Hoạt động của GTAW: 7 bước

Các bước chính trong hoạt động thành công của Hàn hồ quang Vonfram khí (GTAW) bao gồm: 1. Chuẩn bị điện cực 2. Tấm dự phòng và thanh lọc 3. Khởi tạo hồ quang 4. Bảo trì hồ quang 5. Chỉnh lưu hiện tại bằng hàn AC 6. Kỹ thuật hàn 7. Dừng Vòng cung.

Bước # 1. Chuẩn bị điện cực:

Chuẩn bị điện cực vonfram đúng cách là rất quan trọng nếu đạt được một mối hàn mạnh, sạch và chất lượng. Sự đối xứng của hình dạng điện cực xác định mô hình dòng khí và do đó mức độ bảo vệ được cung cấp cho kim loại nóng chảy trong bể hàn. Khi dòng điện thấp hoặc đường kính điện cực quá lớn, hồ quang đi từ điểm này sang điểm khác, đặc biệt khi DC EN được sử dụng.

Tuy nhiên, điều kiện này có thể được sửa chữa bằng cách mài điện cực đến một điểm. Góc đầu điện cực có liên quan đến dòng hàn và độ dày của vật liệu được hàn. Nó nằm trong khoảng từ 30 ° đến 120 ° nhưng góc phổ biến nhất được sử dụng là 60 °. Mức độ côn cũng ảnh hưởng đến sự thâm nhập của mối hàn; góc nhỏ hơn thâm nhập sâu hơn và hẹp hơn hạt.

Điện cực thường được chuẩn bị đến một đầu tròn có đường kính không vượt quá 1½ lần đường kính của đầu điện cực. Mặc dù đôi khi đầu tròn được chế tạo đặc biệt trên một điện cực có hình dạng và kích thước như trong hình 9.5 bằng cách kết nối điện cực trong mạch hàn với DCEP và quá trình này bị gián đoạn khi một quả bóng có kích thước mong muốn được tạo ra, nhưng thực tế sử dụng đầu điện cực giả định hình dạng tùy thuộc vào loại dòng điện và cực tính, như trong hình 9.6. Các đầu bán cầu nóng chảy là mong muốn nhất cho hàn.

Các điện cực vonfram thoriated không bóng dễ dàng và do đó cần nhất thiết phải được làm thon đặc biệt để hàn với dòng điện thấp. Chúng cũng cho độ khởi đầu hồ quang đáng tin cậy hơn và độ ổn định hồ quang với dòng hàn cao.

Sự nhô ra điện cực ngoài vòi phun khí được xác định bởi thiết kế khớp và vị trí hàn, ví dụ, trong hàn hạ cấp, điện cực có thể kéo dài đến 5 mm so với vòi phun, các mối hàn phi lê khó xử lý hơn từ quan điểm tiếp cận nên việc mở rộng lên đến 6 mm có thể là mong muốn, trong khi đối với các mối hàn góc, một phần mở rộng từ 1, 5 đến 3 mm là đủ. Độ mở rộng tối thiểu của điện cực ngoài vòi không được nhỏ hơn 1 .5 mm nếu không vòi sẽ bị nóng lên quá mức và trong tất cả khả năng sẽ bị hư hỏng nặng.

Bước # 2. Sao lưu và thanh lọc:

Sau khi mỏ hàn GTAW được gắn với điện cực vonfram được chuẩn bị đúng cách nhưng trước khi bắt đầu hoạt động hàn, điều cần thiết là phải thiết lập công việc được làm sạch với sự bảo vệ đầy đủ từ phía sau để tránh bất kỳ tác động xấu nào của khí trong khí quyển.

Các phương pháp khác nhau được sử dụng để cung cấp sự ủng hộ thỏa đáng. Một phương pháp như vậy là sử dụng các thanh hỗ trợ như thanh màu đen carbon thường được sử dụng cho cùng mục đích trong hàn oxy-axetylen. Phương pháp sao lưu thứ hai là giới thiệu khí bảo vệ ở mặt sau.

