7 biến số hàng đầu của GMAW
Bài viết này đưa ra ánh sáng về bảy biến số hàng đầu của Gas Metal Arc Hàn (GMAW). Các biến số là: 1. Điện áp hồ quang 2. Tốc độ nạp dây 3. Tốc độ di chuyển 4. Điện cực dính 5. Góc điện cực làm việc 6. Vị trí hàn 7. Kích thước điện cực.
Biến số 1. Điện áp hồ quang:
Với nguồn năng lượng đặc trưng phẳng, điện áp hồ quang được điều khiển chủ yếu bằng cách đặt điện áp mạch mở (OCV) Một sự khác biệt nhỏ trong giá trị thực của điện áp hồ quang và giá trị đặt của OCV là do sự sụt giảm điện áp trong cáp và sự sụt giảm nhẹ trong đặc tính VI của chính nguồn điện. Sự thay đổi điện áp hồ quang với sự thay đổi trong OCV được mô tả trong hình 10.3.
Sự thay đổi điện áp hồ quang dẫn đến thay đổi chiều dài hồ quang và điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chiều rộng hạt. Sự thay đổi điện áp hồ quang không chỉ ảnh hưởng đến kích thước bên ngoài của hạt mà còn ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô và thậm chí sự thành công và thất bại của hoạt động bằng cách ảnh hưởng đến chế độ truyền kim loại.
Khi điện áp hồ quang quá thấp, quá trình truyền kim loại sẽ ở chế độ ngắn mạch (ở tốc độ cấp dây thấp) hoặc bằng cách truyền nhúng (ở tốc độ cấp dây cao). Một chế độ chuyển kim loại như vậy làm cho quá trình thành công khi sử dụng trong hàn vị trí và thường diễn ra ở nhiệt độ kim loại thấp hơn với sự mất mát ít hơn của các nguyên tố hợp kim.
Biến số 2. Tốc độ nạp dây:
Đối với nguồn năng lượng đặc trưng phẳng, dòng hàn thay đổi theo sự thay đổi tốc độ nạp dây và mối quan hệ tổng quát giữa hai nguồn được thể hiện trong hình 10.4. Hình vẽ cho thấy mối quan hệ là tuyến tính với tốc độ cấp liệu thấp hơn tuy nhiên khi tốc độ dây được tăng lên, đặc biệt đối với các dây có đường kính nhỏ, đường cong tốc độ nóng chảy trở nên không tuyến tính.
Điều này thường được quy cho việc tăng nhiệt điện trở mà bản thân nó được tăng lên cùng với sự gia tăng tốc độ cấp dây. Đối với cùng một tốc độ cấp dây, đường kính dây đòi hỏi phải tăng nhu cầu về dòng hàn. Sự gia tăng dòng hàn, với các biến số khác không đổi, dẫn đến tăng độ sâu thâm nhập và chiều rộng mối hàn, tăng tốc độ lắng và tăng kích thước hạt hàn tại một mặt cắt nhất định.
Biến số 3. Tốc độ di chuyển:
Sự thâm nhập của mối hàn là tối đa ở một tốc độ hàn cụ thể và nó giảm khi tốc độ thay đổi theo một trong hai cách. Tuy nhiên, việc giảm tốc độ đi kèm với tăng chiều rộng trong khi tăng tốc độ dẫn đến các hạt hẹp hơn. Sự giảm thâm nhập với việc giảm tốc độ được gây ra do kim loại nóng chảy quá mức trượt vào bể hàn dẫn đến bể hàn nông hơn.
Do đó, đầu vào nhiệt tăng trên mỗi đơn vị chiều dài do tốc độ giảm thể hiện ở dạng tăng chiều rộng mối hàn và điều ngược lại là đúng đối với việc tăng tốc độ hàn. Tốc độ hàn quá cao cũng có thể đi kèm với việc cắt giảm do không đủ kim loại để lấp đầy vùng bị nóng chảy bởi hồ quang.
Biến số 4. Điện cực:
Khoảng cách từ đầu dưới của ống tiếp xúc đến đầu dây điện cực nhô ra, như trong hình 10.5, được gọi là điện cực dính. Đây là một thông số hàn quan trọng để kiểm soát tốc độ lắng và hình dạng hạt. Với sự gia tăng của điện trở, điện trở của nó tăng lên và điều đó dẫn đến việc sấy sơ bộ dây dẫn đến yêu cầu dòng điện thấp hơn ở bất kỳ tốc độ cấp dây nào. Quá lâu, kết quả là quá nhiều kim loại bị lắng đọng với nhiệt hồ quang thấp dẫn đến sự thâm nhập nông và hình dạng hạt không đạt yêu cầu.
