n xu t r t ph c t p, nên cu c tìm ki m khí b o
v r hơn ñ thay th ñã thu hút nhi u tác gi quan tâm nghiên c u. Thành t u c a

nhi u cơng trình nghiên c u ñã cho ra ñ i phương pháp hàn MAG (Metal - Active Gas). Cơng cu c tìm ki m c a các nhà nghiên c u khoa h c v n ti p t c và h ñã
ñ t ñư c nh ng thành t u to l n đó là phương pháp hàn MAG có th dùng 100%
khí CO2 làm khí b o v trong q trình hàn đi n c c nóng ch y. T năm 1953
Liên Xơ đã chính th c ng d ng cơng ngh hàn trong mơi trư ng khí b o v là CO2
và sau đó l n lư t năm 1955 - 1956

các nư c phương Tây, M , Canada, Anh, ð c

... cũng đã ng d ng thành cơng và r t hi u qu c a công ngh hàn trong môi trư ng
khí b o v là CO2.
Cơng ngh hàn MAG ñ i v i th gi i là m t quá trình nghiên c u, ng d ng
và d n hồn thi n t ng bư c, đ n nay ñã phát tri n ñ n m c ñ cao, ng d ng r t
r ng rãi và hi u qu trong các ngành cơng nghi p.

1.2. Vai trị c a công ngh hàn trong các ngành công nghi p.
Công ngh hàn đóng vai trị r t quan tr ng. Do nó có nh ng ưu đi m n i b t
so v i các phương pháp ch t o cơ khí khác như:
Cơng ngh đơn gi n d th c hi n, không c n ph i thi t b hi n ñ i, m i hàn
b n, cơ tính t t, đ m b o đ kín t t, cơng ngh hàn có th n i đư c nh ng kim lo i
khác nhau, công ngh hàn d cơ khí hố, t đ ng hố, giá thành ch t o r , tính kinh
t cao. Do cơng ngh hàn có nhi u ưu đi m như v y nên nó đư c ng d ng r ng dãi
trong các ngành cơng nghi p như: Ngành đóng tàu, ch t o thi t b cơ khí, Ngành
l p máy, Ngành xây d ng, Ngành công nghi p ô - tơ vv..... Nh có cơng ngh hàn

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 14


mà các ngành cơng nghi p khác cũng đư c phát tri n và cơng ngh hàn đã đóng vai
trị khơng th thi u đư c trong các ngành cơng nghi p.

2. Phân lo i các phương pháp hàn.
2.1. Theo tr ng thái hàn.
Ngày nay hàn đã có hàng trăm phương pháp khác nhau theo tr ng thái hàn có
th chia ra 2 nhóm:

Hình 1.1. C ác phương pháp hàn.
1. Hàn laser;

2. Hàn h quang plasma;

3. Hàn chùm tia ñi n t ;

4. Hàn h quang ñi n;

5. Hàn ñi n x ;

6. Hàn khí;

7. Hàn nhi t nhơm;

8. Hàn h quang tay;

9. Hàn t ñ ng và bán t ñ ng dư i l p thu c; 10. Hàn h quang trong mơi trư ng
khí b o v ;
11. Hàn h quang tay đi n c c nóng ch y;

12. Hàn h quang tay đi n c c
khơng nóng ch y;

13. Hàn trong mơi trư ng khí Argon;

14. Hàn trong mơi trư ng khí Hêli;

15. Hàn trong mơi trư ng khí Nitơ;

16. Hàn trong mơi trư ng khí CO2;

17. Hàn siêu âm;

18. Hàn n ;

19. Hàn ngu i;

20. Hàn ñi n ti p xúc;

21. Hàn ma sát;

22.Hàn khu ch tán trong chân
không;

