Kỹ thuật hàn: Giáo trình công nghệ hàn MIG (Phần 1)

Kỹ thuật hàn: Giáo trình công nghệ hàn MIG

Các kiến thức cơ bản về hàn MIG

Khái niệm hàn MIG

Nguyên lý hàn MIG

Hàn MIG là viết tắt của "Metal Inert Gas Arc" nghĩa là "Hàn hồ quang trong môi trường khí trơ với điện cực nóng chảy". Phương pháp hàn Mig tương tự như hàn trong môi trường khí bảo vệ CO2. Hàn MIG là phương pháp tạo hồ quang giữa kim loại hàn và dây hàn trong môi trường khí trơ như khí Argon (Ar) hoặc (He). Đây là phương pháp hàn bán tự động, dây hàn được đưa vào khu vực hàn liên tục nhờ bộ phận đẩy dây. Dây hàn là loại dây đặc có chất lượng tương tự như kim loại hàn và không cần thêm chất khử, khí trơ không phản ứng với kim loại nóng chảy và bảo vệ vùng hàn khỏi không khí rất tốt. 

Khi các kim loại dễ bị ô xi hóa như nhôm và hợp kim nhôm, nên sử dụng khí trơ. Khi hàn thép không gỉ, dùng hỗn hợp khí Ar với 2% ôxy sẽ làm hồ quang cháy ổn định và vẫn giữ được khả năng làm sạch của khí trơ (nếu sử dụng khí Ar nguyên chất, hồ quang cháy không ổn định).

Khi hàn thép hợp kim thấp, có thể sử dụng hỗn hợp khí CO2 và Ar. Dây hàn nóng chảy và chuyển dịch tia ở dòng điện hàn cao, hình dạng mối hàn đẹp với độ ngấu sâu dạng "ngón tay" với độ bắn tóe kim loại ít. Tuy nhiên, ở dòng điện hàn thấp, chuyển dịch kim loại lỏng là chuyển dịch cầu, mức độ bắn tóe nhiều hơn. Do đó, phương pháp hàn MIG xung được phát triển, cho phép dòng điện hàn tăng định kỳ với hệ thống chuyển dịch tia, thậm chí khi hàn bằng dòng thấp. Hệ thống này cũng được sử dụng khi hàn tấm nhôm (hợp kim) mỏng. Khi sử dụng khí bảo vệ như Ar, He hay khí hỗn hợp, chúng ta không thể sử dụng hàn MIG hay "Hàn hồ quang kim loại khí bảo vệ" trong trường hợp gió mạnh bởi vì hàn MIG dễ bị ảnh hưởng bởi gió. Chúng ta cần bảo vệ vùng hàn khỏi tác động của gió.


Các kiểu chuyển dịch giọt kim loại trong hàn MIG

Chuyển dịch giọt kim loại từ đầu dây hàn vào bể hàn trong hàn MIG có 3 loại: "chuyển dịch tia", "chuyển dịch ngắn mạch", "chuyển dịch cầu". Ngoài ra còn có "chuyển dịch hỗn hợp". Chúng ta gọi đó là "Mezzo - Spray tranfer - chuyển dịch tia vừa".

Chuyển dịch tia

Đây là trạng thái mà dây hàn nóng chảy thành những giọt nhỏ, chuyển dịch vào bể hàn nhanh, liên tục. Chuyển dịch tia xảy ra trên dòng tới hạn của hàn MIG. Dòng tới hạn nghĩa là dòng điện hàn mà tại đó trạng thái của chuyển dịch kim loại thay đổi. Trong kiểu hàn này, kim loại nóng chảy trên đầu dây hàn bị kéo theo chiều dọc và chuyển qua hồ quang thành giọt nhỏ hơn nhiều so với đường kính của dây hàn.  

Chuyển dịch cầu

Trong trường hợp dòng điện hàn thấp hơn dòng điện tới hạn, chuyển dịch cầu xảy ra. Chuyển dịch này cho thấy trạng thái các giọt bằng hoặc lớn hơn đường kính dây hàn. Mức độ bắn tóe tăng lên so với các chuyển dịch khác.

Chuyển dịch ngắn mạch.

Đây là kiểu chuyển dịch cho thấy trạng thái nhỏ giọt ngắn mạch với kim loại hàn và tạo hồ quang. Chúng ta có thể gọi chuyển dịch này là "Hồ quang ngắn". Tần suất của ngắn mạch là 50 ÷ 150 lần/giây. Hàn chuyển dịch ngắn mạch thường được sử dụng trong hàn kim loại mỏng, hàn đứng và hàn trần.

Chuyển dịch tia vừa (chuyển dịch hỗn hợp).

Chuyển dịch này nằm trong khoảng giữa chuyển dịch ngắn mạch và chuyển dịch tia. Thực tế khi  hàn MIG cho các loại hợp kim nhôm thường dùng kiểu chuyển dịch này. 

Hàn MIG xung.

Chuyển dịch tia là lý tưởng trong hàn MIG. Tuy nhiên, hàn MIG bình thường không thể sử dụng hàn vật liệu mỏng với dòng hàn cao. Đôi khi khó sử dụng hàn MIG cho nhôm, hợp kim đồng hoặc thép đặc biệt. Trong khi đó hàn MIG xung trở nên có hiệu quả. 

Hàn xung được sử dụng với dòng xung cao (Ip) theo chu kỳ và phương pháp chuyển dịch các giọt kim loại nhỏ từ đầu dây hàn bởi lực co thắt xuất hiện khi dùng xung cao. Dòng cơ bản (Ip) làm nóng chảy đầu dây hàn và dòng xung cao sẽ cắt kim loại nóng chảy thành các giọt nhỏ. Hàn MIG xung được sử dụng để hàn thép mỏng và các loại vật liệu kim loại đặc biệt.

Quan hệ giữa chuyển dịch giọt và hình dạng phần kim loại ngấu của mối hàn 

Hình dạng phần kim loại ngấu trong chuyển dịch ngắn mạch là hình bán nguyệt giống như đáy chảo khi hàn MAG/CO2 và hàn hồ quang bằng que hàn. Hình dạng phần kim loại ngấu trong chuyển dịch cầu hoặc chuyển dịch tia vừa là hình "ngón tay" do chuyển dịch của giọt ở tốc độ cao bằng dòng Plasma.

Độ rộng phần kim loại ngấu hình ngón tay hẹp hơn độ rộng mối hàn. Do đó, chúng ta phải chuyển đầu dây hàn vào đúng đường hàn. 

Hoạt động làm sạch xuất hiện trong hàn MIG dòng điện một chiều, điện cực nối dương trong môi trường bảo vệ khí Ar. Bề mặt nhôm luôn bị bao phủ bởi một lớp oxit nhôm có nhiệt độ nóng chảy cao (2020 độ C). Nhiệt độ này cao hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của nhôm nguyên chất. Vì vậy khi hàn, nhôm nóng chảy còn oxit nhôm không nóng chảy sẽ nằm lại trong kim loại mối hàn. Như vậy, có thể tạo được mối hàn tốt khi hàn bằng que hàn hoặc hàn khí. Muốn cho mối hàn có chất lượng tốt thì lớp oxit nhôm phải được làm sạch bằng thuốc hàn. Tuy nhiên, hàn MIG và hàn TIG dòng điện một chiều dùng khí bảo vệ Ar có thể làm sạch được lớp oxit nhôm bằng cách điện cực đấu với cực dương của nguồn hàn. Đây được gọi là hoạt động làm sạch. Khi điện cực được nối với điện dương (+), các điểm sáng nhỏ catot xuất hiện trên lớp oxit và di chuyển quanh lớp. Điểm catot này có sự tập trung dòng điện rất cao sẽ phá hủy lớp oxit bằng cách làm nóng chảy và bay hơi. 