Điều này cũng có thể dẫn đến hồ quang không ổn định với khả năng cơ động thấp. Quá ngắn quá trình dính có thể gây ra hiện tượng cháy ngược dẫn đến hư hỏng ống tiếp xúc, chiều dài hồ quang quá mức và thậm chí bị gián đoạn trong quá trình. Khoảng cách thường được giữ trong khoảng từ 5 đến 15 mm đối với truyền ngắn mạch và 16-25 mm đối với các loại chuyển kim loại khác.
Khoảng cách vòi phun đến công việc (NWD) cũng rất quan trọng trong việc kiểm soát hình dạng và chất lượng hạt. NWD quá ngắn dẫn đến hư hỏng vòi phun khí do đốt nóng quá mức trong khi NWD quá dài ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng khí bảo vệ. Khoảng cách hoạt động của vòi phun bình thường phải bằng khoảng 1 che1-5 lần đường kính trong của vòi phun khí được sử dụng.
Biến số 5. Góc điện cực làm việc:
Vị trí mà súng hàn được giữ liên quan đến hướng di chuyển có thể ảnh hưởng đáng kể đến hình dạng hạt. Trong hàn tự động, súng thường được giữ vuông góc với phôi. Tuy nhiên, trong hàn bán tự động, súng được giữ ở vị trí trái tay hoặc vị trí hàn thuận tay, như trong Hình 10.6; điều này giúp thợ hàn nhìn thấy hồ hàn và điều khiển nó theo yêu cầu.
Vị trí hàn thuận tay dẫn đến mối hàn có độ xuyên sâu nhưng hạt rộng hơn. Hàn trái tay cho một mối hàn hẹp và khá đỉnh với sự thâm nhập sâu. Hàn trái tay là vị trí thường được sử dụng nhất với góc làm việc điện cực trong khoảng từ 60 đến 85 độ. Mặc dù góc khoảng 75 ° là vị trí phổ biến nhất nhưng góc 65 ° được báo cáo là cho độ xuyên tối đa, cung ổn định và ít bị bắn tung tóe.
Đối với các mối hàn phi lê, súng GMAW được giữ để đặt điện cực nghiêng ngang với hai bề mặt làm việc và sau đó vị trí trái tay được áp dụng với góc từ 75 ° đến 85 ° theo hướng hàn.
Mặc dù độ xuyên và độ rộng của hạt có thể được xử lý đáng kể bằng cách thay đổi điện cực từ vị trí thuận tay sang vị trí trái tay, nhưng nó không được coi là một phương pháp thích hợp để kiểm soát hình học hạt, thay vào đó điện áp hồ quang và dòng hàn được thao tác. Các ảnh hưởng định tính của góc điện cực đến công việc đối với hình dạng hạt được trình bày trong hình 10.7.
Biến số 6. Vị trí hàn :
Hình dạng hạt hàn cũng bị ảnh hưởng bởi vị trí của chi tiết gia công đối với súng hàn. Vị trí hàn phẳng hoặc hàn phẳng cho hình dạng hạt thỏa đáng nhất và tất cả các chế độ chuyển kim loại có thể được sử dụng một cách hiệu quả. Tuy nhiên, các vị trí hàn trên cao và thẳng đứng yêu cầu chuyển kim loại bằng chế độ phun hoặc ngắn mạch.
Nên sử dụng dây điện cực có đường kính 1-2 mm cho các vị trí này vì nếu không kích thước bể hàn trở nên quá lớn để dễ dàng điều khiển. Kích thước hạt cũng thường nhỏ ở những vị trí này. Hàn dọc xuống thường được áp dụng cho hàn kim loại tấm ở vị trí thẳng đứng, trong khi vị trí hàn thẳng đứng phổ biến hơn trong hàn các mối nối chu vi trong ống.
Biến số 7. Kích thước điện cực:
Mỗi kích thước dây điện cực có một giới hạn khả thi trong đó nó có thể được sử dụng một cách hiệu quả. Dòng hàn thấp hơn phạm vi tối ưu dẫn đến thiếu phản ứng tổng hợp và kết quả dòng điện cao hơn làm tăng độ xốp, độ xốp và xuất hiện hạt kém.
Kích thước điện cực cũng ảnh hưởng đến sự thâm nhập và chiều rộng mối hàn trong đó đối với cùng một dây có đường kính thấp hơn hiện tại cho phép thâm nhập sâu hơn trong khi các hạt rộng hơn với độ xuyên sâu thu được bằng các dây có đường kính lớn hơn.
Tuy nhiên, nhìn chung, có xu hướng sử dụng dây có đường kính nhỏ hơn vì những lý do sau:
(i) Điều chỉnh độ dài hồ quang nhanh,
(ii) Chế độ phun chuyển kim loại,
(Iii) Dễ dàng để spool, và
(iv) Hiệu quả lắng đọng cao hơn.
Khi chiều dài hồ quang bị thay đổi do thay đổi vị trí của tay thợ hàn hoặc thay đổi tốc độ cấp dây dẫn đến thay đổi điện áp hồ quang đến mức độ thay đổi của cột rơi, như trong Hình 10.8.
Điện áp trong hồ quang dẫn đến sự thay đổi dòng điện hồ quang như trong hình.10.9. Nó là điều hiển nhiên
sự thay đổi dòng điện hồ quang này nhiều hơn đối với nguồn điện có đặc tính VI phẳng hơn so với đặc tính VI bị rủ xuống. Bây giờ, tốc độ nóng chảy hoặc tắt của điện cực phụ thuộc vào dòng hàn được vẽ, như trong hình 10.10, cũng cho thấy dây điện cực mỏng hơn phạm vi tốc độ nạp dây mà nó bao phủ. Nói cách khác, đối với sự thay đổi tương đương trong dòng điện, sự thay đổi tốc độ đốt cháy cao hơn nhiều so với dây dày, điều này giải thích tại sao độ dài hồ quang được điều chỉnh nhanh hơn đối với dây mỏng so với dây dày.
Đối với cùng dòng hàn, mật độ dòng điện đạt được đối với dây mỏng cao hơn nhiều so với dây dày, như hình 10.11. Hiệu ứng kết hợp của điện áp hồ quang (hoặc chiều dài hồ quang) và dòng điện trên chế độ truyền kim loại được thể hiện trong hình 10.12.
Kết quả rõ ràng là chế độ phun của chuyển kim loại có thể đạt được ở dòng điện thấp hơn nhiều và với nguồn năng lượng có công suất thấp hơn. Điều này dẫn đến tăng cường kiểm soát trong hàn vị trí và cải thiện các mối hàn chất lượng.
Mặc dù các cuộc thảo luận ở trên là một quy tắc chung nhưng để có được một bức tranh hoàn chỉnh về chế độ chuyển kim loại, điều cần thiết là phải biết tác dụng của khí bảo vệ đối với vật liệu của dây cấp liệu. Ví dụ, kiểm tra những nỗ lực tốt nhất với dây mỏng nhất có thể, hầu như không thể có được chế độ phun chuyển kim loại với CO 2 làm khí bảo vệ.
Số lượng các giọt được chuyển từ dây điện cực đến bể hàn, được gọi là tần số truyền giọt, thường quyết định hình dạng và chất lượng của mối hàn; ít hơn 20 giọt mỗi giây thường được coi là không đạt yêu cầu. Hình 10.13 cho thấy ảnh hưởng của một số tổ hợp khí-kim loại thường được sử dụng đối với tần số truyền giọt trong GMAW.
Hiệu quả lắng đọng của quy trình GMAW cũng được cải thiện khi sử dụng các dây mỏng hơn, như trong hình 10.14. Các đường cong mô tả cụ thể hiệu suất của GMAW khi sử dụng CO 2 làm khí bảo vệ.
Dây mỏng hơn cũng dễ dàng để cuộn và xử lý mặc dù tốc độ cấp dây tăng đáng kể với việc giảm đường kính dây.
Kiểm tra một số lợi thế của việc sử dụng dây mỏng, cần lưu ý rằng vấn đề cấp liệu tăng đáng kể khi đường kính giảm và phạm vi dòng hàn, qua đó có thể sử dụng dây, thu hẹp lại. Ngoài ra, dây có đường kính nhỏ hơn là tốn kém hơn trên cơ sở trọng lượng. Vì vậy, đối với mỗi ứng dụng có một kích thước dây xác định cung cấp các mối hàn chi phí tối thiểu.
