Công nghệ hàn MAG

Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong
môi trờng khí bảo vệ.
I. Thực chất đặc điểm và phạm vi ứng dụng.
1. Thực chất và đặc điểm.
- Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trờng khí bảo vệ là
quá trình hàn nóng chảy trong đó nguồn nhiệt hàn đợc cung cấp bởi hồ
quang tạo ra giữa điện cực nóng chảy (Dây hàn) và vật hàn.
- Hồ quang và kim loại nóng chảy đợc bảo vệ khỏi tác dụng của Oxi và
Nitơ trong môi trờng xung quanh bởi một loại khí hoặc 1 hỗn hợp khí.
Tiếng Anh phơng pháp hàn này gọi là GMAW (Gaz Metal Arc
Welding).
- Khí bảo vệ có thể là khí trơ (Ar , He hoặc hỗn hợp Ar + He) Không tác
dụng với kim loại lỏng trong khi hàn hoặc là các loại khí hoạt tính
(CO2; CO2 + O2 ; CO2 + Ar ; .) Có tác dụng chiếm chỗ và đẩy không
khí ra khỏi vùng hàn để hạn chế tác dung xấu của nó
- Dây hàn đợc cấp tự động vào vùng hồ quang thông qua cơ cấu cấp dây,
còn sự dịch chuyển hồ quang dọc theo mối hàn đợc thao tác bằng tay thì
gọi là Hàn hồ quang bán tự động trong môi trờng khí bảo vệ. Nừu tất cả
các chuyển động cơ bản đợc cơ khí hóa thì đợc gọi là Hàn hồ quang tự
động trong môi trờng khí bảo vệ.
- Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trờng khí trơ (Ar ,
He) Tiếng Anh gọi là phơng pháp hàn MIG (Metal Inert Gaz). Vì các
loại khí trơ có giá thành cao nên không đợc ứng dụng rộng rãi , chỉ đợc
dùng để hàn kim loại mầu và thép hợp kim.
- Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trờng khí hoạt tính
thờng dùng là khí CO2 hoặc hỗn hợp khí CO2 với một số loại khí khác
nh O2, Ar, ) Tiêng anh gọi là ph ơng pháp hàn MAG (Metal Active
Gaz) Phơng pháp hàn MAG sử dụng khí bảo vệ CO2 đợc ứng dụng rộng
rãi do có rất nhiều u điểm :
+ CO2 là loại khí dễ kiếm , dễ sản xuất và giá thành thấp.
+ Năng suất hàn trong CO2 cao, gấp hơn 2,5 lần so với hàn hồ

quang tay.
+ Tính công nghệ của hàn trong CO2 cao hơn so với hàn hồ quang
dới lớp thuốc vì có thể tiến hành ở mọi vị trí không gian khác nhau.
+ Chất lợng hàn cao. Sản phẩm hàn ít bị cong vênh do tốc độ hàn
cao, nguồn nhiệt tập trung, hiệu suất sử dụng nhiệt lớn, vùng ảnh hởng
nhiệt hẹp.
+ Điều kiện lao động tốt hơn so với hàn hồ quang tay và trong quá
trình hàn không phát sinh ra khí độc.
2. Phạm vi ứng dụng:
- Trong nền công nghiệp hiện đại, hàn hồ quang nóng chảy trong môi tr-
ờng khí bảo vệ chiếm 1 vị trí rất quan trọng. Nó không những có thể
hàn các loại thép kết cấu thông thờng mà còn có thể hàn các loại thép
không rỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nóng, các hợp kim đặc biệt , các loại
hợp kim nhôm, ma giê, niken, đồng, các hợp kim có ái lực hóa học
mạnh với Oxi.
- Phơng pháp hàn này có thể sử dụng đợc ở mọi vị trí trong không gian,
Chiều dày vật hàn 0,4 4,8 mm thì chỉ cần hần 1 lớp mà không phải
vát mép , Từ 1,6 10mm Hàn 1 lớp có vát mép , còn từ 3,2 25 mm
thì phải hàn nhiều lớp.
II. Vật liệu và thiết bị hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi
tr ờng khí bảo vệ.
1. Vật liệu hàn.
a. Dây hàn.
Khi hàn trong môi trờng khí bảo vệ , sự hợp kim hóa kim loại mối hàn
nhằm đảm bảo các tính chất yêu cầu của mối hàn đợc thực hiện chủ yếu
thông qua dây hàn. Do vậy, những đặc tính của quá trình công nghệ hàn
phụ thuộc rất nhiều vào tình trạng và chất lợng dây hàn. Khi hàn MAG th-
ờng sử dụng dây hàn có đờng kính từ 0,8 2,4 mm.
Sự ổn định của quá trình hàn cũnh nh chất lợng của liên kết hàn phụ
thuộc rất nhiều vào tình trạng bề mặt dây hàn. Cần chú ý đến phơng pháp

