Thực hành điện công nghệ tìm hiểu nguyên lý hoạt động của máy hàn

Thực hành điện công nghệ

TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY HÀN
Các loại máy hàn dạng MAG, MIG, TIC.

Hình : Sơ đồ nguyên lý hàn trong môi trường khí bảo vệ
1 Con lăn cấp lõi; 2 - Dây hàn; 3 - Đầu mỏ hàn;
4 - Khí bảo vệ 5 - Vật hàn
Các phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ:

Đặc điểm hàn tự động trong môi trường khí bảo vệ .

Khí hoạt tính : CO2, N2, H2,
Khí trơ : Ar, He,
Khi hàn người ta có thể sử dụng các loại khí trơ , khí hoạt riêng biệt hoặc hợp chất
1


Thực hành điện công nghệ
của chúng như các loại khí trơ với khí trơ, khí hoạt tính này với khí hoạt tính khác
hay khí trơ với khí hoạt tính.
Hàn trong môi trường khí hoạt tính dùng cho thép các bon, thép hợp kim
thấp.
Hàn trong môi trường khí trơ dùng cho các loại thép hợp kim, kim loại màu như
nhôm, Ti,...Nitơ dùng cho hàn hợp kim đồng
1. Nguồn điện có thể là 1 chiều nối nghịch, nối thuận, xoay chiều. Hồ quang trực tiếp
và hồ quang gián tiếp. Có thể sử dụng hồ quang 3 pha. Hồ quang 3 pha thường
dùng dòng xoay chiều .
2. Có thể dùng điện cực không nóng chảy (Thanh, grafit, vônphram -W), thường
dùng nhất là điện cực vônfram nối trực tiếp , dòng một chiều nối thuận ( cực âm nối
với que hàn, cực dương nối với vật hàn); còn khi hàn dây hàn thì nối nghịch ( cực

dương nối với dây hàn).
3. Có thể dùng điện cực nóng chảy (dây hàn nóng chảy). Khi hàn dòng một chiều
bằng day hàn nóng chảy thường được nối nghịch ( cực dương nối với dây hàn, cực
âm nối với vật hàn).
4. Tốc độ cấp dây có thể ổn định và có thể thay đổi tuỳ theo điện áp.
5. Phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ rất đa năng. Có thể hàn ở bất kỳ
vị trí nào trong không gian; đảm bảo cơ khí hoá, tự động hoá quá trình hàn; chất
lượng mối hàn được nâng cao; ...
6. Hàn trong môi trường khí được ứng dụng nhiều trong ngành đóng tàu.
- Hàn trong môi trường khí CO2.
1. CO2 thường dùng : loại 1 (99,5%CO2) Loại 2 (99%), Loại thực phẩm (98,5%).
2. CO2 thường dùng ở trạng thái lỏng và cho vào bình có dung tích 40 lít và có khối
lượng khoảng 25 kg.
3. Trong ngành đóng tàu thường dùng dòng một chiều nối nghịch. (P.7
Golochenko) .
4. Cho vào dây hàn một số chất (kim loại kiềm, kiềm thổ) sẽ làm tăng tính ổn định
cho hồ quang hàn và cho phép hàn có sự dịch chuyển dây hàn nóng chảy theo dòng
2


Thực hành điện công nghệ
nên làm giảm sự bắn toé. Dòng xoay chiều thường làm cho hồ quang không ổn định
và tăng bắn toé.
5. Chính vì thế mà hiện nay khi hàn điện cực nóng chảy trong môi trường khí CO2
thường dùng dòng một chiều nối nghịch.
6. Dây hàn có các loại theo tiêu chuẩn : 0,3 ; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0 mm
( trang 25- 1962). Dây hàn nhỏ d = 0,5 - 1,2 mm Dây hàn lớn d = 1,2 - 3,0 mm. Kích
thước giọt kim loại lỏng khi hàn có ngắn mạch ( dgiọt > 1,5 dh ) khi không ngắn
mạch là ( dgiọt > 0,8 dh ) và khi chảy thành dòng là ( d giọt < 0,8 dh ).
7. Đặc tính dịch chuyển kim loại lỏng vào vũng hàn phụ thuộc : loại khí bảo vệ; chế