Điều này đặc biệt phù hợp với việc hàn các đường ống mặc dù nó có thể được sử dụng cho một công việc giống như tấm bằng cách cung cấp một vật cố định hỗ trợ với việc sao lưu khí đi qua nó, như trong Hình 9.7. Việc sử dụng sao lưu từ thông là một phương pháp khác để bảo vệ mặt sau của mối hàn khỏi sự ô nhiễm của khí quyển. Trong trường hợp từ thông được dán ở mặt sau, nó được kích hoạt, để tạo ra khí bảo vệ, khi nhiệt độ vượt quá giới hạn cụ thể.

Để bảo vệ hoàn toàn mặt sau của mối hàn, nó thường được tẩy bằng dòng khí ở phía sau theo cách tương tự như trong hình 9.7. Khí thường được sử dụng để dự phòng là khí trơ như argon, tuy nhiên, đôi khi nitơ có thể được sử dụng làm khí tẩy để hàn thép không gỉ. Hydrogen cũng có thể được sử dụng khi vấn đề nổ được bảo vệ chống lại và sự hấp thụ của nó bởi kim loại cơ bản không phải là vấn đề. Khi không thể cung cấp một vật cố định hỗ trợ cho việc tẩy hoặc che chắn khí thì phương pháp thay thế là sử dụng ngọn lửa oxy-hydro ở phía sau. Điều này giữ cho mặt dưới an toàn khỏi bầu khí quyển và các tác động gây ô nhiễm của nó.

Bước # 3. Khởi tạo Arc:

Dòng điện tử đều đặn là cần thiết để bắt đầu hồ quang diễn ra. Phát xạ điện tử trong vonfram thuộc loại nhiệt điện, bắt buộc phải tăng nhiệt độ của đầu điện cực để bắt đầu phát xạ điện tử. Không thể nghi ngờ phương pháp 'chạm và vẽ' được sử dụng để bắt đầu hồ quang trong hàn hồ quang kim loại được che chắn nhưng nó dẫn đến sự nhiễm bẩn của điện cực vonfram đặc biệt là trong trường hợp dòng hàn cao.

Điều này dẫn đến việc hạ thấp điểm nóng chảy của đầu điện cực có thể dẫn đến sự bao gồm vonfram trong kim loại hàn, tiêu thụ điện cực cao hơn và thiết lập hồ quang không ổn định, do đó đây là một thực tế không mong muốn.

Theo các ràng buộc này, việc bắt đầu hồ quang trong GTAW thường được thực hiện bằng một trong ba phương pháp sau:

(i) Sử dụng khối carbon hoặc vật liệu phế liệu,

(ii) Cung cấp điện áp cao tần và

(iii) Hồ quang thí điểm hiện tại thấp.

Đó là một thực tế phổ biến để bắt đầu hồ quang bằng cách chạm và vẽ phương pháp trên một khối carbon. Hồ quang dễ dàng được thiết lập và được duy trì trong một thời gian ngắn để làm nóng điện cực vonfram để thiết lập phát xạ nhiệt. Điều này thường mất một vài giây sau đó hồ quang được bắt đầu dễ dàng tại điểm bắt đầu hàn trên phôi.

Phương pháp chạm và vẽ này không phải lúc nào cũng hoàn hảo vì các hạt carbon có thể dính vào điện cực vonfram sau đó có thể được chuyển vào phôi dẫn đến sự bao gồm không mong muốn hoặc thu nhận carbon của kim loại mối hàn. Các cacbua vonfram cũng có điểm nóng chảy thấp hơn và do đó, dẫn đến tăng kích thước của đầu hình cầu nóng chảy.

Điều này cũng dẫn đến việc đi lang thang và tăng điện trở hồ quang làm giảm mật độ hiện tại. Vì đây là những điều kiện không mong muốn, nên thường bắt đầu hồ quang trên vật liệu làm việc cho đến khi đạt được sự nóng lên cần thiết của điện cực và sau đó hồ quang được chuyển đến vị trí bắt đầu hàn.

