Tối ưu hóa hoạt động hàn quỹ đạo bằng cách lựa chọn, chuẩn bị điện cực thích hợp

Để hoàn thành một chiếc xe đua cạnh tranh đòi hỏi lốp xe được thiết kế đặc biệt cho tình trạng của xe, đường đua và đường đua. Thật không may, quá nhiều nhà chế tạo sử dụng hệ thống hàn hồ quang vonfram khí quỹ đạo (GTAW) làm giảm giá tương đương với lốp xe cả mùa, sử dụng điện cực vonfram chung. Sự lựa chọn tất cả trừ khả năng tối ưu hóa kết quả.

Orbital GTAW yêu cầu một hệ thống điện cực vonfram bao gồm hình dạng điểm, độ nhám bề mặt, lựa chọn khí bảo vệ và các yếu tố khác ảnh hưởng đến việc bắt đầu hồ quang, độ ổn định của hồ quang, tổng nhiệt đầu vào và đặc điểm hạt hàn. Việc điều chỉnh tất cả các yếu tố này cho phù hợp với ứng dụng dẫn đến chu kỳ làm việc dài hơn tới sáu lần và tiết kiệm chi phí vonfram hơn 350% so với các điện cực thông thường.

Tập trung vào ba yếu tố hóa học, quy trình sản xuất và mài thích hợp của điện cực vonfram cho thấy lý do tại sao vonfram chất lượng cao là một khoản đầu tư đáng giá.

Nhu cầu gia tăng

Các nhà chế tạo ống và ống ngày nay phải đối mặt với các yêu cầu chặt chẽ hơn về đặc tính đường hàn so với trước đây. Ví dụ, ngành công nghiệp bán dẫn đang yêu cầu các đường hàn hẹp hơn với bề mặt mịn hơn ở bên trong ống khí bằng thép không gỉ. Các mối hàn tự sinh này phải duy trì tính toàn vẹn và khả năng chống ăn mòn của đường ống. Một số khí độc, dễ cháy và ăn mòn, và các khí có độ tinh khiết cao này phải đi qua hệ thống đường ống mà không bị nhiễm bẩn. Ngoài các ứng dụng có độ tinh khiết cao và siêu cao, các nhà thiết kế trong tất cả các ngành công nghiệp đang đẩy mạnh các giới hạn về lực và tải trọng tĩnh và động, vì vậy các mối hàn phải chắc chắn hơn bao giờ hết.

Trong khi đó, khi ngành công nghiệp phát triển, các nhà chế tạo nhận thấy rằng môi trường làm việc của họ ngày càng trở nên cạnh tranh về chi phí. Bằng cách áp dụng phân tích dữ liệu và chế độ hỏng hóc và phân tích hiệu ứng, các tác giả của bài viết này đã xác định được các chi phí ẩn làm tăng tổng chi phí sở hữu đối với hệ thống quỹ đạo tại thời điểm mà các nhà chế tạo cần tiết kiệm nhiều tiền nhất có thể. Điều này bao gồm việc tránh mài mòn vonfram sớm và loại bỏ các bất ổn trong quá trình gây ra bởi các biến thể vonfram.

Hóa học thích hợp thông qua luyện kim bột

Để cải thiện hiệu suất điện cực, các nhà sản xuất điện cực vonfram thêm chất pha tạp ở dạng ôxít xeri, lantan, zirconi, thori, terbi và yttri. Oxit hạ thấp chức năng hoạt động của electron, được đo bằng electron-vôn (eV), là mức năng lượng cần thiết để loại bỏ một electron khỏi nguyên tử. Ví dụ, vonfram nguyên chất có định mức 4,5 eV, trong khi vonfram 2% ceriated có eV là 2,8. Bằng cách hạ thấp eV (hoặc tăng cường thế ion hóa), các oxit cải thiện hiệu suất khởi động hồ quang và độ ổn định của hồ quang.

