Kỹ thuật hàn cụ thể
Bài viết này đưa ra ánh sáng trên ba kỹ thuật hàn cụ thể. Các kỹ thuật là: 1. Hàn MIAB (Từ tính hồ quang từ tính) Hàn 2. Sản xuất ống bằng hàn 3. Hàn khe hẹp.
Kỹ thuật # 1. Hàn MIAB (Từ tính Arc Arc Impuls) Hàn:
Trong hàn MIAB, được sử dụng để hàn các phần tiết diện hình ống hoặc rỗng với nhau, các mặt ống được nối được cách nhau bởi một khe nhỏ 1-2 mm và hồ quang hàn được đánh bằng phóng điện tần số cao qua khe hở, sử dụng một nguồn năng lượng hiện tại không đổi, như trong hình 22.25. Đồng thời, một từ trường xuyên tâm tĩnh được tạo ra với sự trợ giúp của cuộn từ có bản lề được đặt chồng lên nhau trong khe hở làm cho hồ quang di chuyển xung quanh đầu ống do kết quả của sự tương tác với từ trường.
Tốc độ quay của hồ quang rất cao, lên tới 150 m / giây trở lên, dẫn đến sự gia nhiệt rất nhanh và đồng đều của các đầu ống. Thời gian cần thiết để đạt được nhiệt độ mong muốn là ½ đến 2 giây tùy thuộc vào khối lượng kim loại được nung nóng. CO 2 thường được sử dụng làm khí bảo vệ để bảo vệ hồ quang và kim loại nóng chảy. Sau khi được nung nóng, các đầu ống được rèn với nhau dưới áp suất lên tới khoảng 2200 N. Dòng hàn tối đa được sử dụng thường là 1000 A.
Mối hàn pha rắn được tạo ra bởi hàn MIAB có đèn flash đặc trưng thu được do tác động đảo lộn. Sức mạnh và chất lượng của mối hàn so sánh thuận lợi với các mối hàn được tạo ra bởi quá trình hàn ma sát và quá trình hàn mông flash. Những lợi thế chính được khẳng định cho hàn MIAB so với các quá trình hàn mông, flash và ma sát thay thế là tốc độ hàn cao, tiêu thụ năng lượng thấp, dễ tự động hóa và khả năng nối các ống không tròn.
Việc chuẩn bị các mặt ống là không quan trọng, do đó, bất kỳ bề mặt nào từ mặt đất đến vết cắt bằng cưa đều phù hợp để hàn bằng hàn MIAB. Tuy nhiên, các mối hàn có đường kính lớn (hơn 100 mm) yêu cầu kết nối dòng điện đều xung quanh ngoại vi để đảm bảo xoay vòng cung tốt. Tốc độ sản xuất với hàn MIAB có thể gấp 8-10 lần so với ma sát và các quá trình hàn mông.
Hàn MIAB cho đến nay đã được khai thác chủ yếu bởi ngành công nghiệp ô tô châu Âu để hàn các thành phần carbon thấp, hợp kim thấp và thép không gỉ. Các ứng dụng cụ thể của quy trình bao gồm nối các trục chân vịt, trục truyền động, đầu trục sau, giảm xóc (nắp được hàn vào đầu ống) và thanh chống đầy khí. Hiện tại phạm vi đường kính ống có thể được hàn bằng hàn MIAB là khoảng 10-300 mm với độ dày thành từ 0, 7 đến 13 mm.
Các thiết bị quá trình đã được phát triển cho cả chế tạo cửa hàng và lĩnh vực.
Quá trình này không thể được sử dụng để hàn thanh rắn, và chất lượng của khớp không thể được đảm bảo bởi NDT vì có thể có các lớp oxit rất mỏng hoặc các vùi dẹt ở đường hàn. Tuy nhiên, bất chấp những hạn chế này, quá trình này dự kiến sẽ được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như thiết bị gia dụng, điều hòa không khí, điện lạnh và sản xuất đồ nội thất.
