Trong quỏ trỡnh hàn GMAW, dõy hàn núng chảy núng chảy và giọt kim loại bắt đầu hỡnh thành, lớn lờn, tỏch ra và dịch chuyển vào vũng hàn, quỏ trỡnh dịch chuyển này gọi là quỏ trỡnh chuyển dịch kim loại [51]. Hiệp hội hàn Mỹ đó chia phƣơng thức dịch chuyển kim loại thành 3 loại chớnh: chuyển dịch ngắn mạch, giọt lớn và tia. Khi sử dụng cƣờng độ dũng điện nhỏ để hàn, giọt kim loại cú thể khụng tỏch ra đƣợc cho đến khi nú nối với vũng hàn. Phƣơng thức dịch chuyển này gọi là dịch chuyển ngắn mạch (short-circuiting transfer). Nếu dũng điện hàn tăng lờn hoặc chiều dài hồ quang tăng lờn, giọt kim loại lớn dần lờn cho đến khi trọng lực cõn bằng với sức căng bề mặt, và sau đú giọt kim loại sẽ đƣợc tỏch ra và đi vào vũng hàn. Phƣơng thức dịch chuyển này là dịch chuyển giọt lớn. Khi dũng điện hàn tiếp tục tăng lờn cho đến khi lực điện từ đủ lớn để tỏch thành cỏc giọt kim loại cú đƣờng kớnh tƣơng tự nhau và nhỏ hơn nhiều so với đƣờng kớnh dõy điện cực. Phƣơng thức dịch chuyển này là dịch chuyển tia (spray arc) [51]. Cơ chế hỡnh thành giọt kim loại ở đầu que hàn/ dõy hàn là sự cõn bằng giữa 3 lực chớnh: Lực trọng trƣờng, lực điện từ (pinch effect) và sức căng bề mặt. Tựy thuộc vào lực nào đú chiếm ƣu thế thỡ việc hỡnh thành và kiểu chuyển dịch kim loại lỏng từ đầu dõy hàn vào vũng hàn sẽ khỏc nhau.
Đối với quỏ trỡnh hàn FCAW do trong lừi thuốc hàn cú thành phần tạo xỉ với một tỷ lệ nhất định tựy thuộc vào loại dõy điện cực, hệ xỉ của lừi thuốc; khi lừi thuốc núng chảy sẽ sinh ra một lớp xỉ lỏng bao bọc quanh giọt kim loại và đầu mỳt dõy điện cực làm sức căng bề mặt yếu, sự tỏc động của lực điện từ trung bỡnh nờn hầu nhƣ chỉ cú dạng dịch chuyển cầu (giọt lớn) là chủ yếu, ngay cả khi phạm vi cƣờng độ dũng điện và điện ỏp ở mức cao. Tuy nhiờn cũng cú thể tạo ra đƣợc dịch chuyển dạng tia khi hàn với mức năng lƣợng cao nhất nhƣ nguồn hàn xung tần số cao, nhƣng điều này dẫn đến mật độ dũng điện quỏ cao gõy khú khăn cho quỏ trỡnh hàn đƣờng hàn đỏy ở tất cả cỏc vị trớ hàn.
* Dịch chuyển giọt lớn
Nếu dũng điện hàn tiếp tục tăng lờn, nhƣng chƣa đủ lớn để sinh ra lực từ trƣờng đủ lớn để tỏch thành giọt kim loại nhỏ, do đú giọt kim loại phỏt triển lớn hơn đƣờng kớnh dõy điện cực và chỉ đƣợc tỏch ra chớnh bởi trọng lực. Dạng dịch chuyển này gọi là giọt lớn [52]. Dạng dịch chuyển giọt lớn trong hàn FCAW do bởi sự cung cấp liờn tục giọt kim loại lớn từ dõy lừi thuốc vào vũng hàn nhờ sự kết hợp giữa sự ngắn mạch và sự trợ giỳp của trọng lực, cỏc giọt lớn cú hỡnh dạng khụng đều, mộo. Đặc trƣng của dạng dịch chuyển này là hỡnh thành cỏc giọt kim loại lỏng khụng đều nhau và lớn hơn đƣờng kớnh của dõy điện cực, nú khụng dịch chuyển dọc theo trục của dõy điện cực mà cú xu hƣớng lệch ra mộp vũng hàn và hƣớng về đầu ống tiếp điện của mỏ hàn. Phản lực từ Ca tốt (Cathode), di chuyển ngƣợc lờn từ vật hàn, là yếu tố tạo ra hỡnh dạng khụng đều nhau, sự lệch và uốn cong lờn của cỏc giọt kim loại lỏng [51].
Cỏc ƣu điểm chuyển dịch giọt lớn:
- Sử dụng với khớ bảo vệ rẻ tiền CO2 hoặc khớ trộn Ar với CO2.
