CÁC DẠNG DỊCH CHUYỂN GIỌT KIM LOẠI KHI HÀN MIG/MAG

Lời nói đầu

Khi
hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG/GMAW), tùy thuộc vào loại khí
bảo vệ và chế độ hàn (dòng điện, điện áp) sẽ tạo ra nhiệt lượng hồ quang khác
nhau, và do đó tạo ra các dạng dịch chuyển giọt kim loại lỏng vào vũng hàn khác
nhau. Các dạng dịch chuyển và kích thước cũng như tần suất giọt kim loại lỏng
rơi vào vũng hàn sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt lượng cung cấp vào vũng hàn
và chất lượng của mối hàn. Bởi vậy, khi hàn MIG/MAG việc hiểu bản chất của các
dạng dịch chuyển giọt kim loại lỏng để điều chỉnh thông số chế độ hàn phù hợp sẽ
là một phần rất quan trọng để tạo ra mối hàn chất lượng. Ngoài ra, các hãng sản
xuất thiết bị hàn cũng luôn luôn cải tiến công nghệ để tìm cách điều khiển và
kiểm soát được chính xác nhiệt lượng hàn thông qua kiểm soát cơ chế ngắt giọt
kim loại lỏng vào trong vũng hàn. Điển hình như công nghệ điều khiển sức căng bề
mặt Surface Tension Transfer (STT) của Lincoln Electric tích hợp trong các thiết
bị hàn như Power wave S500, Flextec 650…. Trong bài viết này, Double Good JSC
xin gửi tới bạn đọc những kiến thức cơ bản nhất liên quan đến 04 dạng dịch chuyển
giọt kim loại lỏng thường gặp khi hàn MIG/MAG và ứng dụng của chúng.

1. Dạng dịch chuyển ngắn mạch  (Short-circuit Metal Transfer)

Dịch chuyển ngắn mạch - double good jsc

Dịch chuyển ngắn mạch (short-cỉcuiting) là một dạng dịch
chuyển giọt kim loại lỏng khi hàn GMAW với năng lượng đường thấp. Các giọt kim
loại lỏng hình thành luôn tiếp xúc với bể kim loại nóng chảy, sau đó dưới áp lực
hồ quang và lực từ trường giọt kim loại lỏng sẽ bị thắt lại theo hiệu ứng pinch
và rơi vào trong vũng hàn. Dạng dịch chuyển ngắn mạch thường hình thành khi sử
dụng dây hàn trong dải đường kính từ 0.6 – 1.1 mm, với khí bảo vệ là 100% CO2
hoặc khí trộn 75-80% Argon + 25-20% CO2.

Ưu điểm của dịch chuyển ngắn mạch

    Có thể sử dụng hàn được mọi tư thế hàn.Có thể hàn lót đáy ống, hoặc hàn cho các liên kết
    không yêu cầu cao về gá lắp.Nhiệt lượng thấp nên ít bị biến dạng.Dễ thao tác, và hiệu suất sử dụng điện cực cao
    (trên 93%).

Nhược điểm của dạng dịch chuyển ngắn
mạch

    Không thích hợp để hàn chi tiết chiều dày lớn.Việc kiểm soát quá trình hàn không tốt có thể dễ
    sinh ra khuyết tật không ngấu, bắn tóe.Cần sử dụng vách chắn gió khi hàn ngoài trời để
    tránh lãng phí khí bảo vệ.