Hầu hết các nhà khai thác có xu hướng xem điện cực vonfram như một thành phần tĩnh, nhưng ngay khi dòng điện hàn chạy qua, nó sẽ trở thành một hệ thống con động ảnh hưởng đến vật lý hồ quang. Cụ thể, nhiệt của hồ quang hàn làm cho các oxit di chuyển từ lõi tương đối mát hơn của điện cực sang đầu nóng hơn. Tại đó, các oxit tách (bay hơi) khỏi nguyên tố cơ bản và để lại một lớp màng trên đầu điện cực. Cần có dung sai chặt chẽ đối với kích thước hạt, độ tinh khiết của nguyên tố và tỷ lệ thành phần để đảm bảo tốc độ bay hơi và di chuyển oxit nhất quán, do đó duy trì một eV nhất quán.

Bởi vì các điểm nóng chảy của nội dung điện cực khác nhau đáng kể – vonfram nóng chảy ở 6.192 độ F; ôxít xeri nóng chảy ở 4.352 độ — các nhà sản xuất điện cực dựa vào quy trình luyện kim bột. Họ pha trộn một hỗn hợp các kích thước hạt vonfram rất mịn, cụ thể (hãy tưởng tượng việc đóng gói các quả bóng gôn xung quanh quả bóng chày bên trong một chiếc hộp) để thúc đẩy sự phân bố oxit đồng nhất trong ma trận.

Sau khi trộn, máy ép đẳng áp sẽ nén chặt bột vonfram và oxit theo cách đạt được mật độ và cấu trúc vi mô đồng nhất. Sau đó, các điện cực giòn, không bị đóng rắn được thiêu kết trong vài giờ trong môi trường hydro có độ tinh khiết cao ở nhiệt độ được kiểm soát. Sau khi thiêu kết, các điện cực được rèn thành hình dạng cuối cùng, giúp tối ưu hóa hơn nữa cấu trúc hạt.

Sự phức tạp của quy trình sản xuất điện cực vonfram tạo ra nhiều cơ hội xảy ra lỗi, điều này giải thích sự khác biệt về hiệu suất và chi phí giữa các thương hiệu.

Mài đến lúc mịn

Hình học cũng đóng một vai trò quan trọng trong hiệu suất của điện cực vonfram. Ví dụ, phương pháp mài thô làm tăng diện tích bề mặt, do đó thúc đẩy quá trình bay hơi oxit nhanh hơn. Độ nhám bề mặt cũng thay đổi theo từng thời điểm. Tốt nhất nên sử dụng máy mài vonfram để bàn và vận hành bằng tay để chuẩn bị điện cực cho các ứng dụng GTAW thủ công, không phải các quy trình cơ giới hóa.

Đối với hệ thống GTAW quỹ đạo với nguồn điện dựa trên biến tần hiện đại và thói quen khởi động hồ quang tốt để đạt được tiềm năng đầy đủ của nó, các nhà chế tạo phải sử dụng vonfram phụ được điều chế trên hệ thống CNC robot. Những chiếc máy này tạo ra một lớp hoàn thiện có độ bóng cao. Để ảnh hưởng đến các lớp ranh giới, sụt áp, điểm cực âm, tốc độ bay hơi hoặc bề mặt chức năng tiếp xúc tương đối, các lớp hoàn thiện có thể thấp tới Ra 0,01µm (0,4 microinch) với độ sắc nét cạnh cao vượt trội hoặc lớn đến Ra 3,2µm (125 microinches) với hai bên sườn hoàn toàn không có gờ.

Hơn nữa, vonfram có chất lượng cao, cung cấp độ chính xác kích thước ± 0,002 inch và dung sai góc mài ± 1 độ. Hơn nữa, máy CNC cũng chuẩn bị cho đầu (phẳng) của điện cực nằm trong phạm vi ± 0,002 in. Khi người vận hành sử dụng máy mài thủ công để đặt một mặt phẳng vào đầu điện cực nhọn, nó luôn để lại một đường gờ cực nhỏ. Nếu gờ bị đứt ra trong quá trình hàn, nó có thể bị bao gồm trong mối hàn, dẫn đến việc loại bỏ trong dược phẩm, y tế, hạt nhân, hàng không vũ trụ và các ứng dụng quan trọng khác.