Kỹ thuật # 2. Sản xuất ống bằng hàn:
Sản xuất ống và ống tốc độ cao đạt được bằng ba biến thể sau của hàn đường nối kháng:
(i) Hàn đường hàn điện trở mông (quy trình ERW),
(ii) Hàn điện trở tần số cao (HFRW) và
(iii) Hàn cảm ứng tần số cao (HFIW).
(i) Quy trình ERW:
Một lượng lớn ống thép và ống được sản xuất bằng phương pháp hàn đường nối mông kháng từ dải được cắt liên tục và cuộn thành ống có đường kính mong muốn trước khi hàn. Dòng điện xoay chiều lên đến 4000A ở khoảng 5 volt được đưa vào khắp khớp bằng các điện cực của loại con lăn tách và lực được tác dụng bởi các cuộn áp lực như trong hình 22, 26. Để đưa dòng điện nặng trực tiếp vào các điện cực chuyển động, một máy biến áp quay có vòng trượt ở phía sơ cấp được sử dụng. Không giống như hàn đường may thông thường, chuyển động hiện tại và công việc là liên tục trong quá trình này.
Tốc độ sản xuất tối đa bị giới hạn bởi tần số dòng hàn bởi vì tốc độ hàn được tăng lên một nửa chu kỳ hiện tại riêng lẻ cuối cùng dẫn đến hàn điểm thay vì hàn đường may. Để khắc phục khó khăn này, tần số hiện tại thường được tăng lên 350 hertz để đạt được tốc độ hàn 36 m / phút.
Các ống được sản xuất bởi quá trình này có một vây kim loại khó chịu dọc theo mối hàn cả bên trong và bên ngoài thường được loại bỏ bằng cách lắp đặt các dao cắt thích hợp trên dây chuyền sản xuất. Ống được cắt theo chiều dài mong muốn bằng cách sử dụng một máy cắt di chuyển dọc theo ống và được đồng bộ hóa để cắt độ dài mong muốn trong lần chạy có sẵn trong một chu kỳ nhất định.
(ii) Quy trình HFRW:
Trong quy trình này, ống được hình thành bởi các con lăn giống như trong quy trình ERW nhưng dòng điện trong phạm vi 500 - 5000A với tần số lên tới 500 KHz và điện áp khoảng 100 volt, được đưa vào qua các đầu dò làm bằng hợp kim đồng và bạc được hàn vào giá treo bằng đồng làm mát bằng nước nặng. Kích thước đầu tiếp xúc nằm trong khoảng từ 15 - 650 mm 2 tùy thuộc vào cường độ dòng điện được mang theo.
Trong khi ở ERW, nhiệt được tạo ra chủ yếu bởi điện trở tiếp xúc, nó được tạo ra bởi hiệu ứng da do dòng điện chạy ở độ sâu nông của dây dẫn và tỷ lệ với √1 / f. Các con lăn áp lực để cung cấp áp lực rèn được lắp đặt một khoảng cách ngắn xuống dòng từ các đầu dò hiện tại như trong hình 22, 27. Do hiệu ứng da, đường dòng chảy nằm dọc theo dải thông qua đỉnh Vee được hình thành bởi các bề mặt phân tán gặp nhau ở góc 4 ° -7 ° khi chúng gần với nhau tạo thành ống. Độ sâu của vùng được làm nóng thường nhỏ hơn 0, 8 mm và do đó tạo điều kiện tối ưu cho mối hàn.
Trong quá trình ERW, quá trình nóng chảy không diễn ra do đó hàn liên quan đến sự biến dạng đáng kể của kim loại được nung nóng để phá vỡ lớp oxit để tạo ra sự tiếp xúc kim loại cho các mối hàn chất lượng. Tuy nhiên, trong quá trình nóng chảy bề mặt HFRW có thể xảy ra và kim loại nóng chảy được sản xuất được ép đùn dưới áp lực rèn của cuộn dẫn đến việc vắt kiệt vật liệu oxy hóa hoặc các tạp chất khác. Hành động này làm cho quá trình này áp dụng để hàn các kim loại màu trong đó lớp oxit chịu lửa được hình thành rất nhanh do nung nóng.
