Trong số các quy trình hàn tự động được sử dụng rộng rãi và hiệu quả nhất trong ngành công nghiệp nặng hiện đại và sản xuất ống thép, một làhàn hồ quang chìm(CÁI CƯA). Là một công nghệ trưởng thành, SAW có các đặc tính như hồ quang chìm, bảo vệ từ thông, độ xuyên sâu, chất lượng hàn ổn định và ít bắn tóe. Không giống như các phương pháp hàn MIG và TIG (hồ quang hở), toàn bộ hồ quang và bể nóng chảy của hàn hồ quang chìm được bao phủ và bảo vệ hoàn toàn bằng chất trợ dung, do đó cách ly khu vực hàn với không khí và tránh các khuyết tật oxy hóa. Kể từ khi sản xuất công nghiệp bắt đầu, hàn hồ quang chìm đã trở thành quy trình hàn cốt lõi cho các ống hàn xoắn ốc, kết cấu thép có thành dày-, bình chịu áp lực, sản xuất nồi hơi, đóng tàu và sản xuất thiết bị lớn. Do thích hợp với hàn tấm dày, công suất dòng điện lớn, dễ tự động hóa nên hàn hồ quang chìm đã chiếm một vị trí không thể thay thế trong sản xuất công nghiệp nặng.
Định nghĩa cơ bản và nguyên tắc làm việc
Hàn hồ quang chìm là quy trình hàn hồ quang-tự động hoặc bán tự động sử dụng dây đặc làm vật liệu phụ vàtuôn ranhư phương tiện bảo vệ. Đặc điểm chính của quá trình này là trong quá trình hàn, hồ quang được bao phủ bởi lớp từ thông và không thể nhìn thấy ngọn lửa mở. Toàn bộ phản ứng luyện kim của quá trình hàn được hoàn thành trong môi trường bảo vệ xỉ kín.
Nguyên lý làm việc của nó có thể được chia thành bốn giai đoạn: đánh lửa hồ quang, nóng chảy, phản ứng luyện kim và bảo vệ hình thành xỉ. Khi máy hàn khởi động, đoản mạch giữa dây hàn và phôi sẽ tạo ra dòng điện thoáng qua, từ đó đốt cháy hồ quang. Đồng thời, nhiệt hồ quang có nhiệt độ-cao làm tan chảy chất trợ dung xung quanh, dây hàn và vật liệu nền. Dòng nóng chảy tạo thành một lớp xỉ lỏng đặc và nhớt, có thể bao phủ hoàn toàn bể nóng chảy có nhiệt độ-cao. Lớp xỉ này có thể cách ly oxy, nitơ và hơi nước trong không khí, ngăn chặn các khí độc hại xâm nhập vào đường hàn. Đồng thời, một loạt các phản ứng luyện kim phức tạp xảy ra giữa xỉ nóng chảy và thép nóng chảy, như khử oxy, khử lưu huỳnh và khử phospho, từ đó làm sạch cấu trúc vi mô của đường hàn và cải thiện tính chất cơ học của mối hàn. Sau khi nguội, xỉ lỏng đông đặc lại thành lớp vỏ cứng trên bề mặt mối hàn, dễ dàng loại bỏ và tạo thành mối hàn mịn và đồng đều.
Các thiết bị và vật liệu chính của hệ thống SAW
Một hệ thống hàn hồ quang chìm hoàn chỉnh bao gồm các thiết bị hàn chuyên nghiệp, dây hàn và thuốc hàn đặc biệt.