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 15


23. Hàn cao t n;

24. Hàn rèn;

25. Hàn giáp m i;

26. Hàn ñi m;

27. Hàn ñư ng;

28. Hàn b ng ñi n c c gi ;

29. Hàn ñi m b ng t .
Ngoài ra, m t vài năm g n ñây còn xu t hi n phương pháp hàn nhi t.
+ Hàn nóng ch y.
Khi hàn nóng ch y, kim lo i mép hàn ñư c nung ñ n tr ng thái nóng ch y
k t h p v i kim lo i b sung t ngồi vào đi n ñ y khe h gi a hai chi ti t hàn, sau
đó đơng đ c t o thành m i hàn.
Khi hàn nóng ch y, các khí xung quanh ngu n nhi t có nh hư ng r t l n
đ n q trình luy n kim và hình thành m i hàn. Do đó đ đi u ch nh quá trình hàn
theo chi u hư ng t t thì ph i ng d ng các bi n pháp công ngh nh t ñ nh: dùng
thu c b o v , khí b o v , hàn trong chân khơng,…
+ Hàn áp l c.
Khi hàn b ng áp l c kim lo i

vùng mép hàn đư c nung nóng đ n tr ng thái

d o, sau đó hai chi ti t ñư c ép l i v i l c ép ñ l n, t o ra m i hàn.
+ Hàn nhi t.
Hàn nhi t là s d ng nhi t c a các ph n ng hóa h c phát nhi t ñ nung kim
lo i mép hàn ñ n tr ng thái nóng ch y đ ng th i k t h p v i l c ép ñ t o ra m i
hàn.
2.2 Theo năng lư ng s d ng.
-

ði n năng: Hàn h quang, hàn ñi n ti p xúc…

-

Hóa năng: Hàn khí, hàn nhi t…

-

Cơ năng: Hàn ma sát, hàn ngu i…

2.3 Theo m c ñ t ñ ng hóa.
-

Hàn b ng tay.

-

Hàn bán t ñ ng.

-

Hàn t ñ ng.

3. Phương pháp hàn nóng ch y.
Các phương pháp hàn nóng ch y đư c ng d ng r ng rãi trong ngành cơng
nghi p đóng tàu, cơ khí ch t o, s n xu t k t c u thép, xây d ng, giao thông v n t i
…… Phương pháp hàn nóng ch y thư ng chia ra các lo i sau:
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 16


- Hàn h quang tay;
- Hàn h quang t ñ ng và bán t ñ ng;

- Hàn ñi n x .

3.1 Hàn h quang tay.
Là phương pháp hàn h quang có đi n c c là que hàn. Trong q trình hàn
các chuy n đ ng như gây h quang, d ch chuy n que, d ch chuy n h quang theo
d c m i hàn ñư c th c hi n b ng tay.
Phương pháp công ngh hàn này ñư c s d ng r ng rãi nh t hi n nay. M c
dù đã có nh ng phương pháp m i có năng su t, ch t lư ng cao; nhưng phương pháp
hàn h quang tay v n không th thi u trong các d ng s n xu t s a ch a, s n xu t
lo t nh , đ c bi t

nh ng qui trình cơng ngh hàn khơng th ti n hành cơ khí hóa

và t đ ng hóa.
Ch t lư ng c a m i hàn ph thu c ch y u vào tay ngh c a ngư i th cũng
như dịng đi n hàn.

Kìm hàn
que hàn
h quang
s

kim lo i
m i hàn

kim lo i
l ng

kim lo i
cơ b n

Ngu n
hàn

b
hàn

Hình1.2. Nguyên lý hàn h quang tay.

3.2 Hàn h quang t ñ ng và bán t ñ ng.
3.2.1 Nguyên lý và ñ c ñi m.
a. Nguyên lý:
Hàn h quang t ñ ng là quá trình hàn trong đó các khâu c a q trình hàn
ñư c ti n hành t ñ ng b i máy hàn, bao g m: gây h quang, chuy n d ch ñi n c c
hàn xu ng vũng hàn ñ duy trì h quang cháy n ñ nh, d ch chuy n ñi m hàn d c

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 17


m i hàn, c p thu c hàn ho c khí b o v .
Khi ch m t s khâu trong q trình hàn đư c t đ ng hóa ngư i ta g i là
hàn bán t ñ ng. Thư ng khi hàn bán t ñ ng ngư i ta ch t đ ng hóa khâu c p
đi n c c hàn vào vũng hàn còn di chuy n ñi n c c th c hi n b ng tay.
b. ð c ñi m:
* Năng su t hàn cao (Thư ng g p 5÷10 so v i hàn h quang tay) nh s d ng
dịng đi n hàn cao.
* Ch t lư ng m i hàn t t và n ñ nh.
* Ti t ki m kim lo i nh h s ñ p cao.
* Ti t ki m năng lư ng vì s d ng chi t đ ngu n nhi t.
* C i thi n ñi u ki n lao ñ ng.