Dòng điện tần số cao điện áp cao thường được sử dụng kết hợp với các nguồn điện xoay chiều để đạt được sự khởi đầu hồ quang dễ dàng mà không cần chạm điện cực vào phôi. Khi dòng điện cao thế tần số cao được đặt chồng lên trên mạch hàn thông thường, nó sẽ nhanh chóng làm mất khoảng cách không khí giữa đầu điện cực và phôi do đó dễ dàng phát ra điện tử từ điện cực vonfram.

Tần số cao được sử dụng nằm trong khoảng từ 100 KHz đến 2 MHz cho điện áp từ 3000 đến 5000 volt. Phương pháp khởi tạo hồ quang này rất hiệu quả và sạch sẽ và mang lại tuổi thọ cao cho điện cực vonfram. Khi hồ quang được bắt đầu và ổn định, dòng HFHV sẽ tắt và mạch hàn bình thường đi vào hoạt động. Hình 9.3 cho thấy mạch điện cho hệ thống khởi tạo hồ quang HFHV và Hình 9.8 mô tả dạng sóng cơ bản thu được với một đơn vị như vậy để bắt đầu hoặc duy trì hồ quang.

Hệ thống hồ quang thí điểm hiện tại thấp là phương pháp khởi tạo hồ quang có độ tin cậy cao có thể được sử dụng với hệ thống hàn dc. Hồ quang thí điểm được thiết lập giữa điện cực hàn vonfram và điện cực khác (thường là cực dương) được tích hợp trong vòi mỏ hàn GTAW, như trong Hình 9.9. Hồ quang thí điểm được cung cấp bởi một nguồn năng lượng phụ trợ nhỏ và cung cấp các điều kiện để bắt đầu hồ quang hàn theo cách tương tự như hồ quang thí điểm được sử dụng để đốt bếp gas. Vòng cung thí điểm có thể được bắt đầu bằng kỹ thuật đầu hoặc bằng năng lượng tần số cao.

Bước # 4. Bảo trì hồ quang:

Việc duy trì hồ quang ổn định là bắt buộc để có được các mối hàn phù hợp và chất lượng tốt. Điều này có thể không có nhiều vấn đề trong hồ quang dc nhưng trong hàn ac điện áp hồ quang và dòng hàn đạt cường độ bằng không sau mỗi nửa chu kỳ. Do đó, đối với nguồn chính 50 Hz thông thường, cung bị tắt 100 lần mỗi giây, điều này có thể dẫn đến gián đoạn hồ quang nếu không thực hiện các biện pháp thích hợp để duy trì sự ổn định của nó.

Điều này thường được thực hiện bởi một trong ba phương pháp sau:

(i) Điện áp mạch cao của máy biến áp hàn,

(ii) Áp đặt điện áp cao tần số cao vào mạch hàn chính và

(iii) Tiêm điện áp cao.

Với phương pháp đầu tiên, một máy biến áp được thiết kế để cung cấp OCV đủ cao và quán tính điện thấp để giúp điều chỉnh lại hồ quang ngay sau khi tạm dừng bằng không hiện tại. Trong nửa chu kỳ dương, điện cực chạy nóng hơn, do đó không cần OCV cao trên nửa chu kỳ âm khi hồ quang đốt cháy lại ngay lập tức khi thay đổi từ nửa chu kỳ dương sang nửa chu kỳ âm nhưng ở nửa chu kỳ âm sang thay đổi điện cực thì mát hơn và do đó có sự chậm trễ trong việc đánh lửa lại dẫn đến hiện tượng tạm dừng bằng không hiện tại và hiện tượng này được gọi là cải chính một phần.

Trong thời gian tạm dừng bằng 0 hiện tại, có điện áp nhảy để đốt lại hồ quang như trong Hình 9.10. Do đó, hồ quang trị vì thỏa đáng khi OCV đủ cao; kết quả này trong một vòng cung duy trì tốt. Phương pháp duy trì hồ quang hàn này còn được gọi là tự đánh lửa lại.

