4. Phương pháp hàn MIG-MAG
4.2. Kiểu chuyển dịch kim loại khi hàn MIG-MAG
4.2.1. Chuyển dịch phun
Chuyển dịch phun cĩ thể thực hiện được khi nồng độ khí trơ (argon) cao hơn 80%. Trong kiểu chuyển dịch n|y c{c giọt kim loại nĩng chảy cĩ kích thước nhỏ di chuyển nhanh sang vũng chảy do t{c động mạnh của lực co thắt kết hợp với lực do {p suất hồ quang mạnh v| sức căng bề mặt yếu. Kiểu chuyển dịch n|y ít văng toé, mối h|n sạch mơ cao ít, độ ngấu s}u v| bề mặt nhẵn đẹp. Muốn đạt được chuyển dịch phun, ngo|i yêu cầu mơi trường gi|u argon (>80%) dịng h|n cần vượt quan ngưởng giới hạn (hình 41) phụ thuộc v|o đường kính v| kim loại d}y đắp.
Chuyển dịch phun cĩ năng suất đắp kh{ cao chỉ phù hợp khi h|n phẳng v| gĩc ngang.
Hình - 41 Dịng tới hạn để cĩ chuyển dịch phun (dây 1.6 – Ar + 1% O2) 24
4.2.2. Chuyển dịch cầu
Hình - 42Chuyển dịch phun và chuyển dịch cầu
Khi mơi trường khí cĩ tính oxy ho{ (CO2) hoặc tính khữ cao (Helium) thì chuyển dịch cầu chiếm ưu thế. Trong kiểu chuyển dịch n|y c{c giọt kim loại nĩng chảy cĩ dạng cầu kích thước bất định được t{ch ra từ d}y h|n bay tự do sang vũng chảy do vậy hiện tượng văng tĩe rất nghiêm trọng. Cĩ thể hạn chế văng tĩe bằng c{ch hiệu chỉnh c{c thơng số h|n thích hợp sao cho hồ quang gần như ch{y ngầm trong vũng chảy (buried arc) bằng c{ch dùng khí trộn argon + CO2 ở tỉ lệ thích hợp. Khi h|n MIG thì helium cũng cĩ t{c động như khí CO2 khi h|n MAG.
Kiểu chuyển dịch cầu cĩ năng lượng h|n cao, độ ổn định hồ quang thấp, mối h|n rộng, ngấu s}u, tuy nhiên lượng văng tĩe cao, mối h|n dễ bị bọt khí. Tăng tỉ lệ argon trong khí trộn l| giải ph{p cần thiết khi {p dụng kiểu chuyển dịch n|y. (hình 42).
Chuyển dịch cầu chỉ phù hợp với tư thế h|n phẳng v| h|n gĩc ngang.
4.2.3. Chuyển dịch ngắn mạch
H|n MAG cĩ ưu thế ứng dụng do cĩ thể hiệu chỉnh để đạt được kiểu chuyển dịch ngắn mạch. Đặc trưng kiểu chuyển dịch n|y l| năng lượng h|n thấp, ít văng tĩe, phù hợp với c{c tư thế h|n nghịch.
Hình - 44Các giai đoạn chuyển dịch xung
Mặt kh{c chuyển dịch ngắn mạch cĩ nhược điểm l| mối h|n cĩ bề rộng hẹp , độ ngấu nơng , năng lượng h|n thấp nên rất thích hợp khi h|n thép cĩ bề d|y mỏng. Khi h|n trên thép d|y, nguy cơ thiếu năng lượng h|n rất cao dễ sinh ra c{c khuyết tật như nứt , thiếu chảy, thiếu ngấu do vậy việc {p dụng trên thép d|y nhất thiết phải tăng cường tỉ lệ argon trong khí trộn (khơng nhỏ hơn 80%) v| chuyển sang chuyển dịch phun khi cĩ thể.
4.2.4. Chuyển dịch xung
Ba dạng chuyển dịch trên vẫn chưa đ{p ứng được yêu cầu ứng dụng (nhất l| khi tự động hĩa phương ph{p GMAW). H|n MIG – MAG với chuyển dịch xung được xếp th|nh nhĩm phương ph{p h|n riêng , định danh l| GMAW-P. Phương ph{p MIG – MAG dịng xung cĩ c{c đặc điểm ưu việt v| l| phương ph{p tiên tiến hơn phương ph{p MIG – MAG cho c{c ứng dụng trên nhơm, Inox , Nickel < v| GMAW tự động ho{.