1. Thiết bị hàn
Thiết bị cốt lõi chủ yếu bao gồm nguồn điện hàn tự động, bộ cấp dây, xe đẩy hàn hoặc hệ thống giàn di động, thiết bị cung cấp và phục hồi từ thông. Nguồn điện hàn cung cấp dòng điện và điện áp ổn định đảm bảo quá trình đốt cháy hồ quang liên tục và ổn định. Bộ cấp dây tự động có thể kiểm soát chính xác tốc độ cấp dây và khớp với tốc độ di chuyển hàn để tránh gián đoạn hồ quang và vũng nóng chảy không ổn định. Xe đẩy di chuyển dẫn động súng hàn di chuyển với tốc độ đồng đều, đảm bảo sự thống nhất về chiều rộng mối hàn và độ sâu ngấu. Ngoài ra, hệ thống tuần hoàn từ thông tự động có thể đạt được sự phân tán và thu hồi từ thông tự động, không chỉ đảm bảo bảo vệ liên tục trong quá trình hàn mà còn cải thiện việc sử dụng vật liệu và do đó giảm chi phí sản xuất.
2. Dây hàn và thuốc hàn
Hàn hồ quang chìm dựa vào tác dụng kết hợp của dây hàn và chất trợ dung để đạt được sự tối ưu hóa luyện kim. Dây hàn cung cấp các thành phần kim loại và hợp kim phụ, trong khi chất trợ dung đóng vai trò là chất bảo vệ, khử oxy và loại bỏ tạp chất. Các loại thép khác nhau, chẳng hạn như thép cacbon, thép cường độ cao-hợp kim thấp và thép đường ống, yêu cầu các dòng trung tính, axit hoặc kiềm tương ứng. Trong số đó, chất trợ dung kiềm có khả năng loại bỏ tạp chất tương đối mạnh, có thể cải thiện đáng kể độ bền-ở nhiệt độ thấp và khả năng chống nứt của mối hàn, đồng thời phù hợp với-hàn đường ống và bình chịu áp tiêu chuẩn cao; Chất trợ dung axit có hiệu suất xử lý tốt, hồ quang ổn định và hình thành mối hàn đẹp, chủ yếu được sử dụng để hàn kết cấu thép thông thường.
Quy trình công nghệ hàn hồ quang chìm hoàn chỉnh
1. Chuẩn bị trước mối hàn
-Xử lý trước mối hàn là một bước quan trọng nhằm đảm bảo chất lượng của mối hàn. Đầu tiên, bề mặt sản phẩm và khu vực hàn phải được làm sạch hoàn toàn, loại bỏ rỉ sét, vảy oxit, vết dầu, độ ẩm và các tạp chất khác để ngăn ngừa các khuyết tật như lỗ chân lông, cặn xỉ và vết nứt do tạp chất gây ra. Thứ hai, chất trợ dung phải được sấy khô ở nhiệt độ cao cụ thể để loại bỏ hơi nước bên trong, từ đó làm giảm hàm lượng hydro trong đường hàn và tránh hiện tượng nứt do hydro-gây ra. Ngoài ra, người vận hành cần điều chỉnh khe hở cụm hàn và góc hàn theo độ dày tấm và tiêu chuẩn hàn để đảm bảo lớp xuyên thấu đồng đều và độ kết dính tốt.
2. Cài đặt thông số và hàn thử
Trước quá trình hàn chính thức, nhân viên cần thiết lập các thông số quy trình cốt lõi, bao gồm dòng điện hàn, điện áp, tốc độ di chuyển hồ quang và chiều dài dây, v.v. Dòng điện xác định đầu vào nhiệt và độ sâu thâm nhập của mối hàn; điện áp kiểm soát chiều rộng của đường hàn và hình thức của đường hàn; tốc độ di chuyển hồ quang ảnh hưởng đến hiệu quả hàn và chất lượng của phản ứng tổng hợp. Nếu các thông số không được khớp đúng cách thì có thể dẫn đến độ sâu ngấu không đủ, vết cháy-, sự kết hợp không hoàn toàn hoặc hình thành mối hàn không đồng đều. Để đảm bảo sự ổn định của các thông số và hiệu suất mối hàn đủ tiêu chuẩn trong sản xuất{4}quy mô lớn, phải tiến hành hàn thử.