Các giai đoạn dịch chuyển của giọt
kim loại lỏng

Giọt kim loại lỏng từ lúc hình thành đến khi đứt khỏi đầu điện
cực và rơi vào vũng kim loại lỏng sẽ trải qua 5 giai đoạn lặp lại từ A đến E
như hình bên dưới. Thông thường có khoảng 200 giọt kim loại lỏng hình thành
trong 1 giây.

các giai đoạn hình thành giọt kim loại lỏng - double good jsc

    Giai đoạn
    A: đầu điện cực tiếp xúc trực tiếp với vũng hàn, điện áp hồ quang bằng 0,
    và dòng điện tăng lên, mức độ tăng của dòng điện gây hồ quang ảnh hưởng bởi
    dòng tự cảm (độ tự cảm của dòng điện).
    Giai đoạn B: thể hiện ảnh hưởng của lực điện từ trường đều xung quanh điện cực tạo nên hiệu ứng Pinch ngắt giọt kim loại lỏng ra khỏi đầu dây hàn. Điện áp hàn tăng từ từ cho tới khi giọt kim loại lỏng được ngắt ra khỏi đầu dây hàn, và dòng điện hàn tiếp tục tăng cho tới khi đạt dòng hàn đỉnh (peak current).Giai đoạn C: là giai đoạn giọt kim loại bị đứt và rơi ra khỏi vũng hàn, dòng điện hàn đạt đỉnh, áp lực hồ quang lên vũng hàn sẽ ngăn không cho vũng kim loại lỏng tiếp xúc lại với điện cực.Giai đoạn D: là giai đoạn duy trì hồ quang, dòng điện hàn giảm dần về dòng hàn cơ bản, sau đó giọt kim loại lỏng mới tiếp tục được hình thành.Giai đoạn E: Điện cực lại tiếp tục tiếp xúc với vũng hàn, chuẩn bị một chu kỳ hình thành giọt kim loại lỏng mới dịch chuyển vào vũng hàn giống như ở giai đoạn A. Tần suất hình thành giọt kim loại từ 20 đến 200 giọt/ giây, và nó phụ thuộc vào độ tự cảm dòng điện cũng như khí bảo vệ. Tăng hàm lượng khí Argon sẽ tăng tần suất giọt kim loại lỏng và giảm kích thước của giọt kim loại lỏng.

2. Dạng dịch chuyển giọt lớn – Globular transfer

dịch chuyển giọt lớn - double good jsc

Dịch chuyển giọt lớn là dạng dịch chuyển giọt kim loại thường
gặp khi hàn dây lõi đặc (GMAW) hoặc dây lõi bột kim loại (metal-cored). Dạng dịch
chuyển này là sự kết hợp giữa dịch chuyển ngắn mạch với trọng lực của giọt kim
loại có kích thước lớn. Với kích thước giọt kim loại lỏng lớn hơn so với đường
kính điện cực, dạng dịch chuyển giọt lớn thường tạo ra mối hàn với bể hàn lớn
hơn, và hình dạng giọt kim loại lỏng cũng không đều nhau dẫn đến việc ngắt giọt
và rơi vào vũng hàn khó kiểm soát hơn nên dễ gây bắn tóe nhiều hơn so với dạng
dịch chuyển ngắn mạch.

Dạng dịch chuyển giọt lớn xuất hiện khi hàn sử dụng khí bảo
vệ là 100% CO2, đôi khi xuất hiện khi hàn khí trộn Ar+CO2, với dòng điện và điện
áp cao hơn so với dạng dịch chuyển ngắn mạch. Thường dùng để hàn thép Cacbon.

Ưu điểm của dạng dịch
chuyển giọt lớn

    Thích hợp sử dụng khí CO2 nên tiết kiệm chi phí.Dễ dàng hàn với tốc độ hàn cao.Vật liệu hàn giá thành không cao.Thiết bị hàn thông dụng và tiết kiệm.

Nhược điểm của dạng dịch
chuyển giọt lớn

    Bắn tóe nhiều, nên tốn thời gian và chi phí cho
    việc làm sạch.Dễ bị khuyết tật chảy tràn (overlap/ cold lap),
    hay không ngấu thành (cold shut incomplete fussion), dẫn đến tốn chi phí sửa chữa.Mối hàn thường bị lồi và ngấu chân mối hàn không
    tốt.Hiệu suất sử dụng điện cực thấp hơn so với dịch
    chuyển ngắn mạch (87-93%) do bắn tóe nhiều.