Xu hướng từ nghiên cứu mới nhất

Để làm phức tạp vấn đề, hình dạng điểm điện cực ảnh hưởng đến hình dạng của hình nón plasma, có ảnh hưởng đến biên dạng hạt mối hàn.

Phần lớn các nghiên cứu về plasma trước đây trong lĩnh vực này được thực hiện bằng cách sử dụng kỹ thuật tấm tại chỗ, kỹ thuật này tạo ra một vòng cung trên tấm trong hai giây ở 200 amps. Kỹ thuật này không đại diện cho động lực học chất lỏng (hành vi vũng hàn nóng chảy) xảy ra trong quá trình hàn quỹ đạo. Nó không thể giải thích cho việc mỏ hàn di chuyển từ vũng hàn đã được thiết lập vào vật liệu lạnh, cũng như không tính đến tính dẫn nhiệt và làm nóng trước của ống khi quá trình hàn tiến triển.

Nghiên cứu mới hơn, được tiến hành trong điều kiện hàn quỹ đạo thực tế, đã kết hợp hơn 500 cấu hình điện cực. Các đường hàn được cắt ngang, đánh bóng và kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử quét. Do đó, các nhà cung cấp hệ thống điện cực và quỹ đạo có thể đề xuất tốt hơn các hệ thống vonfram cho các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, các đường hàn hẹp (đường hàn có đường kính 0,08 in. Trên OD) được hưởng lợi từ việc tăng và duy trì áp suất hồ quang trên vonfram, điều này có thể được thực hiện bằng hỗn hợp đa ôxít kết hợp các đặc tính ôxít.

Nghiên cứu mới hơn cũng giúp giải quyết các vấn đề tiềm ẩn. Một trong những tác giả đã làm việc với một nhà sản xuất các bộ phận có giá hơn 100.000 đô la. Sự thay đổi quy trình là một vấn đề dai dẳng, khiến các nhân viên phải thực hiện các biện pháp đặc biệt để tìm ra nguồn gốc. Họ đã hiệu chỉnh nguồn điện, hiệu chỉnh đầu hàn và kiểm tra mọi điểm của mạch điện, nhưng họ chưa bao giờ xem xét thành phần tiêu hao trong mạch: điện cực. Thay đổi thành một loại vonfram cao cấp đã giải quyết được vấn đề.

Tùy thuộc vào các trường hợp, sai lệch tích lũy do các yếu tố này có thể dễ dàng khiến tổng nhiệt đầu vào thay đổi đến 5 phần trăm trong các điều kiện môi trường giống hệt nhau. Mặc dù điều đó có thể được chấp nhận hiện tại, nhưng nó có thể sẽ không được chấp nhận trong vòng một thập kỷ tới khi người dùng cuối yêu cầu các nhà chế tạo thành phần cung cấp các bản ghi và phân tích dữ liệu đầy đủ hơn.

Trong bất kỳ tình huống hàn quỹ đạo nào, các điện cực chất lượng cao làm giảm chi phí hàn tổng thể. Như đã được thử nghiệm trong điều kiện phòng sạch siêu tinh khiết, vonfram được tối ưu hóa có thể tạo ra hơn 650 lần đánh lửa bằng hồ quang mà không làm chậm quá trình phát triển hồ quang. Thay vì thay đổi điện cực khi bắt đầu mỗi ca làm việc, thợ hàn có thể sử dụng một điện cực trong vài ngày. Một nhà sản xuất đã ghi lại thời gian hồ quang là 27 giờ với một điện cực duy nhất.

Ngược lại, các vonfram thông thường trung bình có khoảng 110 vòng cung bắt đầu, vì vậy chúng cần được thay đổi thường xuyên hơn. Chỉ riêng chi phí lao động liên quan sẽ quét sạch mọi khoản tiền tiết kiệm được trên giá mua.

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