Hàn hồ quang – Tập 63: Dòng điện hàn và điều khiển dạng sóng (Hàn xung) (2) Phụ trách: Takagi Ryuhei

Ngày 19/09/2016

Khi tiếp xúc với các nguồn điện hàn điều khiển kỹ thuật số hoàn toàn gần đây, cả phương pháp điều khiển hàn chuyển dịch ngắn mạch và điều khiển xung – chủ đề chính của bài viết này – đều có thể được cài đặt và kiểm soát chi tiết. Từ góc độ người sử dụng, việc cân nhắc môi trường hàn của bản thân và khai thác tối ưu các chức năng này chính là nơi thể hiện tay nghề. Như đã đề cập ở Bài 49, một số khách hàng còn do dự trong giai đoạn chuẩn bị sản xuất khi lựa chọn máy hàn, và có trường hợp chỉ quyết định chọn phương pháp hàn ngắn mạch hay hàn xung sau khi thiết bị đã được đưa vào. Với hàn xung, tốc độ tăng/giảm của dạng sóng dòng điện hàn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng. Do vậy, với các máy đa dụng được thiết kế tính đến cả hàn ngắn mạch, thông số cho chế độ xung thường kém hơn. Vấn đề này tôi đã nhắc nhiều lần, mong quý vị lưu ý.

Phương pháp hàn điều khiển xung là, trong hàn MAG, sử dụng dòng điện cực đại (dòng đỉnh – peak current) vượt quá dòng tới hạn để tạo ra dạng phun hồ quang đều đặn, đồng thời để giảm dòng điện trung bình, giai đoạn còn lại được đặt ở mức dòng thấp (dòng nền – base current), đóng vai trò thời gian chuẩn bị cho quá trình chuyển dịch giọt hàn. Mỗi xung sẽ tương ứng với một giọt kim loại nóng chảy – “1 xung, 1 giọt”. Phương pháp này được Công ty DAIHEN (lúc đó là Công ty Máy biến áp Osaka) phát triển và đăng ký sáng chế vào đầu thập niên 1960. Thời kỳ đầu, do giới hạn tần số xung chỉ ở mức 50/60 hoặc 100/120 Hz, nên chỉ áp dụng cho hàn MIG nhôm xung và một số phương pháp như MIG brazing. Việc áp dụng hàn xung cho thép thường chỉ được mở rộng khi xuất hiện nguồn điện kiểu transistor-chopper cho phép đặt tùy ý tần số xung, rồi bước vào kỷ nguyên nguồn điện inverter, từ đó mới phát triển mạnh cho đến ngày nay.

Hình 063-01 minh họa dạng sóng điều khiển xung trong hàn MAG và mô hình chuyển dịch giọt hàn.

Nguyên tắc cơ bản của điều khiển chuyển dịch là “1 xung – 1 giọt”: dạng sóng dòng điện được nâng lên nhanh chóng để hình thành giọt hàn, rồi giọt này chuyển dần vào vũng hàn một cách êm ái, nhẹ nhàng như hạ cánh mềm nhờ giai đoạn dòng nền. Nói đơn giản, mối quan hệ giữa dòng hàn và tần số (Hz) có thể ước lượng: với dòng 200A thì tần số thích hợp khoảng 200Hz.

Cụ thể, như trong Hình 063-01:

Giai đoạn (1): Dòng xung tăng – giọt hàn được hình thành từ cuối giai đoạn dòng nền (5) trước đó, sau đó được cung cấp năng lượng mạnh để tạo thành giọt thích hợp.

Giọt này được duy trì trong giai đoạn (2): Dòng đỉnh, tạo thành giọt thuận lợi cho chuyển dịch. Do đó, thời gian dòng đỉnh TP (ms) là một trong những điều kiện quan trọng khi cài đặt xung.

Tiếp theo là dòng đỉnh IP (A) – cũng là yếu tố quan trọng. Nó phụ thuộc vào loại dây hàn, đường kính dây, loại khí bảo vệ, dòng hàn, tình trạng mạ của vật liệu cơ bản… nên cần chọn giá trị IP thích hợp.

Sau đó đến giai đoạn (3): Dòng đỉnh giảm. Khác với tăng dòng, khi giảm dòng, nếu giảm quá đột ngột sẽ gây mất hồ quang, dây hàn còn bán chảy sẽ tích tụ trên vật liệu cơ bản – hiện tượng “stubbing”. Ngược lại, nếu giảm quá chậm sẽ làm hồ quang “lỏng lẻo”, không sắc nét, giọt hàn chuyển dịch yếu. Vì vậy, tốc độ giảm dòng là rất quan trọng.

Khi hết giai đoạn (3), sẽ đến giai đoạn (4): Dòng nền. Tại đây giọt hàn thực sự chuyển dịch. Việc giọt hàn chuyển dịch trong giai đoạn dòng nền là điều rất có lợi, bởi nếu chuyển dịch trong giai đoạn dòng đỉnh thì dễ phát sinh bắn tóe (spatter). Nếu điều kiện IP×TP được cài đặt hợp lý, quá trình chuyển dịch giọt sẽ hoàn tất ngay từ đầu giai đoạn dòng nền TB. Hiện tượng chuyển dịch này có thể ví như sau hạ chí hoặc đông chí, nhiệt độ cực đại hoặc cực tiểu đến muộn hơn một chút. Sau khi giọt chuyển dịch xong, giai đoạn dòng nền còn lại sẽ đóng vai trò chuẩn bị cho sự hình thành giọt tiếp theo.

Các yếu tố điều kiện chính khi cài đặt hàn xung (ví dụ):

Dòng hàn trung bình

Điện áp hồ quang trung bình

Tốc độ cấp dây

Dòng đỉnh IP

Thời gian tăng dòng đỉnh

Thời gian duy trì dòng đỉnh TP

Thời gian giảm dòng đỉnh

Dòng nền IB

Thời gian dòng nền TB

Tần số xung (Hz)

Trong bài tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu về cách tư duy khi cài đặt các điều kiện hàn xung này.

Hết.