Hàn hồ quang – Phần 57: Dòng điện hàn và điện áp hồ quang (Phần 2) Phụ trách: Ryuuhei Takagi

Ngày 18 tháng 7 năm 2016

Điện áp hồ quang nếu xét riêng thì không mang nhiều ý nghĩa. Điều quan trọng là cách thiết lập điện áp hồ quang phù hợp với dòng điện hàn, cũng như mục tiêu mong muốn của đường hàn. Trong bài này, chúng tôi sẽ giải thích cách lựa chọn điện áp hồ quang thích hợp và tư duy về vấn đề này thông qua ví dụ cơ bản là hàn CO₂, xem xét mối liên hệ với dòng điện hàn, độ ổn định của hồ quang và hình dạng của đường hàn.

Hình 057-01 trình bày mối quan hệ giữa dòng điện, điện áp và dạng chuyển giọt kim loại trong hàn CO₂.

Hình 057-01: Mối quan hệ giữa dòng điện hàn, điện áp hồ quang và dạng chuyển giọt kim loại trong hàn CO₂

Với mỗi dòng điện, đều tồn tại một khoảng điện áp phù hợp. Hình 057-02 thể hiện một cách mô phỏng sự thay đổi của hình dạng mặt cắt đường hàn ứng với điện áp ở 200A và 300A.

 

Hình 057-02: Cách suy nghĩ về dải điện áp hồ quang phù hợp trong hàn CO₂ (200A, 300A)

Trong thực tế thi công hàn, điều kiện dòng điện và điện áp cần được thiết lập sao cho trước tiên đảm bảo sự ổn định của hồ quang. Độ ổn định của hồ quang được phân thành ba trường hợp: chiều dài hồ quang quá ngắn, quá dài, và chiều dài phù hợp. Hình 057-01 biểu diễn khoảng điện áp ổn định tương ứng với từng khoảng dòng điện từ 50A đến 350A, từ chuyển giọt ngắn mạch đến chuyển giọt dạng cầu (globular). Đây là kiến thức nền tảng tối quan trọng khi xử lý điều kiện thực tế trong hàn hồ quang, nên bạn hãy cố gắng nắm bắt được cả con số và hình ảnh.

Dựa trên nền tảng này, khi so sánh với các phương pháp hàn khác, bạn có thể nhận ra sự khác biệt về điện áp phù hợp của từng phương pháp, từ đó hiểu rõ nguyên nhân và cải thiện quá trình hàn. Trong khi đó, trong dạy robot hàn, điện áp thường được thiết lập dưới dạng “điều khiển tích hợp” (one-touch control), nghĩa là khi thiết lập dòng điện thì hệ thống sẽ tự động gợi ý điện áp tương ứng đã được cài sẵn từ nhà sản xuất, không cần người dùng biết rõ điện áp chi tiết.

Tuy nhiên, chúng tôi khuyến khích người dùng nên thiết lập riêng biệt giá trị dòng điện và điện áp theo kiểu “điều khiển riêng lẻ”. Bởi vì giá trị do nhà sản xuất khuyến nghị là giá trị trung bình cho số đông, nhưng chỉ cần thay đổi loại dây hàn thì điện áp phù hợp cũng thay đổi. Do đó, có khả năng điều chỉnh riêng là điều rất quan trọng.

Trở lại với biểu đồ, nếu nhìn vào trục ngang (dòng điện hàn), có thể thấy sự hình thành của ba vùng chuyển giọt: ngắn mạch → hỗn hợp → globular. Khi dòng điện tăng lên thì điện áp phù hợp cũng tăng theo, thể hiện mối quan hệ “đặc tính dương” (positive characteristic). Trên trục dọc (điện áp hồ quang), phía trên và dưới vùng ổn định là các vùng mất ổn định. Với vùng chuyển giọt ngắn mạch, điện áp ổn định rơi vào khoảng 3–7V, còn vùng globular là 6–7V, và nếu tính cả điều kiện “arc chìm” (buried arc), thì có thể mở rộng tới 10–12V.

Arc chìm (buried arc) là trạng thái hồ quang bị “chìm” vào bề mặt vật liệu do lực hồ quang lớn (khi dòng hàn trên 250A), tạo ra độ ngấu sâu. Trạng thái này được phát hiện từ thời kỳ đầu phát triển hàn CO₂, rất phù hợp với các mối hàn cần ngấu sâu và đường hàn hẹp như ở vỏ máy nén tủ lạnh. Trong khi đó, ở hàn MIG/MAG, do hồ quang phân tán nên lực ngấu yếu, khó hình thành arc chìm.

Hình 057-02 thể hiện cách suy nghĩ về dải điện áp phù hợp khi hàn CO₂ ở 200A và 300A.

Với 200A – một ví dụ điển hình cho vùng chuyển giọt ngắn mạch:

Nếu điện áp cao như 27V, hồ quang sẽ quá dài, giọt kim loại to, dễ gây văng tóe (spatter), và tạo ra hiện tượng “undercut” (vết khuyết cạnh đường hàn).

Khi giảm xuống 24V, hồ quang ổn định hơn, đường hàn có độ gồ đều.

Ở 22V, chiều dài hồ quang ngắn lại, số lần ngắn mạch tăng lên, hồ quang thu hẹp → đường hàn hẹp và gồ cao.

Dưới 20V, hồ quang mất ổn định, spatter tăng, gây hư hại đường hàn.

Xu hướng này cũng tương tự với trường hợp dòng 300A:
Điện áp cao → vùng ổn định → vùng buried arc → vùng điện áp thấp đều thể hiện các đặc điểm tương ứng như trên.

Tóm lại, khi dòng điện hàn đã được quyết định, yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến hình dạng và chất lượng đường hàn chính là điện áp hồ quang. Vì vậy, việc lựa chọn điện áp thích hợp là vô cùng quan trọng. Khi chọn điện áp, nên kiểm tra tỉ mỉ theo từng mức 0.5V để xác định giá trị tối ưu.

Hết.