3. Hàn chính thức và bảo vệ từ thông
Trong quá trình hàn chính thức, thiết bị cung cấp từ thông sẽ trải đều từ thông trên đường hàn, tạo thành lớp từ thông có độ dày vừa đủ. Dây hàn được đưa vào liên tục, hồ quang điện cháy ổn định bên dưới lớp thuốc hàn. Hồ quang điện có nhiệt độ-cao làm nóng chảy vật liệu nền và dây hàn, tạo thành bể nóng chảy. Đồng thời, sau khi chất trợ dung tan chảy, một lớp xỉ bảo vệ được hình thành, cô lập không khí và hoàn thành quá trình thanh lọc luyện kim. Xe hàn di chuyển về phía trước với tốc độ không đổi để đạt được khả năng hàn-liên tục và ở khoảng cách xa. Đối với các ống hàn xoắn ốc và kết cấu thép có thành{7}}dày, hàn hồ quang chìm hai mặt thường được sử dụng. Mối hàn bên trong được thực hiện trước, tiếp theo là mối hàn bên ngoài, để đảm bảo độ xuyên thấu hoàn toàn và cấu trúc mối hàn dày đặc.
4. Xử lý và kiểm tra sau hàn
Sau khi hàn xong, đợi nguội tự nhiên và loại bỏ lớp vỏ xỉ bề mặt. Bề mặt mối hàn mịn và phẳng, chất lượng tạo hình tốt. Đối với các sản phẩm-chất lượng cao như thép đường ống và bình áp lực, cần phải có thử nghiệm-không phá hủy sau mối hàn{4}}chẳng hạn như kiểm tra siêu âm và phát hiện khuyết tật bằng tia X- để phát hiện các vết nứt bên trong, tạp chất xỉ và các khuyết tật nhiệt hạch không hoàn chỉnh. Đồng thời, cần tiến hành các thử nghiệm tính chất cơ học như thử độ bền kéo và thử va đập để xác minh xem độ bền và độ bền của mối hàn có đáp ứng tiêu chuẩn công nghiệp hay không.
Lợi thế công nghệ cốt lõi
Trong quá trình sản xuất công nghiệp, hàn hồ quang chìm có những ưu điểm kỹ thuật không thể thay thế trong hàn tấm dày và hàn đường hàn dài. Thứ nhất, hệ thống bảo vệ từ thông có thể cách ly hoàn toàn không khí, dẫn đến hàm lượng khí bên trong đường hàn rất thấp và cấu trúc bên trong dày đặc với các đặc tính cơ học tuyệt vời. Thứ hai, hàn hồ quang chìm có thể chịu được dòng điện cao và đạt được nhiệt lượng lớn, khả năng xuyên thấu tốt và đặc biệt thích hợp cho việc hàn tấm dày mà các quy trình hàn thông thường không thể hoàn thành được. Hơn nữa, phương pháp hàn tự động này cho hiệu quả sản xuất cao, quá trình hàn ổn định, tỷ lệ khuyết tật thấp và rất ít phụ thuộc vào sức lao động của con người. Thứ tư, ô nhiễm từ khói hàn giảm đáng kể, cải thiện-môi trường làm việc và sự an toàn tại công trường. Thứ năm, đường hàn mịn và đồng đều, hầu như không bị bắn tung tóe, giúp giảm đáng kể khối lượng công việc mài và xử lý tinh tiếp theo, đồng thời nâng cao hiệu quả sản xuất.