bảo quản , cất giữ và biện pháp làm sạch nếu dây bị rỉ hoặc bẩn. Một trong
những cách để giải quyết là sử dụng dây có lớp mạ đồng. Dây mạ đồng sẽ
nâng cao chất lợng bề mặt và khả năng chống rỉ, đồng thời nâng cao tính
ổn định của quá trình hàn.
Theo hệ thống tiêu chuẩn AWS, ký hiệu dây hàn thép các bon thông
dụng nh sau:
Bảng 3-2 Giới thiệu một số loại dây hàn thông dụng theo AWS
er
70 S- X
Ký hiệu điện
cực hành hoặc
que hàn phụ
Độ bền kéo nhỏ
nhất (ksi)
S= dây hàn đặc
Thành phần hóa học
và khí bảo vệ.
Bảng 3-2
Kí hiệu
theo AWS
Điều kiện hàn Cơ tính
Cực tính Khí bảo vệ
Giới hạn
bền kéo
của liên
kết (psi)
Giới hạn
chảy của
kim loại
mối hàn

min (psi)
Độ giãn
dài
% (min)
E70S-2 DCEP CO2 72000 60000 22
E70S-3 DCEP CO2 72000 60000 22
E70S-4 DCEP CO2 72000 60000 22
E70S-5 DCEP CO2 72000 60000 22
E70S-6 DCEP CO2 72000 60000 22
E70S-7 DCEP CO2 72000 60000 22
AWS
Thành phần hóa học (%)
C Mn Si Các nguyên tố khác
E70S-2 0,6 0,40 0,70 Ti= 0,05-0,15;
Zi=0,02-0,12; Al
=0,05 0,15
E70S-3 0,06 0,15 0,90 1,40 0,45 0,70
E70S-4 0,07 0,15 0,65 0,85
E70S-5 0,07 0,19 0,30 0,60 Al = 0,50 0,90
E70S-6 0,07 0,15 1,40 1,85 0,80 1,15
E70S-7 0,07 0,15 1,50 2,00 0,50 0,80
Đối với thép hợp kimthấp thờng sử dụng dây hàn có ký hiệu ER-80S-O2
Và khí bảo vệ là CO2, OCEP.
2. Khí bảo vệ
Khí Ar tinh khiết (~ 100%) Thờng đợc dùng để hàn kim loại mầu. Khí He
tinh khiết (~100%)thờng đợc dùng để hàn các liên kết có kích thớc lớn với
các vật liệu có tính dẫn nhiệt cao nh nhôm, Mg, Đồng, Khi dùng khí He
tinh khiết bề rộng mối hàn sẽ lớn so với dùng loại khía khác. Vì vậy có thể
dùng hỗn hợp khí Ar + (50 80)% He. Do khi He có trọng lợng riêng nhỏ
hơn khí Ar nên lu lợng khí He cần dùng cao hơn 2 đến 3 lần so với khí Ar.

Khi hàn các hợp kim chứa Fe có thể bổ sung thêm O2 hoặc CO2 vào Ar để
khắc phục các khuyết tật nh lõm khuyết , bắn tóe và hình dạng mối hàn
không đồng đều.
CO2 đợc dùng rộng rãi để hàn thép cácbon và thép hợp kim thấp do giá
thành thấp mối hàn ổn định, cơ tính của liên kết hàn đạt yêu cầu , tốc độ hàn
cao và độ ngấu sâu. Nhợc điểm của hàn trong khí bảo vệ CO2 là gây bắn tóe
kim loại lỏng.
Bảng 3-3 giới thiệu ứng dụng một số loại khí và hỗn hợp khí bảo vệ.
Bảng 3-3
Khí bảo vệ Kim loại cơ bản
Ar (He)
Ar + 1% O2
Ar + 2% O2
Ar + 5% O2
Ar + 20% CO2
Ar + 15% CO2 +5%O2
CO2
Kim loại và hợp kim không có sắt
Thép austenit
Thép ferit (Hàn đứng từ trên xuống)
Thép ferit (Hàn tấm mỏng, hàn từ trên xuống)
Thép ferit và austenit (Hàn ở mọi vị trí)
Thép ferit và austenit (Hàn ở mọi vị trí)
Thép ferit (Hàn ở mọi vị trí)
3. Thiết bị hàn
Hệ thống thiết bị cần thiết dùng cho hàn hồ quang điện cực nóng chảy
trong môi trờng khí bảo vệ bao gồm :
- Nguồn điện hàn
- Cơ cấu cấp dây hàn tự động, mỏ hàn hay súng hàn đi cùng các đờng
ống dẫn khí, dẫn dây hàn và cáp điện, chai chứa khí bảo vệ kèm theo bộ

đồng hồ , lu lợng kế và van khí.
Nguồn điện hàn thông thờng là nguồn điện 1 chiều DC. Nguồn điện xoay
chiều AC không thích hợp do hồ quang bị tắt ở từng nửa chu kỳ và sự chỉnh lu
chu kỳ phân cực nghịch làm cho hồ quang không ổn định.