* Thi t b hàn t ñ ng và bán t ñ ng ñ t, không hàn ñư c các k t c u hàn và
v trí hàn ph c t p.

3.3 Hàn h quang dư i l p thu c b o v (Submerged Arc Welding - SAW).
Hàn h quang dư i l p thu c b o v còn g i là hàn h quang chìm, ti ng
Anh vi t t t là SAW (Submerged Arc Welding), là q trình hàn nóng ch y mà h
quang cháy gi a dây hàn (ði n c c hàn) và v t hàn dư i m t l p thu c b o v .
Dư i tác d ng nhi t c a h quang, mép hàn, dây hàn và m t ph n c a thu c
hàn sát h quang b nóng ch y t o thành vũng hàn. Dây hàn ñư c ñ y vào vũng hàn
b ng m t cơ c u ñ c bi t v i t c ñ phù h p v i t c đ cháy c a nó (Hình 1.3a).
Theo ñ chuy n d ch c a ngu n nhi t (H quang) mà kim lo i vũng hàn s
ngu i và k t tinh t o thành m i hàn (Hình 1.3b). Trên m t vũng hàn và ph n m i
hàn đó đơng đ c hình thành m t l p x có tác d ng tham gia vào các qúa trình luy n
kim khi hàn, b o v và gi nhi t cho m i hàn, và s tách kh i m i hàn sau khi hàn.
Ph n thu c hàn chưa đư c nóng ch y có th s d ng l i.
Hàn h quang dư i l p thu c b o v có th ñư c t ñ ng c hai khâu c p dây
vào vùng h quang và di chuy n h quang d c theo tr c m i hàn. Trư ng h p này
ñư c g i là “Hàn h quang t ñ ng dư i l p thu c b o v ”.
N u ch t

đ ng hóa khâu c p dây hàn vào vùng h quang cũng không

chuy n ñ ng h quang d c theo tr c m i hàn ñư c thao tác b ng tay thì g i là “Hàn
h quang bán t đ ng dư i l p thu c b o v ”.

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 18


b)

Hình 1.3. Sơ đ hàn dư i l p thu c b o v .
a. Sơ ñ nguyên lý; b. C t d c theo tr c m i hàn

Hình 1.4 . Máy hàn dư i l p thu c b o v .
Hàn h quang dư i l p thu c b o v có ng d ng r ng rãi trong nhi u lĩnh
v c cơ khí ch t o như trong s n xu t: các k t c u thép d ng t m v kích thư c l n,
các d m thép có kh u ñ và chi u cao, các ng thép có ñư ng kính l n, các b n, b
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 19


ch a, bình ch u áp l c và trong cơng ngh đóng tàu…
Tuy nhiên, phương pháp này ch y u ñư c ng d ng ñ hàn các m i hàn

v

trí hàn b ng, các m i hàn có chi u dài l n và có qu đ o không ph c t p.
Phương pháp hàn h quang dư i l p thu c b o v có th hàn đư c các chi
ti t có chi u dày t vài mm ñ n hàng trăm mm.

3.4 Hàn h quang trong mơi trư ng khí b o v .
Hàn h quang trong mơi trư ng khí b o v là phương pháp hàn thích ng v i
m i k t c u hàn và cho năng su t và ch t lư ng hàn cao. Phương pháp công ngh
này có th phân lo i thành các phương pháp sau (Hình 1.5):

Hình 1.5. Phân lo i hàn trong mơi trư ng khí b o v .
các phương pháp hàn này, b hàn ñư c b o v kh i s tác d ng c a mơi
trư ng bên ngồi (Ch y u là ôxy và nitơ). Môi trư ng b o v có th là khí ho t tính
ho c khí trơ. Mơi trư ng khí trơ khơng có ph n ng hóa h c v i b hàn. Mơi trư ng
khí ho t tính có ph n ng hóa h c v i b hàn; nh ng tác ñ ng x u đó l i đư c kh c
ph c b ng thành ph n hóa h c thích h p c a v t li u hàn (Dây hàn).