Hạn chế
Hàn hồ quang chìm tuy có những ưu điểm vượt trội nhưng cũng có những hạn chế nhất định về mặt kỹ thuật. Do nhu cầu bao phủ từ thông trong quá trình hàn, hàn hồ quang chìm chỉ thích hợp cho hàn phẳng và hàn ngang chứ không thể đạt được chức năng hàn-đầy đủ như hàn đứng và hàn trên cao. Vì vậy, có những hạn chế về vị trí. Ngoài ra, hàn hồ quang chìm không thích hợp để hàn tấm mỏng vì nhiệt đầu vào của hàn hồ quang chìm quá lớn, dễ gây biến dạng tấm hoặc cháy-. Đồng thời, do kích thước lớn của thiết bị hàn nên nó không phù hợp với các chi tiết gia công nhỏ phức tạp và có hình dạng không đều-cũng như các tình huống xây dựng di động. Trong thực tế sản xuất, phải thực hiện kiểm soát quy trình chính một cách nghiêm ngặt: kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ sấy của chất trợ dung để ngăn ngừa các vết nứt do hydro-gây ra; kết hợp chính xác dòng điện và điện áp để tránh điện cực không xuyên qua hoặc quá nóng; đảm bảo độ bao phủ đồng đều của luồng khí để ngăn chặn sự xâm nhập của không khí; kiểm soát hợp lý tốc độ hàn để ổn định hình thành mối hàn.
Ứng dụng công nghiệp chính
Hàn hồ quang được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp nặng, nơi đòi hỏi tiêu chuẩn cao về chất lượng và hiệu quả.
1. Trong ngành công nghiệp ống thép, đây là một quy trình hàn chuyên dụng dành cho các ống hàn xoắn ốc và các ống hàn có đường nối dọc có đường kính -lớn, đồng thời được sử dụng rộng rãi trong các đường ống dẫn dầu và khí đốt đường dài, đường ống cấp nước đô thị và đường ống kỹ thuật năng lượng gió.
2. Trong ngành kết cấu thép nặng, công nghệ hàn hồ quang chìm được sử dụng cho các tấm thép cầu, kết cấu chịu tải-của tòa nhà và sản xuất máy móc cảng.
3. Trong sản xuất bình chịu áp lực và nồi hơi, công nghệ này được sử dụng để hàn xi lanh có thành dày- nhằm đảm bảo-khả năng chịu áp suất cao và độ kín khí.
4. Trong lĩnh vực đóng tàu và kỹ thuật hàng hải, hàn hồ quang chìm có thể đảm bảo độ ổn định kết cấu và khả năng chống ăn mòn của các tấm thép thân tàu và các bộ phận của giàn khoan ngoài khơi.
Với sự phát triển không ngừng của tự động hóa và sản xuất thông minh, công nghệ hàn hồ quang chìm đang dần phát triển theo hướng điều chỉnh thông số thông minh, hàn hợp tác bằng robot và hàn hiệu quả, nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất công nghiệp.
Hàn hồ quang chìm là một quy trình hàn hiệu quả,{0}}chất lượng cao và tự động hóa cao, đạt được kết quả hàn thông qua việc bảo vệ chất trợ hàn và quá trình tinh chế luyện kim. Không giống như hàn hồ quang dạng khe truyền thống, hàn hồ quang chìm sử dụng dòng hàn dạng hạt để bảo vệ, cho phép hàn kín, loại bỏ hiệu quả các khuyết tật về độ xốp và làm sạch kim loại mối hàn, mang lại tính chất cơ học tốt hơn. Nó có những ưu điểm đáng kể như khả năng xuyên sâu, quy trình ổn định, hình thức mối hàn thẩm mỹ và tỷ lệ khuyết tật thấp. Nó đặc biệt thích hợp cho các tấm dày, mối hàn dài và-sản xuất công nghiệp quy mô lớn.
Mặc dù có những hạn chế nhất định ở vị trí hàn và hàn tấm mỏng nhưng nó vẫn giữ vị trí thống lĩnh trong công nghiệp nặng, sản xuất đường ống, sản xuất bình chịu áp lực và kỹ thuật kết cấu thép. Trong tương lai, với sự đổi mới không ngừng về công nghệ hàn và hệ thống điều khiển tự động, hàn hồ quang chìm sẽ đạt hiệu quả hàn cao hơn, tỷ lệ khuyết tật thấp hơn và hiệu suất hàn ổn định hơn, tiếp tục là quy trình hàn lõi hỗ trợ xây dựng cơ sở hạ tầng công nghiệp hiện đại.
