Khái niệm và Phân loại Hàn hồ quang kim loại trong môi trường khí bảo vệ (GMAW)
Hàn hồ quang kim loại trong môi trường khí bảo vệ (GMAW) là một quy trình hàn hồ quang sử dụng điện cực dây nóng chảy, với khí bảo vệ được cung cấp từ bên ngoài đóng vai trò là môi trường hồ quang. Khí bảo vệ kim loại nóng chảy, vũng hàn và kim loại nhiệt độ cao trong vùng hàn. Theo vật liệu dây và khí bảo vệ khác nhau, nó được phân loại thành các quy trình sau:
1. Phân loại theo loại dây hàn
- Được chia thành hàn dây đặc và hàn dây lõi thuốc.
- Dây đặc với khí bảo vệ trơ (Ar hoặc He) được định nghĩa là hàn MIG (Metal Inert Gas Arc Welding).
- Dây đặc với khí hỗn hợp giàu Argon được gọi là hàn MAG (Metal Active Gas Arc Welding).
- Dây đặc với khí CO₂ tinh khiết được gọi đơn giản là hàn CO₂.
- Đối với dây lõi thuốc: Hàn hồ quang sử dụng CO₂ hoặc khí hỗn hợp CO₂+Ar làm khí bảo vệ được gọi là hàn dây lõi thuốc có khí bảo vệ; hàn không có khí bảo vệ bên ngoài được gọi là hàn hồ quang tự bảo vệ.
2. Sự khác biệt giữa hàn MIG/MAG tiêu chuẩn và hàn CO₂
- Hàn CO₂ có đặc điểm chi phí thấp và năng suất cao, tuy nhiên nó có những nhược điểm rõ ràng như bắn tóe nhiều và mối hàn có chất lượng bề mặt kém. Vì lý do này, nhiều ứng dụng công nghiệp thay thế bằng hàn MIG/MAG tiêu chuẩn.
- Hàn MIG/MAG tiêu chuẩn dựa vào khí trơ hoặc khí hỗn hợp giàu argon để bảo vệ, trong khi hàn CO₂ nguyên chất thể hiện đặc tính oxy hóa mạnh. Sự khác biệt cơ bản này quyết định các đặc điểm và giới hạn ứng dụng tương ứng của chúng.
3. Ưu điểm chính của hàn MIG/MAG so với hàn CO₂
- Giảm văng bắn hơn 50%: Dưới sự bảo vệ của khí Argon hoặc giàu Argon, hồ quang hàn luôn cực kỳ ổn định. Hiệu suất hồ quang ổn định được duy trì trong quá trình chuyển tiếp giọt và chuyển tiếp phun. Ngay cả trong quá trình chuyển tiếp ngắn mạch với hàn MAG dòng điện thấp, lực đẩy hồ quang lên giọt nóng chảy được giảm đáng kể, giảm văng bắn hơn một nửa.
- Mối hàn đều và đẹp: Hàn MIG/MAG đảm bảo sự chuyển tiếp giọt đều, mịn và ổn định, tạo ra mối hàn nhẵn, đều và có tính thẩm mỹ cao.
- Kim loại và hợp kim phản ứng có thể hàn: Môi trường hàn có tính oxy hóa yếu hoặc hầu như không có. MIG/MAG không chỉ có thể hàn thép cacbon và thép hợp kim cao, mà còn có thể hàn các kim loại phản ứng bao gồm nhôm & hợp kim nhôm, thép không gỉ, magiê & hợp kim magiê. Nó cải thiện đáng kể hiệu suất quy trình hàn, chất lượng mối hàn và hiệu quả sản xuất.
4. Sự khác biệt giữa hàn MIG/MAG xung và hàn MIG/MAG tiêu chuẩn
- MIG/MAG tiêu chuẩn chủ yếu áp dụng chuyển tiếp dạng tia phun ở dòng điện cao và chuyển tiếp dạng ngắn mạch ở dòng điện thấp. Hoạt động ở dòng điện thấp vẫn gặp phải bắn tóe nhiều và hình dạng mối hàn kém. Đặc biệt, các kim loại phản ứng như hợp kim nhôm và thép không gỉ không thể hàn trơn tru ở dòng điện thấp.
- Hàn MIG/MAG xung được phát triển để giải quyết vấn đề này. Tính năng cốt lõi của nó là một giọt kim loại được chuyển mỗi xung dòng điện, về cơ bản thuộc chế độ chuyển giọt dạng phun sương.
- Chế độ làm việc tối ưu là một xung, một giọt. Điều chỉnh tần số xung điều khiển tần số chuyển giọt và tốc độ nóng chảy dây. Đường kính giọt gần bằng đường kính dây, mang lại nhiệt hồ quang thấp hơn và nhiệt độ giọt thấp hơn so với chuyển giọt dạng phun sương và chuyển giọt lớn thông thường.
Lợi ích chính:
- Hiệu suất nóng chảy dây cao hơn;
- Ít khói hàn, giảm tiêu hao hợp kim và môi trường làm việc tốt hơn;
- Ít hoặc gần như không có văng bắn với hướng hồ quang tuyệt vời;
- Thích hợp cho hàn mọi tư thế với mối hàn đẹp, chiều rộng mối hàn lớn hơn, độ ngấu nông và gờ mối hàn nhỏ;
- Hàn dòng thấp hoàn hảo cho các kim loại phản ứng như hợp kim nhôm;
- Mở rộng dải dòng điện sử dụng được của chuyển tiếp dạng tia phun; chuyển tiếp giọt ổn định có thể đạt được từ gần dòng tia phun tới hạn xuống hàng chục ampe.
5. Nhược điểm của hàn MIG/MAG xung
- Không có quy trình nào là không có hạn chế. So với hàn MIG/MAG tiêu chuẩn:
- Năng suất hàn cảm nhận được thấp hơn một chút trong hoạt động thông thường;
- Yêu cầu cao hơn về kỹ năng và kinh nghiệm vận hành của thợ hàn;
- Chi phí thiết bị hàn tương đối cao hơn.
6. Các tình huống ứng dụng bắt buộc phải sử dụng hàn MIG/MAG xung
- Việc lựa chọn hàn MIG/MAG xung phụ thuộc vào yêu cầu của quy trình hàn. Điều này là cần thiết cho các vật liệu và ngành công nghiệp sau:
- Thép carbon: Các ứng dụng yêu cầu chất lượng mối hàn và ngoại quan cao, chẳng hạn như bình áp lực, nồi hơi, bộ trao đổi nhiệt hóa chất, bộ trao đổi nhiệt điều hòa không khí trung tâm và vỏ xoắn ốc của tuabin thủy điện.
- Thép không gỉ: Hàn dòng điện thấp (dưới 200A) với các tiêu chuẩn chất lượng và ngoại quan nghiêm ngặt, bao gồm các bộ phận đầu máy xe lửa và bình áp lực hóa chất.
- Nhôm & hợp kim nhôm: Hàn dòng điện thấp (dưới 200A) cho ngoại quan và hiệu suất tiêu chuẩn cao, được sử dụng rộng rãi trong tàu cao tốc, công tắc cao áp và thiết bị tách khí.
- Đồng & hợp kim đồng: Hầu hết việc hàn hợp kim đồng trong phạm vi GMAW đều áp dụng quy trình MIG/MAG xung.