Tự đánh lửa mặc dù đơn giản có nhược điểm riêng của nó là OCV có xu hướng cao, thường đạt tới 100 volt và dẫn đến hệ số công suất thấp (ví dụ, V _arc / OCV). Để có độ tin cậy cao hơn, tự đánh lửa thường được bổ sung bằng cách cung cấp một đơn vị tia lửa tần số cao được vận hành từ OCV và không hoạt động khi điện áp giảm xuống điện áp hoạt động hồ quang thông thường. Việc tắt này cũng giới hạn thời gian nhiễu sóng vô tuyến.

Khi đơn vị HFHV được kết hợp trong mạch hàn để sử dụng liên tục, nó không chỉ được sử dụng để bắt đầu hồ quang mà còn cho bảo trì hồ quang. Để thực hiện đánh lửa lại, các tia lửa được phóng qua khe hồ quang và cung cấp một đường dẫn ion hóa cho dòng điện trong mạch hàn chính. Điện áp mạch mở thấp hơn một chút được yêu cầu với đơn vị tần số cao và điều đó dẫn đến sự cải thiện tương ứng trong hệ số công suất.

Đơn vị tia lửa tần số cao bao gồm một tụ điện được tích điện bằng máy biến áp cao áp phóng điện qua khe hở tia lửa. Nó được vận hành sao cho một chuỗi tia lửa được tạo ra khi điện áp nguồn hàn vượt quá điện áp đánh thủng của khe hở tia lửa và nó được bố trí để xảy ra trong khoảng thời gian khi dòng hàn đi qua trạng thái tạm dừng bằng 0 (xem hình 9.8). Nó thường bao gồm hai phần ba của mỗi nửa chu kỳ. Do tính chất tuần hoàn của hoạt động của nó, nó không thể cung cấp đánh lửa lại hồ quang tức thời, do đó dẫn đến cải chính một phần.

Phương pháp đánh lửa hồ quang thứ ba liên quan đến việc bơm điện áp vào mạch điện để cung cấp điện áp cực đại cần thiết cho đánh lửa lại. Điều này đạt được bằng cách xả một tụ điện thông qua một công tắc được vận hành bởi mạch điện tại thời điểm dự định. Nếu hồ quang tắt ở cuối nửa chu kỳ âm, cực đại trị điện áp bắt đầu phát triển và kích hoạt van xả khí, từ đó xả tụ điện để đốt lại hồ quang. Sự đánh lửa trong trường hợp này là tức thời và do đó loại trừ khả năng cải chính một phần gặp phải trong phương pháp HFHV.

Vì các tài liệu máy biến áp không phải cung cấp OCV cực đại, do đó hệ số công suất của hệ thống có thể được cải thiện bằng cách sử dụng máy biến áp OCV thấp. Việc đánh lửa lại nguyên vẹn có thể được thực hiện với 50 volt rms; do đó nó cũng có thể cải thiện sự an toàn hoạt động. Hệ thống hoạt động trong giây lát và tự động tắt khi vòng cung được kích hoạt lại.

Sự tăng điện áp theo thời gian chỉ có thể duy trì một vòng cung, nó không thể bắt đầu nó từ lạnh hoặc luôn luôn sau khi tuyệt chủng tạm thời. Sơ đồ mạch cho một kim phun đột biến và hành động của nó được mô tả trong hình 9.11.

Bước # 5. Chỉnh lưu hiện tại với hàn AC:

Khi một hồ quang ổn định được thiết lập với ac trong GTAW, điện cực vonfram được nung nóng đến nhiệt độ cao hơn nhiều so với nhiệt độ của kim loại được hàn. Điều này dẫn đến khả năng khác nhau của điện cực và phôi để phát ra các điện tử; điện cực nóng hơn phát ra các electron dễ dàng hơn nhiều so với phôi. Điều này dẫn đến sự khác biệt về khả năng chống lại dòng chảy hiện tại có xu hướng tạo ra ac không cân bằng như trong hình 9.12.

Vì điện áp cao hơn là cần thiết khi điện cực dương, dẫn đến dòng điện thấp hơn gây ra sự chỉnh lưu một phần. Chỉnh lưu một phần này còn được gọi là chỉnh lưu vốn có và kết quả là d. c thành phần của dòng điện có xu hướng bão hòa máy biến áp dẫn đến giảm dần đến 30%. Tình huống này được nhấn mạnh thêm do tạm dừng bằng không hiện tại khi chúng xảy ra.

Các tác động bất lợi của cải chính vốn có có thể được khắc phục bằng cách lắp vào các tụ điện điện phân có thể đảo ngược có thể cho tới 100 pF / A trong mạch điện, như trong hình 9.13. Điều này dẫn đến một điện tích bị bỏ lại trên các tụ điện này khi điện cực âm làm cho dòng điện chạy nhiều hơn khi điện cực dương.

Tuy nhiên, vai trò của ngân hàng tụ điện này bị đảo ngược tại thời điểm bắt đầu hồ quang khi hồ quang bị hỏng trong chu kỳ âm của dòng điện. Do đó, nó dẫn đến sự cải chính ngược lại để lại một điện tích phân cực ngược với điện tích được chèn trong mạch. Do đó, nó phản đối việc bắt đầu hồ quang. Để ngăn chặn điều này, tụ điện triệt tiêu được tắt trong thời gian bắt đầu hồ quang.

Khi sử dụng ac tần số cao, có thể dễ dàng khởi tạo cung GTAW và nếu đơn vị HF được sử dụng thường xuyên hơn bảo trì hồ quang cũng không có vấn đề gì. Trong trường hợp như vậy, máy biến áp hàn được thiết kế để giữ cho điện cực vonfram mát và cung cấp cân bằng nhiệt cần thiết bằng cách sửa đổi nửa chu kỳ dương và âm để cho kết quả mong muốn. Với mục đích này, một nửa chu kỳ dương có thể có tỷ lệ cao tới 1: 20 và nó có thể là bất kỳ cấu hình mong muốn nào, như trong Hình 9.14.

Bước # 6. Kỹ thuật hàn:

Cả hai chế độ hoạt động thủ công và cơ giới đều được sử dụng cho GTAW. Đối với hàn thủ công, sau khi bắt đầu hồ quang, mỏ hàn được giữ ở góc 70 ° đến 80 ° ở vị trí hàn thuận tay. Đối với GTAW cơ giới, mỏ hàn thường được giữ vuông góc với phôi.

Để bắt đầu hàn thủ công, hồ quang được di chuyển trong một vòng tròn nhỏ để tạo ra một hồ hàn có kích thước phù hợp. Khi một bể hàn có kích thước mong muốn được thiết lập tại điểm bắt đầu, một mối hàn được tạo ra bằng cách di chuyển mỏ hàn dọc theo mối hàn với tốc độ hàn mong muốn. Sự hóa rắn của kim loại nóng chảy cho hình dạng hạt hàn mong muốn và mối hàn đạt được.

Việc bổ sung hay vắng mặt kim loại phụ trong GTAW phụ thuộc vào độ dày của phôi và thiết kế khớp. Khi kim loại phụ được yêu cầu phải được thêm vào trong quá trình hàn thủ công, nó được thực hiện bằng cách cho tay vào thanh phụ ở đầu dẫn của bể hàn.

Mỏ hàn và thanh phụ được di chuyển trơn tru dọc theo các cạnh khớp để duy trì một hồ hàn có kích thước phù hợp. Đảm bảo rằng chăn khí bảo vệ được duy trì trên kim loại nóng chảy cho đến khi nó được hóa cứng và đầu nóng của thanh phụ cũng được duy trì trong vỏ bọc khí để tránh khả năng oxy hóa.

Các phương pháp khác nhau cho vật liệu độn vào bể hàn được áp dụng. Một trong những vật liệu mỏng được khuyên dùng nhất là trong đó thanh phụ được giữ ở 15 ° so với bề mặt phôi trước mỏ hàn và nó được thêm nhiều lần vào bể hàn, như trong Hình 9.15. Trong phương pháp thứ hai, dây phụ được giữ sát với phôi dọc theo đường hàn và được nung chảy cùng với cạnh khớp. Đối với mối hàn lớn, dây phụ được đưa liên tục vào bể hàn; cả mỏ hàn và dây phụ đều dao động nhưng theo hướng ngược lại. Trong GTAW tự động, dây phụ được đưa vào cơ học thông qua một hướng dẫn vào bể hàn với tốc độ đồng đều.

Từ quan điểm của sự thâm nhập tốt, gia cố thích hợp, chất lượng mối hàn và kinh tế, hạ cấp hoặc hàn phẳng là phù hợp nhất cho GTAW. Tuy nhiên, thâm nhập tốt cũng có thể đạt được trong hàn dọc. Đuốc GTAW thường được giữ ở 75 ° đến phôi ở vị trí hàn thuận tay cho cả hàn hạ cấp và hàn thẳng đứng. Hàn dọc xuống thường không thỏa đáng; kim loại có thể rủ xuống, và thiếu thâm nhập thường dẫn đến.

GTAW cơ giới thường được sử dụng và thường các khớp được thiết kế để loại bỏ sự cần thiết của dây phụ. Tuy nhiên, khi cần dây máy xới có kích thước yêu cầu được đưa vào bể hàn từ ống chỉ. Các đơn vị cơ giới thường sử dụng các thiết bị điều khiển độ dài hồ quang, trong đó đèn pin GTAW được kẹp trên bộ truyền động tuyến tính và chuyển động của đèn pin dọc theo nó dựa trên phản hồi thu được về sự thay đổi điện áp hồ quang.

Thiết bị này rất hữu ích để giữ chiều dài hồ quang nhất quán và do đó có thể dễ dàng loại bỏ sự biến đổi trong hình dạng mối hàn do sự thay đổi nhỏ trong đường viền phôi. Tuy nhiên, nó cũng được sử dụng trong GTAW tự động của các đường ống trong đó nó tự động điều chỉnh độ dài cung bằng cách dịch chuyển vị trí mỏ hàn mỗi khi một vòng được hoàn thành trong một mối hàn chu vi nhiều đường. Điều này đảm bảo rằng điện áp hồ quang và dòng hàn sẽ vẫn phù hợp với tính nhất quán do đó trong chất lượng mối hàn.

Bước # 7. Dừng Arc:

Hồ quang cần phải được dập tắt vào cuối quá trình hàn và điều này cần phải được thực hiện dần dần chứ không phải đột ngột. Ngừng đột ngột của hàn có thể dẫn đến các khuyết tật như đường ống trung tâm và vết nứt chân. Những khuyết tật này có thể gây rò rỉ ở các khớp đặc biệt là những khuyết điểm được sử dụng trong chân không hoặc dưới áp lực.

Do đó, phương pháp bình thường để dừng hồ quang là bằng cách giảm tốc độ hàn và rút dần ngọn đuốc cho đến khi miệng hố được lấp đầy hoàn toàn. Trong hàn dc, hồ quang cũng bị dập tắt bằng cách kéo dài nó dẫn đến tăng điện áp và giảm dòng điện theo cách phụ thuộc vào đặc tính điện áp của nguồn điện hàn.

Trong hàn cơ khí, miệng hố cuối được giảm bằng cách tăng tốc độ hàn trước khi tắt. Ống miệng núi lửa cũng có thể được loại bỏ bằng cách giảm dần dòng điện trước khi dừng bằng cách sử dụng một thiết bị gọi là chất độn miệng núi lửa.

Trong tất cả các trường hợp, mạch hàn được thiết kế để bật khí bảo vệ trước khi dòng chảy bắt đầu trong mạch hàn và tại thời điểm mỏ hàn tắt dòng chảy của dòng dừng ngay lập tức nhưng dòng khí bảo vệ được duy trì thêm vài giây nữa để đảm bảo bảo vệ kim loại hàn nóng chảy. Điều này đạt được bằng cách cung cấp van điện từ trong mạch.