Để cĩ điược kiểu chuyển dịch n|y, thiết bị h|n cần cĩ c{c đặc điểm riêng, cĩ thể cung cấp dịng h|n ở hai ngưỡng , dịng nền v| dịng đỉnh với tần số v| ph}n bố thời gian cố định hoặc hiệu chỉnh được (hình 44).
Trong chuyển dịch xung , kim loại chuyển dịch xung trong một xung thời gian ngắn với dịng h|n kh{ cao v| ở nhịp kế tiếp d}y h|n chỉ nung nĩng qu{ trình hình th|nh giọt kim loại lỏng ở đầu d}y h|n bị trì hỗn.
Chuyển dịch xung chiếm ưu thế tuyệt đối cho c{c ứng dụng h|n trên nhơm ở tư thế nghịch do văng tĩe tối thiểu, độ ngấu s}u, loại trừ nguy cơ thiếu chảy, chồng mép. Quan trọng nhất, kiểu chuyển dịch n|y dễ hiệu chỉnh v| cho năng suất đắp kh{ cao.
C{c thiết bị h|n GMAW dịng xung thường l| loại inverter cĩ đặc tính (CC) dịng khơng đổi được tự động điều chỉnh ở tần số cao hơn 40 khz. Đặc tính CV của nguồn h|n thơng thường khơng đ{p ứng được. Ngo|i ra súng h|n v| bộ cấp d}y cĩ nhiều cải tiến để đ{p ứng yêu cầu qu{n tính khi hiệu chỉnh tốc độ cấp d}y ở tần số cao. Bộ cấp d}y 4 con lăn v| súng h|n cĩ thiết bị kéo hổ trợ (push – pull torche) l| chọn lựa thích hợp nhất.
4.2.5. Chuyển dịch sức căng bề mặt Surface Tension Transfer™(STT)
Hình - 45Các giai đoạn chuyển dịch sức căng bề mặt
Kh{c với chuyển dịch xung – cĩ thể hiểu l| chuyển dịch phun được kiểm so{t, chuyển dịch sức căng bề mặt (viết tắt STT) kiểm so{t dịng h|n khi ngắn mạch để đạt được mức độ năng lượng tốt hơn, v| lượng kim loại chuyển dịch đồng đều hơn.
Đặc trưng của chuyển dịch STT l| : dịng h|n tức thời được điều chỉnh phù hợp với từng giai đoạn của qu{ trình ngắn mạch (hình 45), v| tốc độ cấp d}y được giữ ở gi{ trị cố định độc lập với dịng h|n tức thời.
C{c giai đoạn chuyển dịch (T1 - T2) dịng h|n ngưỡng trung bình để t{ch giọt kim loại v| đốt nĩng đầu d}y h|n. (T3 - T5) dịng h|n giảm xuống để bớt t{c động của lực co thắt, sao cho sức căng bề mặt chiếm ưu thế để kích thước giọt kim loại lỏng lớn lên cho đến khi ngắn mạch. (T5 - T6) dịng h|n tăng lên đột ngột để t{ch giọt kim loại. Trong qu{ trình thay đổi dịng h|n , tốc độ cấp d}y giữ ở tốc độ khơng đổi.
Chuyển dịch STT thực chất l| chuyển dịch ngắn mạch được kiểm so{t nên rất phù hợp cho c{c ứng dụng h|n ở c{c tư thế nghịch, văng tĩe tối thiểu , năng lượng h|n cần kiểm so{t chặt chẽ. (h|n thép HSLA, Duplex, hợp kim bền nhiệt).
4.3. Thiết bị hàn
Phương ph{p GMAW cĩ thể vận h|nh thử cơng (b{n tự động) hoặc tự động. Thiết bị cơ bản gồm c{c mođun sau :
Súng h|n cĩ c{c kiểu thẳng, cong l|m nguội bằng khí hoặc bằng nước. Cĩ hoặc khơng trang bị motor kéo d}y phụ.