Việc sử dụng điện áp cao và tần số cao giúp đạt được sự tiếp xúc tốt giữa các đầu dò và vật liệu ống ngay cả khi nó có quy mô trên nó Các đầu dò làm mát bằng nước có tuổi thọ cao và có thể hàn hàng ngàn mét ống trước khi chúng được thay thế để mặc. Đầu dò tiếp xúc được sử dụng cho HFRW của kim loại màu có thể có tuổi thọ gấp ba lần đầu dò dùng cho kim loại màu. Hàn 100.000 m ống kim loại màu với một bộ đầu dò không phải là hiếm.
Bởi vì tốc độ hàn phụ thuộc vào độ dày của ống chứ không phụ thuộc vào đường kính, đó là lý do tại sao tốc độ hàn cao lên tới 150 m / phút có thể đạt được đối với HFRW của ống có thành mỏng. Sử dụng một đơn vị năng lượng 160 KW ở nguồn cung cấp 400 KHz, các ống và ống thép và nhôm có thể được chế tạo ở tốc độ sản xuất cao tùy thuộc vào độ dày của tường như trong bảng 22.6.
Trong hàn HF của ống và ống dòng chảy trên bề mặt bên trong của ống cũng như trên bề mặt bên ngoài. Dòng điện bổ sung này chảy song song với dòng hàn dẫn đến mất điện. Để giảm thiểu tổn thất điện năng này, một lõi từ tính hoặc trở kháng làm bằng vật liệu ferrite như sắt rèn được đặt bên trong ống.
Các trở kháng làm tăng khả năng phản ứng cảm ứng của đường dẫn xung quanh bề mặt bên trong của ống hạn chế dòng điện không mong muốn bên trong và do đó làm tăng dòng điện bên ngoài. Điều này dẫn đến tỷ lệ sản xuất cao hơn. Các trở kháng thường được làm mát bằng nước để giữ nhiệt độ thấp để nó không bị mất tính chất từ tính. Để tránh việc vặn vào các ống có thành mỏng, bộ cản có thể được cung cấp các con lăn hỗ trợ, như trong Hình 22.28, bên trong ống được hàn.
Quá trình HFRW được sử dụng để sản xuất ống và ống có đường kính trong khoảng từ 12 đến 1270 mm và với độ dày thành từ 0, 25 đến 25 mm. Bất kỳ kim loại nào cũng có thể được hàn bằng quy trình này với phạm vi tốc độ từ 5 đến 300 m / phút tùy thuộc vào độ dày của tường.
Quá trình HFRW cũng có thể được sử dụng để sản xuất ống và ống xoắn ốc và vây. Hình 22, 29 cho thấy một đường chuyển được thiết kế để chế tạo các ống hàn xoắn từ cuộn dây. Nó có một điều khoản cho việc tự động tháo và thay băng, cắt xén các đầu, hàn tự động, xử lý nhiệt của mối hàn và cắt ống theo chiều dài.
Hình 22.30 cho thấy sự sắp xếp để hàn vây xoắn trên ống. Sự kết hợp kim loại khác nhau của vật liệu ống và vây có thể được hàn bằng HFRW. Kết hợp thường hàn bao gồm ống thép không gỉ, vây thép nhẹ; ống cupronickel và vây nhôm; ống thép nhẹ và vây thép nhẹ.
Đường kính từ 15 mm đến 250 mm. Chiều cao vây điển hình bằng bán kính của ống, vây có thể dày tới 6 mm và khoảng cách vây có thể nhỏ hơn 1-2 trên mỗi cm. Nhiều loại vây răng cưa hoặc gấp cũng có thể được hàn vào ống.