3. Dạng dịch chuyển phun tia (Axial
spray transfer)

dịch chuyển phun tia - double good jsc

Dịch chuyển phun tia (tia dọc trục) là dạng dịch chuyển giọt
kim loại lỏng với năng lượng cao khi hàn GMAW. Các giọt kim loại lỏng có kích
thước nhỏ dịch chuyển thành dạng cột kim loại lỏng dọc theo cột hồ quang rơi
vào vũng hàn.

Để tạo ra dạng dịch chuyển phun tia, khi hàn thường sử dụng
với khí trộn Ar+1-5% O2 tạo mối hàn có chiều sâu ngấu lớn nhưng biên dạng hẹp
(finger-like penetration), hoặc Ar + Max 18% CO2 tạo mối hàn có chiều sâu ngấu
nhỏ hơn nhưng biên dạng mối hàn rộng hơn. Thường có thể sử dụng dạng dịch chuyển
này để hàn đa dạng các loại vật liệu như: Nhôm, Magie, thép cacbon, thép không
gỉ, hợp kim Niken, và hợp kim đồng.

Ưu điểm của dạng dịch
chuyển phun tia

    Tốc độ đắp lớnHiệu suất sử dụng điện cực cao (98%).Dải phạm vi ứng dụng cho các lọa vật liệu rộng
    rãi.Tạo ra biên dạng mối hàn đẹp, ít bắn tóe, mối
    hàn ngấu tốt.Dễ cơ khí hóa, tự động hóa.

Nhược điểm của dạng dịch
chuyển phun tia

    Hạn chế tư thế hàn (hàn sấp và hàn ngang).Khói khí hàn nhiều.Bức xạ nhiệt lớn nên ảnh hưởng đến người thợ.Chi phí khí bảo vệ cao hơn so với hàn 100% CO2.

4. Dịch chuyển dạng xung (Pulsed spray
transfer)

dịch chuyển dạng xung - double good jsc

Đây là một biến thể của dạng dịch chuyển tia dọc trục (gọi
là xung tia dọc trục)  hoặc dịch chuyển
ngắn mạch (xung ngắn mạch), thường được gọi với tên là hàn xung (GMAW-P). Quá
trình này được phát triển với 2 mục đích chính đó là: kiểm soát bắn tóe và loại
bỏ khuyết tật không ngấu. Khi thực hiện, dòng điện hàn được điều chỉnh theo chu
kỳ giữa dòng điện cao (high peak current) và dòng điện hàn cơ bản (background
current), giọt kim loại lỏng sẽ được ngắt ra từng giọt khi ở dòng hàn cao, và
dòng điện thấp giúp ổn định hồ quang cũng như bổ sung nhiệt lượng vào vũng hàn.

Ưu điểm của dịch chuyển
dạng xung

    Có thể hàn ở mọi tư thế, hàn với tốc độ hàn cao
    (có thể trên 1.2 m/phút).Bắn tóe rất ít, dễ vận hành và thao tác hàn.Kiểm soát được khuyết tật không ngấu tốt hơn so
    với các dạng dịch chuyển khác.Mối hàn có ngoại dạng đẹp.Giảm thiểu thổi lệch hồ quang.Hệ số sử dụng điện cực cao hơn so với khi hàn
    FCAW, SMAW hay GMAW-S.Dễ cơ khí hóa, tự động hóa, và sử dụng hàn với
    nhiều điện cực (Tandem GMAW TwinArc).

Nhược điểm của dịch
chuyển dạng xung

    Thiết bị hàn đắt tiền hơn so với hệ thống thiết
    bị hàn thông thường.Sử dụng khí trộn đắt tiền hơn so với 100% CO2.Nhiệt lượng lớn nên bức xạ nhiệt cao.

5. Khuyến cáo ứng dụng
của các dạng dịch chuyển giọt kim loại lỏng

hàn ngắn mạch - double good jsc

hàn giọt lớn - double good jsc

hàn phun tia - double good jsc

ứng dụng hàn phun tia - double good jsc

chế độ hàn MIG MAG - double good jsc

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *