Ứng dụng công nghệ hàn Hot Wire Tandem MIG trong đóng tàu

Công ty đóng tàu ABC đang tìm kiếm một giải pháp hàn cho năng suất cao áp dụng cho các liên kết hàn giáp mối tấm dày ở vị trí khó hàn. Nhóm kỹ sư ứng dụng của Lincoln đã lựa chọn giải pháp công nghệ hàn Tandem MIG (Hot wire) để làm thực nghiệm cho ứng dụng này. Liên kết hàn thực hiện ở đây là tấm giáp mối ở vị trí 2G. 

Sau thí nghiệm này, hướng nghiên cứu tiếp theo là đưa vào áp dụng cho vật liệu HSLA (High Strength Low Alloy - Thép các bon cường độ cao hợp kim thấp) khi mà yêu cầu kiểm tra NDT/DT được đặt ra.

1. Dữ liệu bộ thông số quy trình hàn

Thực nghiệm này được thực hiện cho phôi tấm có chiều dày 19 mm được hàn giáp mối ở vị trí 2G bằng quá trình (phương pháp) hàn Tandem MIG Hot wire (hàn MIG hai dây – một dây có hồ quang, một dây được nung nóng sơ bộ bổ sung kim loại điền đầy).

Liên kết hàn được phân tích lựa chọn theo ba thông số cơ bản đó là góc vát – bevel angle, mép cùn – land thickness và khe hở hàn – gap thickness. Góc ôm (included angle) liên kết có thể thay đổi trong phạm vi từ 36o đến 45o. Mép cùn có thể để trong khoảng từ 0 cho đến 3/16” (4.8 mm) và khe hở hàn/rãnh hàn (gap) cũng từ 0 đến 3/16” (4.8 mm). Các khoảng giới hạn kích thước liên kết trên có được thông qua nhiều thí nghiệm và được xem như là phù hợp nhất về khả năng đáp ứng công nghệ cũng như chất lượng liên kết hàn.

Hình 1 thể hiện thiết kế liên kết (trước khi hàn) mà được áp dụng trong báo cáo kĩ thuật này với góc ôm 45o, không để mép cùn và rãnh hàn là 3/16” (4.8 mm). Vật liệu cơ bản (phôi thép) là thép Các bon thường (Mild Steel) và dùng dây hàn MIG (GMAW) AWS ER70S-6. Thực nghiệm tiếp theo là dùng dây hàn/vật liệu cơ bản thuộc nhóm HSLA (Thép cường độ cao hợp kim thấp)
 

Hình 1: Chuẩn bị liên kết trước khi hàn

Hệ thống thiết bị hàn gồm có:

- 02 nguồn hàn Power Wave S500 kết hợp với,
- 02 bộ đẩy dây AutoDrive 4R220.
- 01 mỏ hàn chuyên dụng Tandem MIG (D8)
- Bộ thông số (phần mềm) chế độ hàn cho Power Wave : Z153615.
- Robot hàn FANUC

Vật liệu hàn:

- Hai cuộn dây hàn MIG AWS ER70S-6 đường kính 0.045” (1.1 mm)

Quá trình hàn Tandem MIG – Hot Wire có dây hàn đi trước có vai trò tạo và duy trì hồ quang tương tự như mọi quá trình hàn MIG một dây thông thường. Dây hàn đi sau được đẩy vào vũng hàn mà không có hồ quang, tuy nhiên một nguồn hàn vẫn được yêu cầu cấp dòng điện để nung nóng sơ bộ dây hàn này trước khi đi vào vùng hồ quang. Dây hàn này còn có thể gọi là dây nóng (Hot wire) và dòng điện cấp cho nó ở dạng waveform có cường độ cao (thông thường 150-350 Amps) ở điện áp thấp (3-9 Volts).

Để điền đầy liên kết, cần phải thực hiện 12 lượt hàn. Hình 2 mô tả trình tự các lượt hàn/lớp hàn. Bộ quy trình hàn hoàn thiện cũng như các thông số thiết lập được thể hiện trong phụ lục 1a (hệ đơn vị English) và phụ lục 1b (hệ đơn vị mét).

Hình 2: Trình tự thực hiện các lớp/lượt hàn

Kết quả

Sau khi hàn hoàn thiện, tấm lót (backing bar) và phần nhô mối hàn (reinforcement) được cắt phẳng bằng phương pháp phay. Một phần được cắt mẫu làm kiểm tra macro (như thể hiện trong Hình 3, phần còn lại được đưa qua kiểm tra chụp RT và kết quả có được như trong Hình 4.
 

Hình 3: Kết quả Macro
 

Hình 4: Kết quả RT
 

Ảnh 1: Lớp lót (Root Pass)
 

Ảnh 2: Lớp thứ 3
 

Ảnh 3: Hình ảnh xếp lớp hàn

2. Kết luận hàn Tandem MIG - Hot wire

Qua thực nghiệm, DG Welding - vp miền bắc cty Double Good JSC đưa ra kết luận hàn như sau:

1. Tốc độ đắp (deposition rate) của hàn Tandem MIG – Hot wire đạt từ 6,8 đến 8,0 kg/giờ.
2. Năng lượng đường (heat-input) hàn Tandem MIG – Hot wire duy trì ở mức thấp từ 0,4 kJ.mm đến 0,67 kJ/mm – Đây là ưu điểm vượt trội khi năng suất đắp cao mà nhiệt lượng đưa vào liên kết thấp, điều này giúp hạn chế tối đa ứng suất dư cũng như biến dạng hàn.
3. Kết quả chụp RT không phát hiện thấy khuyết tật.
4. Kiểm tra siêu âm UT được thực hiện bởi một đơn vị độc lập và có thể tham khảo trong phụ lục 2.

 
Phụ lục 1 (Đơn vị hệ Anh)

Phụ lục 1 (Đơn vị hệ Metric)

Phụ lục 2: Kết quả UT

QUYỀN SỞ HỮU VÀ BẢO MẬT: Báo cáo này căn cứ trên các kết quả thử nghiệm của hãng Lincoln Electric, và được biên tập bởi Double Good JSC – Nhà phân phối sản phẩm và Dịch vụ ủy quyền của Lincoln Electric tại Việt Nam. Không được phép sao chép, lưu chuyển, sử dụng tài liệu này với bất kỳ mục đích nào nếu không được sự cho phép bằng văn bản của Double Good JSC.

Ghi chú: Tính đa dạng trong thiết kế, chế tạo và điều kiện làm việc của các sản phẩm thực tế sẽ ảnh hưởng tới kết quả thực nghiệm. Vì vậy các bên tự cân nhắc và chịu trách nhiệm khi áp dụng các thông tin trong báo cáo này vào công việc của mình.