Hàn hồ quang plasma: Ưu điểm của hàn PAW

Hàn hồ quang plasma (PAW) thường bị bỏ qua khi phải chọn quy trình hàn nhiệt hạch cho các ứng dụng có tính toàn vẹn cao, chẳng hạn như các ứng dụng được tìm thấy trong ngành y tế, điện tử, hàng không vũ trụ và ô tô.

Quá trình này đã bị bỏ qua vì nó phức tạp hơn và đòi hỏi thiết bị đắt tiền hơn so với các quy trình hồ quang khác và vì thợ hàn muốn tăng tốc độ hàn chẳng hạn như hàn bằng chùm tia laze (LBW). Tuy nhiên, các nhà sản xuất ô tô đã chuyển sang sử dụng PAW cho một số ứng dụng, bao gồm các tấm thân xe và các bộ phận của hệ thống ống xả.

Hàn hồ quang khí vonfram (GTAW), còn được gọi là hàn khí trơ vonfram (TIG), thường được sử dụng cho các mối hàn chất lượng cao ở tốc độ chậm hơn, trong khi LBW thường được chọn để hàn tốc độ cao hơn.

PAW đôi khi cung cấp tốc độ hàn lớn hơn GTAW với chi phí thấp hơn LBW và đây có thể là quy trình hiệu quả nhất cho nhiều ứng dụng. Chúng bao gồm hàn ống thổi có thể mở rộng bằng thép không gỉ, trong đó PAW có khả năng chịu sai khớp cao hơn LBW và cho độ xuyên thấu tốt hơn GTAW; hàn thép tráng như thép được sử dụng trong hệ thống ống xả ô tô; và hàn ở chế độ lỗ khóa để tạo ra các mối hàn ngấu hoàn toàn trong vật liệu tương đối dày chỉ trong một lần hàn.

Khái niệm cơ bản về hàn PAW

PAW là một quy trình hàn hồ quang sử dụng điện cực hợp kim vonfram hoặc vonfram không tiêu hao, giống như GTAW.

Sự khác biệt cơ bản giữa hai quy trình hàn này là trong PAW, điện cực được đặt lõm vào trong một vòi dùng để hạn chế hồ quang. Khí plasma bị ion hóa trong vòi co thắt và thoát ra khỏi vòi với tốc độ cao.

Chỉ riêng khí plasma là không đủ để che chắn vũng hàn nóng chảy khỏi khí quyển, vì vậy khí bảo vệ được cung cấp xung quanh cột plasma, như với GTAW. Tốc độ dòng chảy của khí plasma thấp hơn nhiều so với khí bảo vệ để giảm thiểu nhiễu loạn

Hình dạng hình nón của hồ quang vonfram khí yêu cầu phải sử dụng thiết bị kiểm soát độ dài hồ quang (ALC) hoặc kiểm soát điện áp hồ quang (AVC) để hàn tự động nhằm đảm bảo kích thước điểm và mật độ năng lượng nhất quán.

Vòng cung bị hạn chế trong PAW dẫn đến một vòng cung có dạng cột hơn nhiều. Điều này giảm thiểu ảnh hưởng của sự thay đổi độ dài hồ quang đối với mật độ năng lượng và giảm thiểu nhu cầu về ALC hoặc AVC.

Một ưu điểm khác của việc nhúng điện cực vào vòi phun là giảm thiểu ô nhiễm điện cực. Một điện cực thường có thể kéo dài trong toàn bộ ca sản xuất mà không cần phải nối đất lại.

Một tính năng độc đáo khác của PAW là cách bắt đầu vòng cung. Dòng điện tần số cao (HF) thường được sử dụng để thiết lập hồ quang thí điểm giữa điện cực và vòi phun bằng đồng. HF bị tắt sau khi vòng cung thí điểm được bắt đầu. Dòng điện hồ quang thí điểm thường được cố định ở một mức hoặc có thể được đặt ở một trong hai mức, thường ở đâu đó trong khoảng từ 2 đến 15 ampe.

Để hàn, hồ quang được chuyển đến công việc, trở thành một phần của mạch điện. Do hồ quang được thiết lập trước khi thực hiện mối hàn nên việc bắt đầu hàn hồ quang có xu hướng rất đáng tin cậy.