Bộ cấp d}y 2 con lăn hoặc 4 con lăn vận h|nh theo chế độ tốc độ hằng (hồ quang tự điều
chỉnh) hoặc được kiểm so{t vi xử lý (Thiết bị loại synergic 25)
Bộ kiểm so{t thơng số h|n gồm bộ điều khiển đĩng mở van khí , hiệu chỉnh điện {p , hiệu chỉnh tốc độ cấp d}y , đĩng ngắt c{c cuộn kh{ng , vận h|nh thiết bị giải nhiệt<
Bộ nguồn h|n DC kiểu thyristor , hoặc inverter cĩ đặc tính CV hoặc CV/CC cơng suất lớn
(thường > 400A 26).
Hệ thống cấp khí bảo vệ gồm bình khí , van lưu lượng v| bộ xơng khí (nếu h|n CO2). Gi{ mang cuộn d}y h|n hoặc thùng chứa d}y h|n.
Hệ thống cable nguồn , cable điều khiển , ống v| van dẫn khí .
Hệ thống l|m nguội.
Hình - 46 Sơ đồ lắp thiết bị MIG-MAG loại thơng thường và synergic
Chú giải hình 46
Thiết bị MIG MAG loại thường
(1) Xác định tương đối điện áp hàn (1)Chỉ thị thơng số xác lập (loại dây, khí, đường kính
dây,cĩ xung hoặc khơng)
25
(4) (2) Hiệu chỉnh điện áp hàn (2)Chỉnh sơ bộ tốc độ cấp dây (5) (chỉ thị trên màn hình)
(6) (3) Tinh chỉnh điện áp (3)Tinh chỉnh chiều dài hồ quang
(7) (4) Hiệu chỉnh tốc độ cấp dây (8) (5) Chỉ thị V và I khi hàn (9) (6) chỉnh đúng giá trị V
(10)(7) chỉnh đúng dịng hàn thơng qua tốc độ cấp dây
(8) Thêm hoặc ngắt điện kháng kháng
(11)
a – Thợ hàn với trang bị bảo hộ b – Khí bảo vệ
c – Van chỉnh áp và lưu lượng kế d – Nguồn sơ cấp
e – On/off
f - Ống bao bảo vệ mịn rách
g – Dây nối đất và kẹp mass h – Bộ cấp dây
i – Dây hàn j – Đuốc hàn
k –Đồng hồ chỉ thị các thơng số hàn l – Cuộn dây hàn
4.3.1. Thiết bị hàn MIG MAG bán tự động
(1) Súng h|n v| c{c trang bị phụ
Hình - 47Cấu tạo súng hàn
Hình 47 l| cầu trúc điển hình của một súng h|n mig – mag. Súng h|n cĩ nhiều kiểu d{ng đ{p ứng yêu cầu sử dụng, l|m nguội bằng khí hoặc l|m nguội bằng nước. Súng h|n l|m nguội bằng khí cĩ cơng suất đến 300A v| bằng nước đến 600A.
Súng h|n gồm c{c trang bị sau:
a. Ống tiếp điện (contact tip), được chế tạo bằng đồng hoặc hợp kim đồng cĩ mặt trong tiếp xúc điện tốt với d}y h|n v| nối với nguồn h|n qua cable dẫn điện. Ống tiếp điện được định danh bằng đường kính lổ d}y h|n chui qua, sau khi sử dụng lổ chui d}y sẽ bị mịn khơng cịn tiếp xúc điện tốt, cần phải doa lại sử dụng cho đường kính d}y lớn hơn. Chất lượng v| dung sai kích thước d}y h|n kém sẽ g}y trở ngại cho qu{ trình h|n v| ph{ hỏng ống tiếp điện rất nhanh.
b. Mỏ phun (nozzle) cĩ nhiệm vụ hướng dịng khí bảo vệ v|o khu vực vũng chảy. Mỏ phun được l|m bằng hợp kim thau mạ một lớp chrơme chống c{c tia văng toé b{m dính. Khi h|n cĩ thể bơi một lớp silicon để bảo vệ. Cĩ nhiều cở mỏ phun kh{c nhau thích hợp với từng ứng dụng cụ thể. Cở lớn thường dùng h|n phẳng, cở nhỏ dùng h|n mối h|n v{t , mối h|n gĩc v| ở tư thế nghịch.
c. Ống dẫn d}y h|n (liner) thường l| một ống “ruột g|” bằng thép khi h|n với d}y thép cứng, hoặc bằng teflon khi h|n nhơm hoặc d}y thuốc.
d. Ống dẫn khí bảo vệ , ống dẫn nước l|m nguội v| contact (On/Off)
Súng h|n tiêu chuẩn thường cĩ c{c d}y v| ống dẫn d|i 12 ft. (3.7 m). Khi cần kéo d|i hơn nên dùng bộ cấp d}y đặt ngo|i.