(iii) Quy trình HFIW:
Hàn cảm ứng tần số cao của ống tương tự như hàn điện trở tần số cao ngoại trừ nhiệt sinh ra trong vật liệu làm việc là do dòng điện cảm ứng vào nó. Vì không có tiếp xúc điện với công việc, quá trình này chỉ có thể được sử dụng khi có đường dẫn hiện tại hoàn chỉnh hoặc vòng khép kín hoàn toàn trong công việc. Dòng điện cảm ứng không chỉ chảy qua khu vực hàn mà còn qua các phần khác của công việc.
Các cạnh ống được kết hợp với nhau theo cách tương tự như trong các quy trình ERW hoặc HFIW. Một cuộn dây cảm ứng làm mát bằng nước hoặc cuộn cảm làm bằng đồng bao quanh ống ở đầu mở của vee như trong hình 22.31. Dòng điện tần số cao chạy qua cuộn dây tạo ra dòng điện tuần hoàn xung quanh bề mặt bên ngoài của ống và dọc theo các cạnh của vee, làm nóng chúng đến nhiệt độ hàn. Áp lực được áp dụng để thực hiện các mối hàn như trong HFRW.
HFIW phù hợp với ống làm bằng bất kỳ kim loại nào trong phạm vi đường kính từ 12 đến 150 mm với độ dày thành từ 0, 15 đến 10 mm với tốc độ hàn dao động trong khoảng từ 5 đến 300 m / phút.
HFIW không giới hạn trong sản xuất ống nhưng có thể được sử dụng để tạo ra các mối hàn chu vi cho nắp hàn vào ống. Quá trình này có thể được sử dụng một cách thuận lợi cho ống tráng, ống nhỏ hoặc vách mỏng; và nó loại bỏ đánh dấu bề mặt bằng các tiếp xúc điện. Tuy nhiên, quá trình này không phù hợp để hàn các kim loại có độ dẫn điện cao hoặc các kim loại từ các oxit chịu lửa như
không có cơ chế hiệu quả để xử lý oxit. Nhìn chung, quy trình HFIW kém hiệu quả hơn quy trình HFRW, đặc biệt khi hàn kích thước lớn của ống và ống.
Kỹ thuật # 3. Hàn khe hẹp:
Hàn khe hẹp là thuật ngữ được áp dụng cho bất kỳ quy trình hàn nào được sử dụng để nối các phần nặng (> 30 mm) với chuẩn bị cạnh vuông hoặc gần cạnh song song và khoảng cách nhỏ khoảng 6, 5 đến 9, 5 mm để tạo ra mối hàn có mối hàn có thể tích thấp kim loại. Thông thường quy trình GMAW được sử dụng để chế tạo các mối hàn nhưng các quy trình khác như SAW và GTAW cũng đã được sử dụng thành công.
Mục đích chính của hàn khe hẹp là giảm kim loại hàn nhằm đạt được chi phí thấp, tốc độ hàn cao hơn, giảm méo và ứng suất, và sử dụng kỹ thuật hàn một mặt. Thể tích kim loại mối hàn có thể thấp bằng 20% so với các phương pháp thông thường, rõ ràng từ việc so sánh chuẩn bị cạnh cho SAW của các phần 150 mm bằng các phương pháp khe hở thông thường và hẹp như trong hình 22.32.
Nguồn điện được sử dụng cho quá trình GMAW khe hẹp là loại điện áp không đổi với bộ cấp dây tốc độ không đổi nhưng đầu hàn và vòi phun có thiết kế đặc biệt để được đặt trong khe hẹp. Quá trình thu hẹp khoảng cách GMAW là một phương pháp hoàn toàn tự động và có thể được sử dụng ở các vị trí khác nhau. Thông thường, hai dây điện cực có đường kính khoảng 1 mm được sử dụng đồng thời với một dây dẫn hướng vào mỗi bức tường. Mỗi điện cực đòi hỏi nguồn cung cấp điện áp dc không đổi của riêng nó và một hệ thống cấp dây.