Các điện tử được phát ra từ điểm catot của bề mặt kim loại hàn tới cột hồ quang. Đồng thời, các ion dương của khí Ar bị ion hóa sẽ được gia tốc bởi sự tụt áp catot và va chạm, bắn phá về phía bề mặt vật hàn, phá hủy và làm sạch lớp màn oxit. Điểm catot có xu hướng xuất hiện ở điểm có oxit, do đó làm sạch bề mặt kim loại vật hàn.

Phương pháp này cũng được áp dụng để hàn nhôm. Hoạt động làm sạch hầu như không phụ thuộc vào dòng điện hàn, độ dài hồ quang và tốc độ hàn. Tuy nhiên, tốc độ dòng chảy và loai khí bảo vệ có ảnh hưởng: khi tốc độ dòng chảy không đủ hoặc dùng khí trơ nhẹ như He thì hoạt động yếu, trong khi Ar trộn với không khí thì không có hoạt động làm sạch. Thêm Hi vào sẽ tăng cường hoạt động làm sạch. Với loại mối hàn ghép giáp mối không vát cạnh, vát chữ V thì ở một chi tiết hoặc góc vát quá nhỏ thì đáy của chi tiết rất khó được làm sạch. Do đó cần được xử lý nhiệt trước khi hàn hoặc bán kính của đáy rãnh nên làm nhỏ. 

Trong trường hợp hàn nhôm, bề mặt nên được làm sạch bằng bàn chải thép không gỉ. Khi hàn thép không gỉ bằng hàn MIG, do trạng thái động của điểm catot làm nhiễu chuyển dịch giọt, nên cần cho thêm 2% oxy vào Ar.

Áp dụng chuyển dịch giọt thích hợp trong hàn MIG.

Chế độ hàn

Dòng điện hàn

Khi dòng điện hàn tăng làm cho tốc độ đẩy dây hàn, tốc độ chảy, chiều rộng mối hàn, độ ngấu mối hàn tăng. Cùng dòng điện hàn như nhau, dây hàn nhỏ sẽ nóng chảy nhiều và nhanh.

Điện áp hàn

Khi điện áp hồ quang tăng, độ dài hồ quang sẽ tăng và phần kim loại đắp của mối hàn kim loại sẽ phẳng. Khi điện áp hồ quang giảm, chiều dài hồ quang sẽ ngắn và kim loại đắp của mối hàn sẽ lồi lên. Điện áp hồ quang sẽ ảnh hưởng đến sự ổn định hồ quang và số lượng kim loại bắn tóe. 

Tốc độ hàn

Trong trường hợp dòng điện hàn và điện áp hồ quang không đổi, nếu tốc độ hàn tăng, chiều rộng mối hàn, độ ngấu và chiều cao phần đắp sẽ giảm

Thao tác mỏ hàn

- Nên sử dụng phương pháp hàn trái trong hàn MIG. Trong quá trình hàn, đẩy mỏ hàn về phía trước chứ không nên kéo mỏ hàn như hàn hồ quang bằng que hàn.

Giữ mỏ hàn hoạt động ở góc 10 đến 20 độ theo phương thẳng đứng và đẩy mỏ hàn về phía trước.

- Nếu tốc độ hàn chậm, nóng chảy kém là một loại khuyết tật của hàn. Nếu kim loại chảy đi trước hồ quang, nhiệt của hồ quang không đủ làm nóng chảy sâu kim loại hàn.

Một phần của đường hàn không được hàn do nhiệt của hồ quang không đủ nung nóng. Trong thực tế, kim loại nóng chảy tràn lên phần kim loại cơ bản chưa nóng chảy, tốc độ hàn chậm, sự thiếu nóng chảy là khuyết tật có thể xảy ra.