Cĩ c{c súng h|n trang bị thêm motor kéo d}y phụ chạy điện hoặc khí nén (push – pull type) hoặc cĩ loại cuộn d}y h|n cở nhỏ được lắp ngay trên súng.
Bộ cấp d}y h|n (wire fedder) l| thiết bị quan trọng nhất của trang bị h|n GMAW. Bộ cấp d}y đặc trưng bằng c{c yếu tố sau :
2 con lăn hoặc 4 con lăn
Cĩ bộ phận nắn d}y hay khơng Phạm vi tốc độ cấp d}y (min – Max)
Phạm vi điều chỉnh tốc độ cấp d}y từ 75 đến 1200 ipm (1.9 - 30.5 m/min.). Gồm c{c dãy giới hạn như sau :
LN-7 GMA * 75 - 700 ipm (1.9 to 18 m/min.) và LN-9 GMA / LN-9F GMA 80 - 980 ipm (2 - 25 m/min.). LN-25 gồm hai dãy hiệu chỉnh 50 - 350 ipm (1.2 - 8.9 m/min.),
Và 50 – 700 ipm(1.2 to 17.8 m/min.)
LN-742 50 - 770 ipm (1.25 - 19.5 m/min.)
LN-742H 80 - 1200 ipm(2.00 - 30.5 m/min.).
(12)* Các bộ cấp dây của hảng Lincoln Electric
Hình - 48 Bộ cấp d}y MIG – MAG điển hình
(3) Bộ hiệu chỉnh c{c thơng số h|n .
Bộ hiệu chỉnh thơng số h|n cĩ thể lắp trên bộ nguồn kết hợp với bộ điều chỉnh từ xa, hoặc lắp trên bộ cấp d}y (cĩ hoặc khơng cĩ bộ điều chỉnh từ xa). Chức năng chính của bộ điều chỉnh thơng số h|n l| :
Chỉnh (thơ / tinh) điện {p h|n
Tùy loại, cĩ thể trang bị thêm timer định thời khi h|n điểm, Bộ đĩng ngắt điện kh{ng
27
(chuyển từ h|n MAG MAG), bộ định thời cho van khí bảo vệ (pregas/postgas).
(4) Van giảm {p v| chỉnh lưu lượng khí bảo vệ
Cĩ hai loại van, van dùng cho argon/ helium v| van dùng cho CO2. Loại d|nh cho CO2 thường tích hợp sẳn bộ xơng khí bằng điện. Ngo|i ra để h|n với khí trộn cĩ thể dùng van argon hoặc van CO2 + bộ trộn khí.
Trên van giảm {p cĩ lắp sẳn bộ phận đo lưu lượng khí tho{t ra (đồng hồ kim hoặc kiểu viên bi cho lưu lượng chính x{c hơn.
Khí bảo vệ được cấp từ c{c bình khí nén được trộn sẳn. Trên c{c bình khí thường sơn c{c vạch m|u để ph}n biệt loại v| th|nh khí.
(5) Nguồn điện h|n.
Hàn MIG – MAG sử dụng nguồn h|n DCEP cĩ đặc tính CV. Ba nhĩm nguồn h|n chính l| Động cơ – m{y ph{t , Biến thế - Nắn điện v| Inverter.
C{c thiết bị tiên tiến thường dùng bộ nguồn inverter cĩ đặc tính lai CC/CV. Thiết bị loại n|y đắt tiền, chi phí bảo quản cao nên khơng phổ biến bằng loại biến áp – nắn điện (thyristor).
27
Hình - 49so sánh dịch chuyển thơng số hàn giữa nguồn cĩ đặc tính CC và CV
Đặc tính CV kết hợp với motor cấp d}y tốc độ hằng giúp cho hồ quang tự động duy trì ở mơt điện {p v| phạm cường độ x{c định trước. Hình 49 so s{nh c{c dịch chuyển thơng số h|n khi h|n với nguồn cĩ đặc tính CC v| CV; ta thấy ứng với một V do thay đổi chiều d|i hồ quang , thì nguồn CV cĩ A lớn hơn l|m tăng giảm nhanh tốc độ chảy của d}y h|n để bù đắp cho chiều d|i hồ quang h|n.