3.4.1. Hàn h quang đi n c c khơng nóng ch y trong mơi trư ng khí trơ.
ði n c c khơng nóng ch y thư ng dùng là Volfram và phương pháp hàn này
ti ng Anh g i là TIG (Tungsten Inert Gas). ðây là phương pháp hàn v n năng: có
Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 20


th hàn b ng tay ho c hàn t ñ ng cũng như hàn đ p. Cơng ngh này phù h p cho
hàn nhôm và h p kim nhôm, thép khơng g , thép h p kim cao, gang, đ ng.
H quang trong hàn TIG có nhi t đ r t cao, có th đ t t i hơn 6.1000C. Kim
lo i m i hàn có th t o thành ch t kim lo i cơ b n khi hàn nh ng chi ti t m ng v i
liên k t g p mép, ho c ñư c b sung t que hàn ph . Tồn b vũng hàn đư c bao
b c b i khí trơ th i t ch p khí.

Hình 1.6. Sơ đ ngun lý hàn h quang núng ch y
trong mụi tr ng khớ tr.

Nắp bảo vệ
Công tắc
Cán

Que hn Ph
B ph n lm mỏt

Hỡnh 1.7. Vựng h quang và vũng hàn h quang nóng ch y
trong mơi trư ng khí trơ.
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 21


3.4.2 Hàn h quang đi n c c nóng ch y trong mơi trư ng khí b o v .
Hàn h quang đi n c c nóng ch y trong mơi trư ng khí b o v là q trình

hàn nóng ch y trong đó ngu n nhi t hàn ñư c cung c p b i h quang t o ra gi a
đi n c c nóng ch y (Dây hàn) và v t hàn; h quang và kim lo i nóng ch y đư c b o
v kh i s tác d ng c a ôxy và nitơ trong môi trư ng xung quanh b i m t lo i khí
ho c m t h n h p khí. Ti ng Anh phương pháp này g i là GMAW (Gas Metal Arc
Welding).

Dịng đi n
Khí b o v
H quang hàn
Que hàn Ph
Vùng hàn

ðư ng khí b o v
Dây hàn

B ph n ti p ñi n
Kim lo i m i hàn
Kim lo i cơ b n

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 22


Hình 1.8. Sơ đ hàn h quang đi n c c nóng ch y trong.
mơi trư ng khí b o v
a. Sơ ñ nguyên lý; b. Sơ ñ thi t b ; c. Vùng hàn và h quang hàn
Khi ñi n c c hàn hay dây hàn ñư c c p t đ ng vào vùng h quang thơng
qua cơ c u c p dây, còn s d ch chuy n h quang d c theo m i hàn ñư c thao tác
b ng tay thì g i là hàn h quang bán t đ ng trong mơi trư ng khí b o v . N u t t
c chuy n đ ng cơ b n đư c cơ khí hóa thì g i là hàn h quang t đ ng trong mơi
trư ng khí b o v .

Hàn h quang b ng đi n c c nóng ch y trong mơi trư ng khí trơ (Ar; He)
ti ng Anh g i là phương pháp hàn MIG (Metal Inert Gas). Vì các lo i khí trơ có giá
thành cao nên khơng đư c ng d ng r ng rãi ch dùng ñ hàn kim lo i màu và thép
h p kim.
Hàn h quang b ng đi n c c nóng ch y trong mơi trư ng khí ho t tính (CO2;
CO2+O2…) ti ng Anh g i là phương pháp hàn MAG (Metal Active Gas). Phương
pháp hàn MAG s d ng khí b o v CO2 đư c phát tri n r ng rãi.