Hồ quang thử vẫn bật sau khi hàn xong và mỏ hàn đã sẵn sàng để thực hiện mối hàn tiếp theo mà không cần thêm HF. Điều này có thể hữu ích khi hàn trong các ứng dụng tự động trong đó nhiễu điện từ từ HF có thể gây nhiễu cho bộ điều khiển quy trình được vi tính hóa. Một tác dụng phụ của hồ quang thí điểm là các ngọn đuốc plasma phải được làm mát bằng nước, ngay cả đối với các ứng dụng dòng điện thấp.

Chế độ hoạt động

Có ba chế độ hoạt động khác nhau cho PAW được xác định bởi mức dòng điện hàn. Dòng hàn microplasma dao động từ dưới 0,1 amp đến khoảng 20 amp.

Hàn plasma dòng trung bình hoặc dòng trong chế độ nóng chảy thường dao động từ 20 đến 100 ampe. Dòng hàn plasma cao lớn hơn 100 ampe và thường được thực hiện ở chế độ lỗ khóa, tương tự như LBW hoặc hàn chùm tia điện tử (EBW).

Sự kết hợp giữa dòng điện cao và dòng khí plasma tạo ra một lỗ trên vật liệu và kim loại nóng chảy chảy phía sau lỗ di chuyển để tạo ra hạt hàn. Khi hàn ở chế độ lỗ khóa, tốc độ dòng khí plasma phải được kiểm soát cẩn thận để tạo mối hàn. Tốc độ dòng chảy cao hơn một chút sẽ thổi bay kim loại nóng chảy và dẫn đến cắt.

Ưu điểm và nhược điểm của hàn hồ quang plasma

Mặc dù PAW không nhanh bằng LBW (tùy thuộc vào ứng dụng và nguồn laser, LBW có thể nhanh hơn PAW gấp năm lần) hoặc EBW, nhưng chi phí thiết bị vốn cho PAW thường chỉ bằng một phần nhỏ so với chi phí của thiết bị mật độ năng lượng cao .

Một nhược điểm của PAW là đầu vào nhiệt lớn hơn, tạo ra các mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt rộng hơn so với LBW và EBW. Điều này có thể dẫn đến biến dạng nhiều hơn và mất các đặc tính cơ học.

Tuy nhiên, PAW mang lại lợi thế hơn các quy trình này trong khả năng chịu đựng các khoảng trống và sai lệch khớp nối. Mặc dù hồ quang bị hạn chế, nhưng cột plasma có đường kính lớn hơn đáng kể so với các chùm tia. Việc thêm kim loại phụ cũng được thực hiện dễ dàng hơn với PAW so với LBW hoặc EBW.

Nhược điểm chính của PAW so với GTAW là thiết bị phức tạp và tốn kém hơn, đồng thời nhu cầu làm mát ngọn đuốc bằng nước sẽ hạn chế mức độ nhỏ của ngọn đuốc (đuốc GTAW có thể được làm mát bằng khí và có thể được chế tạo để phù hợp với diện tích nhỏ hơn). Ngoài ra, hồ quang PAW hẹp ít chịu được sự lệch khớp hơn so với hồ quang vonfram khí hình nón.

Microplasma mang lại lợi thế hơn GTAW vì hồ quang ổn định có thể được duy trì ở mức dòng điện thấp hơn. Đây là một động lực trong sự phát triển của quá trình này.

Vào đầu những năm 1960, rất khó để có được hồ quang vonfram khí ổn định ở mức dưới 15 ampe. Microplasma tỏ ra có khả năng khắc phục hạn chế này. GTAW đã phát triển đáng kể kể từ đó với tuyên bố về các vòng cung ổn định ở mức dưới 1 amp.

Nhưng PAW có giới hạn hiện tại thấp hơn khoảng 1/10 so với GTAW. Khả năng dòng điện thấp, cùng với khả năng khởi động hồ quang đáng tin cậy, làm cho PAW phù hợp với nhiều ứng dụng hàn nhỏ có độ chính xác cao, đặc biệt là trong ngành y tế và điện tử.

GTAW và LBW cũng được sử dụng trong ngành y tế và điện tử. GTAW được sử dụng cho các ứng dụng có khối lượng thấp hơn vì chi phí thiết bị thấp và tính đơn giản tương đối. LBW được sử dụng khi sản xuất khối lượng lớn hơn có thể biện minh cho chi phí, khi phải giảm thiểu nhiệt đầu vào và khi việc lắp ráp khớp có thể được kiểm soát chặt chẽ.

Sử dụng PAW trong phạm vi dòng điện trung bình ở chế độ tan chảy tương tự như sử dụng GTAW, nhưng hồ quang có xu hướng cứng hơn và ít bị ảnh hưởng bởi những thay đổi về độ dài hồ quang với PAW.