- Nếu chúng ta quan sát vị trí của hồ quang (đầu dây hàn) trong bể hàn, chúng ta có thể quyết định được tốc độ hàn một cách phù hợp.

Chúng ta phải luôn giữ hồ quang ở nửa đầu của bể hàn.

- Nếu giữ hồ quang liên tục ở nửa đầu của bể hàn, kim loại nóng chảy không thể đi trước hồ quang .

Do đó chúng ta có thể ngăn được khuyết tật thiếu nóng chảy.

Sự thay đổi khoảng cách giữa miệng phun và kim loại hàn (khoảng nhô ra của đầu dây hàn). 

Khoảng cách giữa miệng phun và kim loại hàn thay đổi, các yếu tố khác sẽ thay đổi. Nếu khoảng cách giữa miệng phun và kim loại hàn tăng, dây hàn sẽ bị nung nóng. Dòng hàn cung cấp cho dây hàn bị giảm đi. Nói chung khoảng cách giữa miệng phun và kim loại hàn nên giữ khoảng 10 đến 20mm trong hàn MIG. 

Sử dụng bảng điều khiển

Chú ý:

- Khi điều chỉnh các công tắc trên bảng điều khiển, phải chắc chắn là đã ngừng việc hàn.

- Nếu mở nắp bảng điều khiển, sẽ nhìn thấy các công tắc và núm điều chỉnh.

- Đóng nắp bảng điều khiển trong suốt quá trình hàn 

1. Công tắc lấp rãnh hồ quang CRATER - FILLER

Điều khiển dòng điện và điện áp lấp rãnh hồ quang. Đặt dòng điện và điện áp ở chế độ điền đầy rãnh hồ quang tối ưu nhất.

2. Núm điều khiển hồ quang PULSE ARC CONTROL

Thông thường núm này sẽ ở vị trí "STANDARD". Nó điều chỉnh trạng thái ổn định hồ quang khi hàn với chế độ xung. Đối với dòng hàn thấp thì chỉnh đến vị trí "HARD" còn đối với dòng hàn cao thì chỉnh đến "SOFT" khi đó ta sẽ thu được kết quả tốt nhất. Trong trường hợp sử dụng cáp hàn dài (nếu dài hơn 20m) thì chỉnh đến vị trí "HARD" để thu được kết quả tốt nhất, trừ trường hợp thông thường. 

3. Công tắc lựa chọn phương pháp hàn nguội mỏ hàn TORCH COOLING đặt ở vị trí thích hợp theo loại mỏ hàn. 

4. Công tắc GAS.

Bật công tắc ở vị trí "CHECK" để kiểm tra khí bảo vệ

Bật công tắc ở vị trí "WELD" để tiến hành hàn.

Khi đang hàn mà công tắc GAS bật ở vị trí "CHECK" thì van từ GAS vẫn tiếp tục được điều khiển như quy trình đang hàn. Chức năng này giúp cho không lãng phí khí bảo vệ khi đã ngừng hàn mà công tắc vẫn ở "CHECK".

Sau khi hàn với công tắc GAS bật ở vị trí "CHECK", muốn kiểm tra lại lưu lượng khí cần bật công tắc GAS về vị trí "WELD" và sau đó bật lại vị trí "CHECK"

5. Công tắc điều khiển độ ngấu PENETRATION CONTROL

Bật công tắc ở vị trí "ON" khi cần điều khiển độ ngấu 

Điều khiển độ ngấu chỉ được thực hiện trong khi đang hàn chính. Lưu ý, mặc dù công tắc điều khiển độ ngấu bật ở vị trí "ON", nhưng quá trình điều khiển độ ngấu không thực hiện khi hàn lấp rãnh hồ quang.

6. Công tắc điều khiển dòng điện, điện áp CURR. VOLT. CONTROL.

Chọn phương pháp đặt dòng điện tương ứng với điện áp.