3.5 Hàn ñi n x .
Phương pháp hàn ñi n x là m t phương pháp có nhi u ưu vi t nh t trong các
phương pháp hàn đi n vì nó khơng gây bi n d ng góc, khơng c n vát mép hàn, khe
h gi a hai mép hàn 12 mm t o ñi u ki n thu n l i cho l p ráp, gi m tiêu hao năng
lư ng ñi n, tiêu hao x hàn… do đó ngày càng đư c s d ng r ng rãi.
Trong khn kh c a đ tài ch y u nghiên c u v phương pháp hàn MAG (
Hàn đi n c c nóng ch y trong mơi trư ng khí b o v là khí ho t tính ( Khí CO2).
Hàn MAG, đư c vi t t t t ti ng Anh, Metal Active Gas ).

4. Tình hình nghiên c u v hàn MAG.
4.1.Trong nư c.
Cơng ngh hàn MAG

nư c ta ñã tr i qua m t quá trình nghiên c u ng

d ng, v i nh ng ñ c ñi m riêng liên quan ñ n ñ c thù n n kinh t , trình ñ s n xu t
cơng nghi p và q trình xu t nh p kh u các m t hàng cơ khí c a Vi t Nam. Th c
t q trình nghiên c u và ng d ng công ngh hàn MAG chưa ñáp ng ñư c nhu
c u c a s n xu t công nghi p, Nh n th y t m quan tr ng và ý nghĩa c a phương
pháp Công ngh này trong n n s n xu t công nghi p, t nh ng năm 70, các cơ quan

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 23

nghiên c u và các ngành qu n lý s n xu t cơng nghi p đã quan tâm đ n lĩnh v c
công ngh hàn MAG. T i H i ngh toàn qu c l n th nh t năm 1979, báo cáo c a
PGS Nguy n Tăng Long, Vi n khoa h c Cơng ngh Qu c phịng, cũng như báo cáo
c a Vi n khoa h c Xây d ng đã phân tích, đánh giá vai trị quan tr ng c a công
ngh hàn MAG trong s n xu t công nghi p và s c n thi t nghiên c u ng d ng
lĩnh v c công ngh này vào th c t s n xu t công nghi p

nư c ta và công ngh

hàn MAG ñã ñư c quan tâm ñ n trong r t nhi u báo cáo, h i th o và trong các d
án phát tri n s n xu t.
Cơng trình nghiên c u ñ u tiên v lĩnh v c hàn MAG

nư c ta ñư c tri n

khai t i Vi n Khoa h c K thu t Xây d ng. Vi c nghiên c u ñư c ti n hành trên cơ
s các thi t b và v t li u c a Thu ði n. Báo cáo giám ñ nh ñ tài này ñã kh ng
ñ nh rõ nh ng ưu đi m, tính hi u qu kinh t cao và tri n v ng to l n c a vi c ng
d ng công ngh hàn MAG vào s n xu t cơ khí

nư c ta. ð tài ñã quan tâm,

nghiên c u các y u t công ngh và các ph m trù Khoa h c - Công ngh . N i dung
nghiên c u c a tác gi hồn tồn trong đi u ki n th c t .
T i B môn Công ngh cơ khí thu c khoa Cơ đi n Trư ng ð i h c nông
nghi p Hà n i, năm 1974 ñã nghiên c u v hàn CO2 và ng d ng hi u qu t i T ng
c c ñ a ch t.
Năm 1980 đ ng chí Nguy n Bình ñã b o v thành công Lu n án ti n s T i