Điều này cho phép sử dụng chiều dài hồ quang dài hơn và kết hợp với điện cực lõm có thể giúp dễ dàng thêm kim loại phụ khi hàn thủ công. Ô nhiễm điện cực do kim loại phụ hiếm khi xảy ra với PAW.

Chế độ nóng chảy PAW có thể hữu ích so với GTAW trong các ứng dụng tự động vì bắt đầu hồ quang đáng tin cậy hơn, tuổi thọ điện cực dài hơn, không cần AVC hoặc ALC và không có tiếng ồn điện từ HF khi bắt đầu mỗi mối hàn.

PAW mang lại lợi thế đáng kể so với GTAW trong nhiều ứng dụng yêu cầu dòng điện cao. Thực hiện các mối hàn với PAW ở chế độ lỗ khóa có thể tạo ra các mối hàn ngấu hoàn toàn trong các vật liệu tương đối dày chỉ trong một lần.

So với việc hàn các phần dày hơn bằng GTAW, lỗ khóa PAW giảm thiểu nhu cầu chuẩn bị mối nối tốn kém và giảm hoặc loại bỏ nhu cầu về kim loại phụ.

Tỷ lệ chiều sâu trên chiều rộng cao của mối hàn plasma lỗ khóa so với mối hàn GTA cũng có thể làm giảm đáng kể biến dạng góc. Kỹ thuật này được áp dụng tốt nhất bằng cách sử dụng thiết bị tự động. Lỗ khóa có thể khó bảo trì trong quá trình hàn thủ công.

Hầu hết các vật liệu có thể được hàn bằng PAW sử dụng điện cực dòng điện một chiều âm (DCEN). Dòng hàn DC cũng có thể được tạo xung để kiểm soát độ ngấu với cả chế độ hàn nóng chảy và chế độ lỗ khóa.

Các nguồn năng lượng hàn hồ quang plasma có phân cực thay đổi (VPPA) tăng cường khả năng liên kết của các vật liệu như nhôm và magie. Dạng sóng vuông VPPA có thể được điều chỉnh sao cho phần điện cực dương của mỗi chu kỳ làm sạch các oxit bền bỉ trên bề mặt có thể được cân bằng với phần điện cực âm mang lại khả năng thâm nhập nhiều hơn.

Sử dụng PAW và GTAW cùng nhau

PAW cũng có thể được kết hợp với GTAW theo nhiều cách khác nhau để hàn tự động nhằm tối ưu hóa tốc độ hàn và chất lượng mối hàn.

Một ví dụ về điều này là một dự án nghiên cứu về hàn ống đã được thực hiện tại Viện hàn Edison (EWI) bằng cách sử dụng ba mỏ hàn để tạo mối hàn một lần.

Ngọn đuốc GTAW chì được sử dụng để làm nóng sơ bộ và chuẩn bị cạnh. Một ngọn đuốc PAW thứ hai đã được vận hành ở chế độ lỗ khóa để cung cấp khả năng thâm nhập hoàn toàn. Một mỏ hàn GTAW được sử dụng làm mỏ hàn để làm nhẵn và tạo hình đường hàn.

Vật liệu được hàn là tấm thép không gỉ 304 dày 0,315 inch (8 mm) với các cạnh được cắt. Vật liệu có độ dày này không thể được hàn bằng GTAW thông thường trong một lần mà không chuẩn bị cạnh cho dù có sử dụng bao nhiêu mỏ cắt.

Các kết quả có thể chấp nhận được thu được khi sử dụng GTAW/PAW/GTAW mà không cần thêm kim loại phụ, nhưng thu được kết quả nhất quán hơn khi kim loại phụ được thêm vào nhóm hàn của mỏ hàn. Tốc độ cấp dây được điều chỉnh để kiểm soát độ đầy để có được các biên dạng mối hàn phẳng hoặc hơi lồi.

Để có được lợi ích đầy đủ của PAW, quy trình hàn mạnh mẽ phải được thiết lập, chẳng hạn như xác định cửa sổ vận hành cho các thông số hàn.

CÔNG TY CỔ PHẦN DIMEC

Hotline: 0966.92.0404

Email: info@dimec.vn

Website: dimec.vn

Trụ sở chính: Số 285 Phúc Lợi, P. Phúc Lợi, Q. Long Biên, TP. Hà Nội

CN Đà Nẵng: Lô 11, Khu A4, đường Nguyễn Sinh Sắc, P. Hòa