7. Công tắc chương trình hàn PROGRAM để thay đổi phương pháp hàn tương ứng cỡ dây hàn. Chọn số chương trình thích hợp bằng cách ấn nút [+] hoặc [-] theo phương pháp hàn với cỡ dây hàn được sử dụng. Quy ước số chương trình tương ứng với phương pháp hàn với cỡ dây hàn cho theo bảng 1.3

Chú ý: Công tắc PROGRAM được đặt từ 58 đến 68, thì khi công tắc hàn lấp rãnh hồ quang được đặt ở "I", hàn xung vẫn được thực hiện trong suốt quá trình lấp rãnh hồ quang.

8. Công tắc lấp rãnh hồ quang CRATTER - FILLER

Chức năng lấp rãnh hồ quang sẽ làm việc ở vị trí "ON(...)"

9. Đèn báo nguồn POWER

Đèn này sẽ sáng khi nguồn hàn được cung cấp điện cho dù công tắc điều khiển CONTROL POWER ở "ON" hoặc "OFF"

10. Đèn cảnh báo và đèn báo quá nhiệt.

Khi những đèn này sáng, máy hàn sẽ tự động ngắt điện.

11. Công tắc điều khiển nguồn CONTROL POWER

Khi công tắc ở vị trí ON, quạt bắt đầu quay và máy sẵn sàng làm việc.

12. Núm điều chỉnh tần số xung "WAVE PULSE"

Khi hàn xung, điều chỉnh núm để thu được hình dạng mối hàn thích hợp nhất.

Công tắc lấp rãnh hồ quang CRATER - FILLER

Nếu chọn vị trí "I" khi hàn hồ quang xung (khi công tắc PROGRAM được đặt:

11, 12, 21 ÷ 23, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61 hoặc 62 với máy CPDP - 350.

11 ÷ 13, 21, 22, 31, 32, 41, 51, 52, 61 hoặc 62 với máy CPDP - 500) cũng tạo ra hàn không xung trong suốt quá trình hàn lấp rãnh hồ quang, nghĩa là giống như lựa chọn vị trí "I" được thực hiện.

- Núm điều khiển xung hồ quang PULSE ARC CONTROL

Núm điều khiển xung hồ quang chỉ có hiệu quả với hàn MAG xung và hàn MIG xung. Chú ý, việc điều chỉnh núm sẽ không có giá trị khi hàn hồ quang không xung, ví dụ như hàn CO2.

Hộp điều khiển từ xa

- Loại máy CPDP - 500

- Loại máy CPDP - 350

Giống như CPDP - 500 nhưng khác vạch chia trên núm CURRENT

Trong trường hợp sử dụng chế độ "ONE - KNOB"

Khi công tắc CURR. VOLT. CONTRL (điều khiển dòng điện và điện áp hàn) ở bảng điều khiển được đặt ở "ONE - KNOB", thì điện áp hàn thích hợp có thể được đặt tự động theo núm CURRENT (dòng điện hàn) của hộp điều khiển từ xa. Khi muốn điều chỉnh điện áp hàn, thì điều chỉnh núm VOLTAGE.

Trường hợp sử dụng chế độ "SEPARATE"

Đắt công tắc CURR. VOLT. CONTROL trên bảng điều khiển ở vị trí "SEPARATE"  thì khi đó dòng và điện áp sẽ được điều chỉnh riêng biệt.

Trường hợp sử dụng chế độ "FUZZY" (chế độ điều khiển mờ)

Khi công tắc CURR. VOLT. CONTROL ở bảng điều khiển được đặt ở "FUZZY", điện áp hàn thích hợp có thể được đặt tự động theo núm "WELDING CURRENT" của hộp điều khiển từ xa theo lý thuyết mờ. Trong trường hợp này, núm WELDING VONTAGE của hộp điều khiển từ xa không làm việc.

Thao tác hàn

Chú ý:

- Nguồn phải được thao tác bởi những người đã được đọc và hiểu được nội dung hướng dẫn vận hành máy và có kiến thức, kỹ năng để vận hành nguồn hàn một cách an toàn.

- Khi hàn, thời gian hồ quang cháy thường chỉ bằng hoặc nhỏ hơn hơn chu kỳ cho phép. Nếu vượt quá chu kỳ làm việc cho phép, nguồn điện hàn sẽ bị quá tải gây hư hỏng. 

- Đóng nắp bảng điều khiển trong suốt quá trình hàn.

Chế độ lấp rãnh hồ quang CRATE - FILLER [0/ I/ II] 

Nguồn hàn này có hai kiểu thao tác được thay đổi bởi công tắc CRATER - FILLER trên bảng điều khiển máy.

 

Điều khiển độ ngấu

Với hàn CO2/MAG, thông thường khi chiều dài hồ quang thay đổi, dẫn đến dòng điện hàn thay đổi và chiều sâu ngấu hoặc độ rộng mối hàn cũng thay đổi theo. Bật công tắc PENETRATION CONTROL trên bảng điều khiển ở vị trí ON nhằm mục đích điều khiển tốc độ đẩy dây một cách tự động để cung cấp dòng điện hàn ổn định ở mọi thời điểm ngay cả khi chiều dài hồ quang thay đổi. Như vậy, ít làm thay đổi độ ngấu và chiều rộng mối hàn. Đặc biệt, khi độ ngấu cần đồng đều, phải đặt công tắc  PENETRATION CONTROL ở vị trí "ON". 

Điều khiển FUZZY

Khi hàn MIG nhôm, chế độ làm sạch được quyết định bởi bề mặt kim loại cơ bản, chế độ cấp nhiệt và khí bảo vệ. Nếu chế độ làm sạch thay đổi, hình dạng mối hàn cũng sẽ xấu, độ ngấu và chất lượng hàn cũng bị ảnh hưởng. Vì vậy, cần thiết phải thay đổi chế độ hàn, theo sự thay đổi của chế độ làm sạch để đạt được chất lượng hàn mong muốn.

Đặt công tắc CURR. VOLT. CONTROL trên bảng điều khiển tới vị trí FUZZY chế độ làm sạch luôn được đặt tự động bởi chế độ điều khiển mờ, thậm chí ngay cả khi chế độ làm sạch thay đổi trong quá trình hàn. Việc đặt chế độ hàn sẽ trở nên dễ dàng hơn khi hàn MIG nhôm. Điều này rất thuận lợi cho người bắt đầu với hàn MIG, điện áp đã được đặt tự động bởi máy, còn người thao tác chỉ phải điều chỉnh dòng điện hàn. 

Chú ý khi sử dụng điều khiển FUZZY.

Điều khiển FUZZY chỉ sử dụng cho hàn MIG nhôm (công tắc PROGRAM được đặt ở: 51÷54, 58 và 61÷, 68).

- Khi sử dụng điều khiển FUZZY, điện áp ra không liên quan đến núm điều chỉnh điện áp vì máy tự động điều chỉnh chế độ hàn thích hợp một cách tự động. Nếu muốn thay đổi điện áp đầu ra, thì bật công tắc ở vị trí "ONE - KNOB" hoặc "SEPARATE".

Khi dòng điện đặt thấp hơn giá trị ở bảng 1.5 trong chế độ hàn không xung, điều khiển "FUZZY" không làm việc và chế độ đặt sẵn trong máy sẽ cung cấp cho đầu ra. 

Điều khiển xung hồ quang

Trong quá trình hàn xung, xoay núm điều chỉnh trên bảng điều khiển sẽ điều khiển được dạng sóng xung.

Xoay núm về vị trí "HARD" sẽ tạo ra xung hồ quang nhỏ tập trung và độ ngấu sâu. Xoay núm về vị trí "SOFT" sẽ tại ra các xung rộng và độ ngấu thu được sẽ nông.