Các ống tiếp xúc được gắn trên một cỗ xe với khoảng cách cố định giữa chúng. Tuy nhiên, phương pháp khe hẹp cũng có thể được sử dụng với một dây điện cực, có thể được dao động để đạt được sự lắng đọng mối hàn đồng nhất. Khí bảo vệ được sử dụng là hỗn hợp của Argon với 20 đến 25% CO 2 .
Dòng điện được sử dụng là khoảng 230 đến 250 A đối với dây điện cực có đường kính 1 mm với điện cực dương ở 25 đến 26 volt.
Tốc độ di chuyển là khoảng 1-1, 25 m / phút dẫn đến đầu vào nhiệt khoảng 300 đến 450 J / mm mỗi điện cực mỗi lần đi qua. Khoảng cách đầu vòi làm việc được giữ cố định ở khoảng 13 mm. Dải dự phòng là cần thiết để bắt đầu quá trình hàn. Điều này sau đó phải được loại bỏ thường bằng cách cắt khí hồ quang và mài trước khi hàn gốc chạy. Điều này không chỉ tốn kém và mất thời gian mà còn làm suy giảm chất lượng mối hàn. Khoảng 4 đường chuyền được yêu cầu cho mỗi cm độ dày của công trình được hàn.
Để khắc phục sự thiếu hợp nhất của thành bên, các ống tiếp xúc được bố trí sao cho dây điện cực trực tiếp đến điểm thích hợp trên thành bên, các bộ cấp điện cực đặc biệt được sử dụng để cung cấp độ cong, nếp gấp hoặc xoắn trên dây điện cực như trong hình 22, 33, ngay trước khi nó đi vào ống tiếp xúc. Các ống tiếp xúc thường được làm mát bằng nước và cách nhiệt để tránh đoản mạch bằng cách tiếp xúc với các bức tường bên.
Những hạn chế của hàn khe hẹp bao gồm các đầu hàn tương đối dễ vỡ và những khó khăn liên quan đến việc sửa chữa các mối hàn hẹp như vậy. Những khó khăn này hiện đang được khắc phục bằng cách sử dụng một quá trình với khoảng cách từ 14 đến 20 mm và sử dụng 3 dây điện cực. Khi sử dụng quy trình SAW hoặc FCAW thì hàn được thực hiện ở vị trí hàn hạ cấp nhưng đối với quy trình GMAW hàn toàn bộ với điện cực đơn có đường kính khoảng 3, 2 mm được sử dụng với cài đặt hiện tại là 400-450 A trong phạm vi điện áp 30- 37 vôn. Khí bảo vệ được sử dụng thường là hỗn hợp heli, argon và CO 2 với tỷ lệ bằng nhau.
Tốc độ di chuyển đạt được là khoảng 40 cm / phút. Nguồn điện được sử dụng là dòng điện trực tiếp, loại điện áp không đổi nhưng cực âm điện cực được sử dụng. Trong khi chuyển kim loại với hàn khe hẹp là chế độ phun, nó có dạng hình cầu với các khoảng trống rộng hơn. Trong phương pháp này, ống tiếp xúc không mở rộng bên trong khe hở, do đó, nó gắn một thanh dài với hệ số gia nhiệt đáng kể của dây điện cực.
Vấn đề chính liên quan đến cả hai phiên bản hàn khe hẹp này là việc chuẩn bị mối hàn sao cho khoảng cách giữa hai phần được hàn là đồng nhất. Trong khi đó dung sai cho phép trên hình học khoảng cách
Hàn khe hẹp có thể được sử dụng để hàn thép carbon, thép Q & T cường độ cao, nhôm và titan. Các ứng dụng cụ thể của quy trình này bao gồm hàn các bình áp lực lò phản ứng, máy thu hơi và trao đổi nhiệt, trục truyền động đường kính lớn, máy cấp nước áp lực cao, ống vách dày và mối hàn xuyên thấu trong các thành phần dày tới 900 mm trong kỹ thuật điện hạt nhân.
