Hàn hồ quang – Tập 56: Điện áp hồ quang, chiều dài hồ quang, đặc tính dương Phụ trách: Takagi Ryuhei

Ngày 04/07/2016

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích về “điện áp hồ quang”, yếu tố ảnh hưởng lớn đến việc hình thành mối hàn cùng với “dòng điện hàn”. Như đã trình bày trong hình 054-01 của Tập 54, khi nối nguồn điện một chiều vào hai điện cực carbon rồi tách rời chúng ra sau khi tiếp xúc, sẽ sinh ra hồ quang.

Lúc này, trục ngang thể hiện khoảng cách giữa hai điện cực, tức là khoảng cách khi đã được kéo giãn – gọi là chiều dài hồ quang; trục dọc thể hiện điện áp hồ quang (Ee), là tổng của ba loại sụt áp như sau:

Ee(V) = EK + EP + EA

Trong đó: EK: sụt áp ở cực âm, EP: sụt áp ở cột hồ quang, EA: sụt áp ở cực dương

Vì EK và EA gần như là hằng số nếu đã cố định vật liệu điện cực và khí xung quanh, nên điện áp hồ quang tỷ lệ với sụt áp ở cột hồ quang, và có thể biểu thị như hình 056-01.

Hình 056-01: Quan hệ giữa chiều dài hồ quang (mm) và điện áp hồ quang (V)

Với dây hàn CO₂ cho thép mềm, đường kính Φ1.2, các điều kiện hàn như 100A-17V, 150A-18V, 200A-23V cho thấy phần điện áp cố định (EK + EA) khoảng 8V, phần còn lại tương ứng với chiều dài hồ quang.

Do đó, chiều dài hồ quang tỷ lệ thuận với điện áp hồ quang. Mà vì chiều dài hồ quang quyết định độ rộng mối hàn, nên điện áp hồ quang, chiều dài hồ quang, và độ rộng mối hàn có mối quan hệ tỷ lệ với nhau (xem Hình 056-02).

Hình 056-02: Quan hệ giữa chiều dài hồ quang (mm), điện áp hồ quang (V) và độ rộng mối hàn (mm)

Mặt khác, sự khác biệt của khí bảo vệ xung quanh làm thay đổi điện áp hồ quang, và được biết đến thông qua sự so sánh độ dốc điện thế (V/cm). Bảng 056-01 đưa ra một vài ví dụ đại diện.

Bảng 056-01: Độ dốc điện thế của các loại khí bảo vệ

Trong số các khí bảo vệ sử dụng cho hàn, khí Argon (Ar) có độ dốc điện thế nhỏ nhất. Tiếp theo là khí CO₂ và khí Oxy (O₂). Do đó, so với hàn MIG hoặc MAG sử dụng khí Ar tinh khiết hoặc hỗn hợp Ar + 20% CO₂, hàn CO₂ đơn thuần cần sử dụng điện áp cao hơn.

Điều cần thiết để duy trì sự ổn định của hồ quang là giữ chiều dài hồ quang ổn định, và phải thiết lập điện áp phù hợp để đảm bảo chiều dài hồ quang này.

Ví dụ, nếu đạt được mối hàn tốt trong hàn MAG (Ar + 20% CO₂), và muốn thử nghiệm tương tự với hàn CO₂, thì cần giữ nguyên dòng điện hàn (tốc độ cấp dây) và chiều dài hồ quang, sau đó tăng điện áp hồ quang để phù hợp với điều kiện mới.

Ngoài ra, cũng cần đề cập đến đặc tính dòng điện – điện áp của hồ quang.

Các phương pháp hàn hồ quang sử dụng dòng điện cực thấp như TIG và Plasma siêu nhỏ (micro plasma) có đặc tính gọi là điện trở âm – tức là khi dòng điện tăng, điện áp hồ quang lại giảm.

Hiện tượng này xảy ra vì ở dòng thấp, dòng điện (hay dòng electron) còn ít, tương tự như một toa tàu còn ít hành khách. Khi dòng điện tăng lên, hành khách gần đầy toa, và khi tiếp tục tăng nữa, toa tàu chật kín, không thể di chuyển – lúc này điện áp hồ quang (hay điện trở) tăng theo dòng điện. Đặc tính này được gọi là “đặc tính dương”.

Hình 056-03: Đặc tính dòng điện – điện áp của hồ quang DC (Ví dụ về đặc tính dương trong hàn MIG)
Khi dòng điện tăng, điện áp hồ quang cũng tăng. Đồng thời, tùy theo chiều dài hồ quang quan sát được mà điện áp cần thiết cũng thay đổi.

Hình 056-03: Đặc tính dòng điện – điện áp của hồ quang một chiều … Ví dụ về đặc tính dương trong hàn MIG

Trong bài tiếp theo, chúng tôi sẽ tiếp tục giải thích về “Dòng điện hàn và điện áp hồ quang (phần 2)”. Hy vọng sẽ giúp bạn hiểu sâu hơn về nội dung này.

Hết.