độ hàn (cực nguồn điện, dòng điện hàn Ih, Hiệu điện thế hàn : Uh, Vận tốc hàn : Vh,
Đường kính dây hàn : dh, Lượng khí tiêu hao :Qh và chiều dài của lõi dây hàn tính
từ đầu mút của đầu mỏ hàn : Ld.)
8. Hàn trong CO2 có thể dùng dòng một chiều nối nghịch, nối thuận hay hàn bằng
dòng một chiều. Trong thực tế khi hàn trong CO2 thường dùng dòng một chiều nối
nghịch (cực dương nối với mỏ hàn, cực âm nối với vật hàn). Vì khi nối nghịch hồ
quang sẽ cháy ổn định, tạo nên mối hàn có hình dáng hợp lý và đảm bảo các tính
chất cần thiết của mối hàn. Khi hàn với điện cực nối thuận hồ quang sẽ cháy kém ổn
định hơn và có xu hướng tạo rổ khí và giảm sự ngấu vào kim loại cơ bản. Khi hàn
dòng xoay chiều sẽ làm cho hồ quang cháy kém ổn định và lượng bắn toé nhiều. Để
điều chỉnh dịch chuyển kim loại lỏng có thể sử dụng dòng điện xung tần số 50 100Hz.
9. Từ những phân tích trên hiện nay người ta thường sử dụng dòng một chiều nối
nghịch ( cực dương ở que hàn, cực âm ở vật hàn) để hàn trong CO2. Dòng hàn phụ
thuộc S, dh và J mật độ dồng điện hàn . Thường nhận J = 60 - 150 A/mm2.
10. Chất lượng mối hàn có thể thoả mản được ngay cả khi hàn dưới nước.
11. Hàn trong môi trường khí bảo vệ CO2 cho phép tự động hoá dể dàng.

3


Thực hành điện công nghệ
Giới thiệu Máy hàn ESAB LAG 400: MIG/MAG
U0=18-46V

I.

X
I
U

Thông

II.

3 50Hz

U

360Hz

U

220V
380V
415V
220V

-

-

440V
550V

70A/15V-400A/36V
60%
80%
100%
400A 355A
315A

34V
32V
30V
52A
42A
34A
30A
24A
20A
28A
22A
15A
52A
42A
34A
26A
21A

21A
17A

số
máy
hàn:

17A
14A

Hình 1.1:Mác thông số của máy hàn
U0=18-46V điện áp ra lúc không tải

Máy hàn hoạt động ở hai tần số 50Hz và 60Hz với những cấp điện áp khác nhau.
Thì giá trị dòng điện hàn thay đổi theo cấp điện áp đó.
Ví dụ: 3 50Hz : lưới điện 3 pha tần số 50Hz:
220V :phần sơ cấp đấu theo hình

4


Thực hành điện công nghệ
Hình 1.2
380V : phần sơ cấp đấu theo hình

Hình 1.3
415V: phần sơ cấp đấu theo

Hình 1.4
Phần đấu nối phía sơ cấp của máy biến áp (sơ cấp quấn bên trongdây đồng, thứ cấp
bên ngoài bên ngoài dây nhôm) máy biến áp quấn theo hình trụ

Hình 1.5 phần sơ cấp
Giá trị: X=60%; I=400A; U=34V tương ừng với (-A)
X=80%; I=355A; U=32V tương ừng với (-b)
X=100%; I=315A; U=30V tương ừng với (-c)

5


Thực hành điện công nghệ

Hình 1.6 phần thứ cấp

III.

Cấu tạo máy hàn ESAB LAG 400: MIG/MA
Chia làm hai phấn: phần cơ và phần điện:
•

Phần cơ bao gồm vỏ máy, dây hàn, quạt làm mát, hệ thống quay dây thiết bị

di động bánh
• Phần điện chia làm hai phần: mạch động lực và mạch điều khiển
 Mạch động lực máy biến áp hàn, bộ diode cầu hình tia ba pha
 Mạch điều khiển bao gồm các tiếp điểm bởi hai núm điều khiển ( off-4) và (1-10)
máy biến áp hàn ba pha được đấu theo hình sao điên áp vào 380V.

Hình 2.1: bên ngoài máy hàn ESAB LAG 400

6


Thực hành điện công nghệ

Hình 2.2: Một phần bên trong
1. Phần cơ: vỏ máy hàn làm nhiệm vụ bảo vệ máy hàn , quạt làm mát máy hàn khi

máy biến áp hàn hoạt động, bốn bánh xe là để di chuyển máy hàn một cách
thuận tiện, cơ cấu điều khiển dây hàn giúp cho việc hàn các vật ở những vị trí .
2. Phần động lực bao gồm cầu chì máy biến áp hàn,cotactor K8 và máy biến áp K9 bộ
nghịch lưu cầu diode
Mạch điều khiển bao gồm hai núm điều khiển thô(off-4) và tinh (1-10) (K32) K4,
IV.

K30.
Nguyên lý hoạt động của máy biến áp hàn:
Bảng trạng thái:

Hình 3.1
7


Thực hành điện công nghệ
Khi núm điều chỉnh thô ở vị trí off các tiếp điểm K32 ở ở trạng thái mở làm
cho mạch không có điện, cho dù núm điều chỉnh tinh ở bất kỳ vị trí nào đi
nữa vẫn hở mạch.

Hình 3.2
Khi núm điều chỉnh thô sang vị trí từ 1 đến 4 làm cho mạch đóng lại các tiếp
điểm (1-2;3-4) K32 đóng luôn cấp điện cho K9, K8.
Vị trí thô số 1 các tiếp điểm (5-6;8-9(;10-11;12-15;14-17;21-16) của K32
đóng lại. K9 có điện ,K8 đóng lại(1-2;3-4;5-6) .núm điều chỉnh tinh ở vị trí 1 các
tiếp điểm (28-29;2-1;22-25) của K4 đóng. Lúc này cuôn sơ cấp có số vòng dây
nhiều nhất điên áp ra là lớn nhất dòng hàn nhỏ nhất (hình 3.3) quận dây sơ cấp
sẽ giảm số vòng dây từ từ khi ta điều chỉnh núm vặn tinh từ vị trí 1 cho đến 10 ở
các hình còn lại dòng điện sẽ tăng từ từ và điện áp giảm dần với trị số nhỏ.

8


Thực hành điện công nghệ

Hình 3.3

Mạch sơ cấp được nối theo hình tam giác.
Ví trí thứ hai khi điều chỉnh tinh k4 sang vị trí thứ haitiếp điểm (28-29;21;22-25) mở ra tiếp điểm (30-29;6-1;18-25) đóng lại

9


Thực hành điện công nghệ

Hình 3.4
Mạch sơ cấp được nối theo hình tam giác.
- K32 ở vị trí 2
K4 ở vị trí 1
Vị trí thô số 1 các tiếp điểm (5-6;7-23;10-11;13-27;15-27;14-17:31-19;3121) của K32 đóng lại. K9 có điện ,K8 đóng lại(1-2;3-4;5-6) .núm điều chỉnh tinh
ở vị trí 1 các tiếp điểm (28-29;2-1;22-25) của K4 đóng. Lúc này cuôn sơ cấp
được đấu theo hình sao.

10


Thực hành điện công nghệ

-

Tương tự ta có K4 ở vị trí 2: mạch sơ cấp được đấu nối theo hình sao.

11


Thực hành điện công nghệ

-

K32 ở vị trí 3

K4 ở vị trí 1
Vị trí thô số 1 các tiếp điểm (6-23; 7-23; 8-9; 10-27; 13-27; 12-15; 14-31; 19-31; 1621) của K32 đóng lại. K9 có điện ,K8 đóng lại(1-2;3-4;5-6) .núm điều chỉnh tinh ở vị
trí 1 các tiếp điểm (28-29;2-1;22-25) của K4 đóng. Lúc này cuôn sơ cấp được đấu
theo hình sao

12


Thực hành điện công nghệ

-

Tương tự ta có K4 ở vị trí 10. Mạch sơ cấp đấu hình sao.

13


Thực hành điện công nghệ

-

K32 ở vị trí 4
K4 ở vị trí 1
Vị trí thô số 1 các tiếp điểm (6-23; 7-23; 23-9; 10-27; 13-27; 27-15; 14-31;

19-31; 31-21) của K32 đóng lại. K9 có điện ,K8 đóng lại(1-2;3-4;5-6) .núm điều

chỉnh tinh ở vị trí 1 các tiếp điểm (28-29;2-1;22-25) của K4 đóng. Lúc này cuôn sơ
cấp được đấu theo hình sao

14


Thực hành điện công nghệ

Tương tự cho K4 ở vị trí 10

15


Thực hành điện công nghệ

16


Thực hành điện công nghệ

-

Thứ cấp

Đồng hồ hiển thị dòng hàn và áp

Hình3.15
V. Nguồn điện và đặc tính của máy hàn

Máy biến áp được chế tạo có điện kháng tản lớn cuộn dây thứ cấp nối với điện

kháng ngoài k để hạn chế dòng điện hàn, và quấn theo hình trụ vì thế đường đặc
tính hàn rất dốc, cuộn dây sơ cấp nối với nguồn điện, cuôn thứ cấp qua chỉnh lưu
nối vào điện kháng K rồi nối tới que hàn . máy biến áp làm việc ở chế độ ngắn mạch
ngắn hạn dây quấn thứ cấp. Để đảm bảo an toàn điện điện áp thứ cấp không tải
của máy hàn nhỏ hơn 100V (U0=18-46V)
Để điều chỉnh dòng hàn ta có thể thay đổi số vòng dây cuôn sơ cấp của máy biến áp
hàn(k32 và K4) hoặc thay đổi điện kháng (K12)
a) Hàn hồ quang bằng dòng điện xoay chiều:

17


Thực hành điện công nghệ
tần số 50Hz. Hồ quang cháy không ổn định vì dòng điện xoay chiều luôn có trị số
biến đổi nhưng có ưu điểm là tiện lợi, giả thành rẻ, thiết bị đơn giản và dễ bảo
quản.
b) Hồ quang bằng dòng điện một chiều:
Quá trình hàn có nhiều ưu điểm hơn so với hàn hồ quang dòng điện xoay chiều,
song thiết bị phức tạp và giá thành đắt.
Cường độ dòng ngắn mạch phải nhỏ nhằm nâng cao tuổi thọ của máy hàn.
Thường chỉ cho phép:
Iđ = (1,3 ¸ 1,4)Ih
Iđ: Dòng điện ngắn mạch.
Ih: Dòng điện hàn khi hồ quang cháy ổn định.

18


Thực hành điện công nghệ

Đường cong 1 - Dạng u tăng dùng cho hàn tự động trong môi trường khí bảo vệ.
Đường cong 2 - Dạng U không thay đổi (hầu như không tăng khi I tăng) dùng cho
hàn
điện xỷ, hàn tự động trong môi trường khí bảo vệ. Bởi vì khi hàn trong môi trường
khí
bảo vệ, kim loại dây hàn chảy thành dòng tạo nên dòng ngắn mạch liên tục, dòng
điện
hàn tăng nhanh làm nóng chảy day hàn nhanh và liên tục. Chế độ này phù hợp với
laọi
dây có dh = 0,5 - 1,2 mm
19


Thực hành điện công nghệ
Đường cong 3 - Dạng cong dốc thoai thoải dùng cho hàn tự động và bán tự động
dưới
lớp thuốc có tốc độ cấp dây hàn không đổi. Việc cấp lõi dây hàn theo nguyên lý tự
động điều chỉnh (tức là khi I tăng, Uh giảm làm cho nhiệt lượng Q = UIt giảm kết
quả
dây cháy chậm lại, phục hồi chiều dài cột hồ quang.
Đường cong 4 - Dạng cong dốc dùng cho hàn hồ quang tay và hàn tự đọng dưới
lớp
thuốc (khi mà tốc độ cấp dây phụ thuộc chế độ hàn. Khi U h thay đổi, nhưng Ih thay
đổi ít nên chế độ hàn ổn định hơn
Kết hợp các dương đặc tính động và đường đặc tính tĩnh của hồ quang ta sẽ
thấy chúng giao nhau tại 2 điểm A và B (tại đó Unguồn = Uhồ quang)
Tại điểm B hiệu điện thế cao đủ để gây hồ quang nhưng vì dòng điện nhỏ
không đủu để duy trì sự cháy ổn định của hồ quang. Thực vậy nếu vì một lý do nào
đó
làm cho dòng điện giảm xuống thì hiệu điẹn thế hồ quang sẽ tăng lên và lúc đó Uhq

>
Ung, có nghĩa là hiệu điện thế của nguồn không đủ để gây hồ quang nên nó tắt.
Ngược lại, nếu tăng dòng I thì Ung > Uhq ; điện thế thừa Ung - Uhq là nguyên nhân
gây nên sự tiếp tục tăng dòng điện cho đến khi đạt được giá trị ở điểm A. Như vậy
khi I tăng hoặc I giảm tại điểm A có sự phục hồi lại điều kiện ổn định của hồ quang
(Uhq = Ung)

20


Thực hành điện công nghệ

Chế độ không tải : khi mạch ngoài hở:
Ih= IKT = 0

U2 = Ukt = U20.

Khi làm việc :Uh = U20 - Utc.
Utc = Ih . (Rtc +Xtc)
Xtc = 2 . π. f . L
trong đó
U2 điện áp sơ cấp
U20 điện áp thứ cấp
f - tần số dòng điện
L - Hệ số tự cảm của bộ tự cảm
Rtc - Điện trở thuần của bộ tự cảm;
Xtc - Trở kháng của bộ tự cảm.
Khi dòng điện tăng, từ thông qua bộ tự cảm tăng (phụ thuộc vào khe hở của mạch
tự bộ tự cảm) lúc đó hiệu điện thế hàn sẽ giảm.
Chế độ ngắn mạch :

Rt -Từ trở của bộ tự cảm
R - điện trở mạch hàn
r - điện trở cuộn thứ cấp (R+r ≈ 0.001 ôm)
U điện thế rơi trên cuộn thứ cấp
Wtc - số vòng dây của bộ tự cảm

21