- Cú thể hàn với tốc độ hàn cao,
- Dõy điện cực lừi đặc và dõy lừi thuốc, Những nhƣợc điểm:
- Sự bắn túe kim loại lỏng lớn dẫn đến tăng chi phớ
làm sạch mối hàn, Hỡnh 2. 14 Dịch chuyển giọt lớn [51]
34 - Hỡnh dạng mối hàn lồi và cho thấy sự thấm ƣớt ở chõn mối hàn giảm,
- Hiệu suất sử dụng dõy hàn giảm xuống từ 87–93%.
* Dịch chuyển tia
Dịch chuyển tia chỉ cú thể tạo ra khi tăng cƣờng độ dũng điện hàn lờn cao tới mức cú thể với nguồn xung tần số cao kết hợp với khớ bảo vệ dƣới dạng hỗn hợp CO2 với Ar, thỡ cú thể trở thành dịch chuyển tia khi lực từ trƣờng trở lờn đủ lớn để tỏch giọt kim loại lỏng nhỏ hơn so với đƣờng kớnh dõy điện cực. Kết quả là hỡnh thành một dũng chảy cỏc giọt kim loại nhỏ dịch chuyển dọc trục cột hồ quang; vũng hàn đƣợc kết tinh ở mức năng lƣợng rất cao.
Một số ƣu điểm của phƣơng thức dịch chuyển tia: - Hệ số kết tinh cao,
- Hiệu suất sử dụng điện cực 98%,
- Dựng với nhiều loại dõy điện cực và phạm vi đƣờng kớnh điện cực rộng,
- Hỡnh dạng mối hàn tốt, - Ít bắn túe kim loại lỏng, - Điều kiện núng chảy tốt,
- Ứng dụng rộng rói trong quỏ trỡnh hàn bỏn tự
động và hàn tự động, Hỡnh 2. 15 Dịch chuyển tia [51] Nhƣng phƣơng thức dịch chuyển này cũng cú một số nhƣợc điểm nhƣ: Khúi hàn sinh ra nhiều, nhiệt bức xạ, cƣờng độ sỏng của hồ quang cao hơn đũi hỏi ngƣời thợ hàn cần phải đƣợc bảo vệ tốt; nhiệt cấp vào cao hơn cũng là nguyờn nhõn sinh ra biến dạng lớn [51].
* Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến phương thức dịch chuyển kim loại
Cỏc phƣơng thức dịch chuyển kim loại bị ảnh hƣởng bởi một số yếu tố cụng nghệ nhƣ dũng điện hàn, thành phần khớ bảo vệ, tầm với điện cực, ỏp suất, cỏc thành phần hoạt tớnh trong điện cực, cực tớnh và vật liệu hàn [51]. Trong tất cả những yếu tố này thỡ dũng điện là yếu tố ảnh hƣởng quan trọng nhất quyết định chớnh đến phƣơng thức dịch chuyển kim loại và đó đƣợc thảo luận ở phần trờn. Cỏc loại khớ bảo vệ khỏc nhau cú thể tạo ra cỏc loại phƣơng thức dịch chuyển kim loại.
Khớ Agron và helium là hai loại khớ trơ sử dụng để bảo vệ vũng hàn núng chảy, chỳng khụng tƣơng tỏc với kim loại núng chảy vỡ vậy chỳng sẽ khụng ảnh hƣởng tới thành phần của kim loại mối hàn. Khớ bảo vệ sẽ đƣợc ion húa trở thành một mụi trƣờng khớ dẫn điện. Sự dẫn nhiệt là yếu tố quan trọng nhất để quan tõm đến việc lựa chọn khớ bảo vệ. Giỏ trị dẫn nhiệt cao tăng thờm sự dẫn năng lƣợng nhiệt vào vật hàn.
Hỡnh 2. 16 Hỡnh dạng và độ ngấu của đường hàn với mỗi loại khớ bảo vệ [51]
Hiệu suất dẫn nhiệt cũng ảnh hƣởng tới hỡnh dạng của hồ quang và sự phõn bố nhiệt trong cỏc vựng. Khớ Agron cú hiệu suất dẫn nhiệt thấp hơn so với khớ He khoảng 10%, nú phự hợp cho sự nghiờn cứu về độ ngấu hoàn toàn. CO2 là khớ hoạt tớnh (hợp chất khớ) nờn
35 nú bị phõn hủy trong hồ quang hàn và tỏc dụng với bề mặt kim loại lỏng trong vựng hồ quang hàn dẫn đến bề mặt giọt kim loại khụng mịn, thụ, khụng đều. Hỡnh 2. 16 biểu diễn sự khỏc nhau giữa hỡnh dạng và độ ngấu của đƣờng hàn tƣơng ứng với mỗi loại khớ bảo vệ.
Tầm với dõy điện cực cũng là yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến loại dịch chuyển kim loại. Với tầm với điện cực dài, thỡ dũng điện chuyển tiếp từ dạng dịch chuyển giọt lớn sang dịch chuyển tia sẽ giảm. Cỏc yếu tố ảnh hƣởng khỏc cũng cú ảnh hƣởng tới dạng dịch chuyển kim loại nhƣng chỳng ảnh hƣởng khụng đỏng kể nờn khụng đề cập đến trong nội dung này.