Hình 50 minh họa của cơ chế tự điều chỉnh chiều d|i hồ quang khi h|n GMAW
Hình - 50 Minh họa tính tự điều chỉnh chiều d|y hồ quang khi h|n MIG – MAG
(6) Thơng số đặc trưng của nguồn điện h|n GMAW.
Hình - 51Độ dốc và tác động co thắt khi chuyển dịch ngắn mạch
Đặc tính CV l| cần thiết thiết cho qu{ trình tự động hiệu chỉnh của hồ quang h|n m| khơng cần thay đổi tốc độ cấp d}y. Đặc tuyến V – I c|ng phẳng (nằm ngang) thì độ nhạy hiệu chỉnh c|ng cao. Tuy nhiên, khi h|n với chuyển dịch ngắn mạch, dịng ngắn mạch tăng nhanh đến gía trị
cao sẽ l|m d}y bị nổ (burn back) thay vì t{ch giọt kim loại lỏng ở đầu d}y điện cực. Để hạn chế dịng ngắn mạch, đặc tuyến V – I cần một độ dốc nhất định.
Hai thơng số sau l| đặc trưng kỹ thuật của thiết bị h|n GMAW:
a. Điện áp và các mức điều chỉnh. Nguồn điện h|n GMAW gồm nhiều ngưỡng điện {p OCV với độ dốc đặc tuyến V – I khơng đổi. Ở mổi ngưỡng OCV tinh chỉnh chỉnh điện {p bằng độ dốc đặc tuyến V –I để cĩ hiệu quả tự điều chỉnh mong muốn.
b. Độ dốc đặc tuyến V - I. Được định nghĩa như sau :
Độ dốc = Số gia điện {p/ Số gia dịng điện
Độ dốc cĩ đơn vị l| (V/A) = Ohms. Nên cĩ thể nĩi độ dốc l| điện trở trong của nguồn điện, phụ thuộc v|o cấu trúc của nguồn (mạch từ , điện kh{ng to|n mạch <). Khi h|n cần lưu ý l| c{c t{c động đến điện trở riêng của mạch h|n (tiếp xúc điện , sụt {p trên d}y dẫn <) đều l|m thay đổi độ dốc V – I v| t{c động đến quan hệ V – I của hồ quang.
Độ dốc sẽ t{c động đến dịng ngắn mạch v| lực co thắt tỉ lệ với bình phương dịng điện nên khi thay đổi độ dốc thì gi{ trị của lực co thắt thay đổi nhanh hơn (đường B hình 52).
Khi h|n với chuyển dịch ngắn mạch, chúng ta cần kiểm so{t tốt tần số ngắn mạch để hạn chế văng tĩe , nổ hoặc ch{y d}y. Đấu nối một cuộn kh{ng v|o mạch h|n sẽ hạn chế tốc độ tăng / giảm dịng điện, qua đĩ kiểm so{t được tần số ngắn mạch.
Khi h|n với chuyển dịch cầu v| chuyển dịch phun , cuộn kh{ng thường được t{ch ra để tăng hiệu quả điều chỉnh hồ quang v| ổn định kích thước c{c giọt kim loại nĩng chảy.
Hình - 53Tác động của điện kháng giảm tốc độ tăng dịng điện
c. Điện kháng. Cĩ t{c động trì hỗn sự biến thiên dịng điện h|n như hình 53.
Trong h|n GMAW, lự tương t{c chình để t{ch c{c giọt
kim loại lỏng ra khỏi đầu d}y điện cực l| lực co thắt. C{c nh}n tố t{c động đến lực co thắt được tổng kết trong bảng 22.
Bảng - 22Các nhân tố tác động đến lực co thắt
Lực co thắt tối thiểu Lực co thắt tối đa
Điện kh{ng tối đa Điện kh{ng tối thiểu
1. Độ ngấu s}u hơn 2. Vũng chảy lỗng hơn 3. Mối h|n phẳng hơn
4. Bề mặt mối h|n min l{ng hơn
1. Ổn định hồ quang tốt hơn khi h|n với chuyển dịch cầu / phun
2. Mối h|n mơ cao hơn 3. Tăng văng tĩe
4. Bề mặt mối h|n thơ hơn Dây hàn Đường kính Dịng ngắn mạch in mm A Thép carbon 0.030 0.8 300 0.035 0.9 320 Nhơm 0.030 0.8 175 0.035 0.9 195 Trị số dịng ngắn mạch của d}y h|n thép & nhơm