Đặc tính ngoài của nguồn điện hàn thông thờng là đặc tính cứng (điện áp
không đổi). Điều này đợc dùng với tốc độ cấp dây hàn không đổi , cho phép
điều chỉnh tự động chiều dài hồ quang.
Mỏ hàn, (súng hàn) bao gồm pép tiếp điện để dẫn dòng dòng điện hàn đến dây
hàn , đờng dẫn khí và chụp khí để hớng dòng khí bảo vệ bao quanh vùng hồ
quang , bộ phận làm nguội có thể bằng khí hoặc nớc tuần hoàn, công tắc đóng
ngắt đồng bộ dòng điện hàn và dòng khí bảo vệ.
III. Công nghệ hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi tr ờng khí bảo
vệ.
1. Chuẩn bị liên kết trớc khi hàn:
Các yêu cầu về hình dáng , kích thớc, bề mặt liên kết trong phơng pháp
hàn hồ quang nóng chảy trong môi trờng khí bảo vệ tơng tự nh ở các phơng
pháp hàn khác . Tuy nhiên do đờng kính của dây hàn nhỏ hơn so với hàn d-
ới lớp thuốc bảo vệ nên góc vát mép sẽ nhỏ hơn (thờng khoảng 45 60),
do dây hàn có khả năng đa sâu vào trong rãnh hàn.
2. Các dạng truyền kim lọai vào trong vũng hàn.
Truyền kim loại dạng cầu. Giọt kim loại hình thành chậm trên điện
cực và lu lại ở đây lâu. Nừu kích thớc giọt kim loại đủ lớn nó sẽ
chuyển vào vũng hàn theo hớng khác nhau (đồng trục hoặc lệch trục
dây hàn) do trọng lực hoặc do sự đoản mạch .
Kích thớc giọt kim loại lỏng dạng cầu phụ thuộc vào loại khí sử dụng vào
vật liệu kích thớc điện cực, điện áp hồ quang, cờng độ dòng điện và cực
tính . Khi điện áp hồ quang và kích thớc điện cực tăng thì đờng kính giọt
kim loại lỏng tăng , còn khi cờng đọ dòng điện tăng sẽ làm giảm đờng
kính giọt.

Quá trình hàn với sự truyền kim loại dạng cầu đợc ứng dụng chủ yếu cho
các liên kết ở vị trí hàn bằng.
Truyền kim loại dạng phun:
ở dạng này kim loại đI qua hồ quang ở dạng các giọt rất nhỏ đợc định h-
ớng đồng trục . Đờng kính giọt kim loại nhỏ hơn hoặc bằng đờng kính
điện cực.
Hàn hồ quang kiểu phun rất thích hợp để hàn các chi tiết tơng đối dày với
dòng điện cao và hàn đứng từ trên xuống.
Truyền kim loại dạng ngắn mạch hoặc nhỏ giọt.
Kỹ thuật hàn hồ quang ngắn mạch hoặc nhỏ giọt thích hợp khi hàn các
tấm mỏng ở các vị trí khác nhau.
Kỹ thuật hàn truyền kim loại dạng ngắn mạch hoặc nhỏ giọt sử dụng dây
hàn đờng kính nhỏ (0,8 1,6mm), điện áp hồ quang thấp (16 -22V) ,
dòng điện hàn thấp (60 180 A). Kỹ thuật hàn này ít gây bắn tóe giọt
kim loại lỏng.
3. Chế độ hàn.
a. Dòng điện hàn:
Dòng điện hàn đợc chọn phụ thuộc vào kích thớc điện cực (Dây hàn ) dạng
truyền kim loại lỏng và chiều dày của liên kết hàn . Khi dòng điện quá
thấp sẽ không bảo đảm ngấu hết chiều dày liên kết , giảm độ bền của mối
hàn . Khi dòng điện quá cao sẽ làm tăng sự bắn tóe kim loại gây ra rỗ
xốp , biến dạng , mối hàn không đồng đều.
Với loại nguồn điện có đặc tính ngoài cứng (Điện áp không đổi) dòng
điện hàn tăng sẽ làm tăng tốc độ cấp dây. và ngợc lại
b. Điện áp hàn