Trư ng ð i h c nông nghi p Hà N i v Công ngh h i ph c các chi ti t máy b ng
hàn h quang trong đó có hàn CO2 .
ð tài nghiên c u Khoa h c c p nhà nư c c a Vi n Khoa h c K thu t Xây
d ng đã đư c giám đ nh. Nhưng sau đó hơn mư i năm, vi c ng d ng công ngh
hàn MAG vào th c t s n xu t v n chưa ñư c quan tâm ñúng m c. Vi c ng d ng
công ngh hàn MAG trong giai ño n trư c năm 1990 vào s n xu t chưa mang l i
hi u qu cao, có th có nhi u nguyên nhân. Trong m t ph m vi nh t đ nh, có th coi
các ngun nhân chính xu t phát t hai khía c nh. M t là do th c t s n xu t cơng
nghi p đang trong cơ ch qu n lý bao c p, nên chưa có s c nh tranh gay g t v
năng xu t lao ñ ng, ch t lư ng s n ph m và ñi u ki n lao đ ng c a ngư i cơng
nhân. Kh năng th hai có th căn b n hơn, đó là do s ñ u tư nghiên c u làm ch
cơng ngh hàn MAG trong s n xu t cịn ít, nên có nhi u khó khăn ách t c n y sinh.
ðó là s khơng n đ nh v q trình hàn d n đ n khơng n đ nh v ch t lư ng và có
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 24


th đây chính là do nh hư ng c a các y u t môi trư ng gây ra, nhưng do h n ch
v đi u ki n kinh phí nên chưa ñư c gi i quy t ñúng m c, d n t i khơng ch u đ i
m i cơng ngh , khơng m nh d n đ u tư.
Năm 1992, m t ñ tài c p Nhà nư c nghiên c u cơng ngh hàn, đây là ñ tài
tr ng ñi m thu c chương trình KC-04 (Là chương trình nghiên c u cơ khí do GSTS Hàn ð c Kim ch trì) đã tri n khai t i Vi n Nghiên c u máy. ð tài công ngh
hàn do PTS Nguy n Văn Thông làm ch nhi m. Trong đ tài này có đ m c nghiên
c u ng d ng công ngh hàn MAG. ðây là m t ñ tài l n nghiên c u nhi u phương
pháp công ngh .
Trong vài năm g n ñây Trư ng ð i h c Bách khoa Hà N i, cũng đã nghiên
c u cơng ngh hàn MAG ñ hàn thép h p kim các lo i. Các tác gi đã s d ng cơng
c tốn h c: " T i ưu hố" Quy trình cơng ngh hàn CO2 ñ xác ñ nh ch ñ ngu i
t i ưu trong kho ng 800 - 5000C cho m t s thép h p kim th p Crom- Mangan,
Mangan- Silic, k t qu nghiên c u r t có ý nghĩa Khoa h c - Công ngh và th c
ti n. Thi t nghĩ trong tương lai g n ñây, khi cơng ngh hàn MAG đã đư c ng dung

n ñ nh

Vi t Nam, thì ch c ch n nghiên c u này s phát huy hi u qu th c c a nó,

trong nhi u ngành s n xu t công nghi p c a nư c ta. Cũng c n lưu ý thêm r ng, k t
qu nghiên c u khoa h c, nh t là Khoa h c – Cơng ngh , ph i đư c đánh giá trên c
phương di n lý thuy t và ng d ng vào th c ti n.
T năm 1978 các cơng trình nghiên c u v cơng ngh hàn MAG trong nư c
ta nói chung đã có nh ng k t qu ph c v trư c m t và tương lai. Cho ñ n kho ng
năm 1990 vi c ng d ng công ngh hàn MAG vào th c t s n xu t cịn g p nhi u
khó khăn.
T năm 1993 khi chúng ta chuy n ñ i n n kinh t t bao c p sang, n n kinh
t th trư ng, trao quy n ch ñ ng ñ u tư s n xu t cho các T ng cơng ty và cơng
ngh hàn MAG đư c chú tr ng quan tâm ñúng m c hơn.
T ñ u nh ng năm 2000 cùng v i s m c a kêu g i ñ u tư c a nư c ngoài
vào Vi t Nam cùng v i s nh p kh u các máy móc k thu t công ngh hàn tiên ti n
vào Vi t Nam và s yêu c u kh t khe v ch t lư ng hàn, cho các s n ph m trong
nư c cũng như s n ph m xu t kh u, b t bu c các Công ty, Nhà máy, khu cơng
nghi p ph i đ u tư thi t b và đưa cơng ngh hàn MAG vào s n xu t. Cùng v i s
phát tri n và ng d ng hi u qu c a công ngh hàn MAG, thì cơng vi c nghiên c u
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ……………. 25