Tại các quốc gia công nghiệp hóa với ngành sản xuất thiết bị tiên tiến, khoảng 50% tổng giá trị sản lượng đến từ các doanh nghiệp liên quan đến hàn. Để nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường, các nhà sản xuất ngày càng yêu cầu hiệu quả sản xuất cao hơn và chi phí sản phẩm thấp hơn. Để cải thiện hiệu quả hàn, nhiều phương pháp khác nhau được áp dụng, chẳng hạn như sử dụng các thông số hàn đặc biệt,hàn laiCó thể áp dụng phương pháp hàn nhiều dây hoặc nhiều hồ quang, và sử dụng các loại dây hàn cải tiến. Những quy trình hàn tiên tiến này đã cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất hàn, được ứng dụng rộng rãi và đóng góp quan trọng vào...Công nghệ hàn tiên tiến.

Bước sang thế kỷ 21, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ, hàn hiệu suất cao ngày càng nhận được sự quan tâm và trở thành xu hướng phát triển trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ hàn cả trong và ngoài nước. Trước đây, trong hàn hiệu suất cao, việc cải tiến vật liệu hàn là trọng tâm chính. Trong những năm gần đây, sự cải tiến của tự động hóa hàn đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ hàn hiệu suất cao, và hàn tốc độ cao hoặchàn tốc độ lắng đọng caođã trở thành hướng phát triển trong tương lai. Cái gọi là “công nghệ hàn hiệu quả cao” về cơ bản đề cập đến một tập hợp các công nghệ như hàn tốc độ cao, hàn tốc độ lắng đọng cao và hàn hiệu suất cao.

(1) Các phương pháp cải thiện hiệu quả hàn

Việc nâng cao hiệu quả sản xuất hàn bao gồm hai khía cạnh: một là hàn tốc độ lắng đọng cao nhằm tăng tốc độ nóng chảy của vật liệu hàn, đòi hỏi phải nóng chảy nhiều vật liệu hàn hơn trên mỗi đơn vị thời gian, chủ yếu được sử dụng để hàn tấm dày, với tốc độ lắng đọng lên đến 30 kg/h; khía cạnh còn lại là hàn tốc độ cao nhằm tăng tốc độ hàn, điểm xuất phát cơ bản là tăng dòng điện hàn đồng thời tăng tốc độ hàn để duy trì lượng nhiệt hàn gần như không đổi, chủ yếu được sử dụng để hàn tấm mỏng, với tốc độ hàn nhanh hơn khoảng 3-8 lần so với hàn bảo vệ bằng khí CO₂ thông thường.

Dựa trên tình hình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng sản xuất hiện tại, có những phương pháp sau đây để nâng cao hiệu quả sản xuất hàn:

• Nâng cao tốc độ nóng chảy dây tối đa thông qua các sự kết hợp khác nhau của khí bảo vệ để tăng tốc độ lắng đọng vật liệu hàn.
• Sử dụng các nguồn nhiệt kết hợp để nâng cao hiệu quả hàn, chẳng hạn như hàn kết hợp laser-hồ quang, hàn kết hợp laser-hồ quang plasma, v.v.
• Áp dụng phương pháp cấp dây đa lớp hoặc cấp dây nóng để nâng cao hiệu quả sản xuất hàn, chẳng hạn như hàn khí bảo vệ bằng dây đôi (hoặc nhiều dây), hàn hồ quang chìm nhiều dây, hàn khí bảo vệ bằng dây nóng, v.v.
• Tận dụng các đặc tính hóa học độc đáo của các nguyên tố hoạt tính để tăng cường khả năng xuyên thấu của hồ quang, giảm kích thước mặt cắt ngang mối hàn và cải thiện hiệu quả hàn, chẳng hạn như hàn TIG A, quy trình hàn Laser A, v.v.
• Giảm kích thước rãnh để giảm diện tích mặt cắt ngang của mối hàn và giảm lượng kim loại được đắp vào, chẳng hạn như trong hàn khe hẹp.
• Áp dụng các dạng sóng đầu ra đặc biệt của nguồn điện hàn để tăng tốc độ hàn.

Hiện nay, định nghĩa quốc tế vềhàn khí hoạt tính kim loại (MAG) hiệu suất cao(Xem DVS-No.0909-1): Đối với dây có đường kính 1,2mm, hàn MAG với tốc độ cấp dây vượt quá 15m/phút hoặc tốc độ lắng đọng lớn hơn 8kg/giờ được gọi là hàn MAG hiệu suất cao. Hiệu suất lắng đọng của một số phương pháp hàn MAG hiệu suất cao có thể đạt tới 20kg/giờ.

(2) Vật liệu hàn MAG hiệu suất cao

Hiện nay, trong số các biện pháp cải thiện hiệu suất lắng đọng của hàn MAG, biện pháp được sử dụng rộng rãi nhất là thay thế dây hàn đặc bằng dây hàn lõi thuốc. Sử dụng dây hàn lõi kim loại chứa bột sắt có thể tăng hiệu suất lắng đọng lên hơn 50% so với dây hàn đặc. Ngoài ra, điều chỉnh thành phần khí bảo vệ cũng có thể cải thiện đáng kể hiệu suất lắng đọng của dây hàn.

• Dây hàn đặc thích hợp cho đường kính từ 1,0-1,2mm. Dây quá mỏng khó thích ứng với việc cấp dây tốc độ cao do độ cứng không đủ; trong khi dây có đường kính lớn hơn 1,2mm khó tạo ra sự truyền hồ quang quay ổn định ngay cả dưới dòng điện cao.
• Dây hàn lõi thuốc có thể có đường kính từ 1,2 đến 1,6mm. Cả dây hàn lõi kim loại và dây hàn lõi thuốc tạo xỉ đều có thể đạt được hiệu suất hàn MAG cao với các thông số hàn lớn. Đặc biệt đối với dây hàn lõi kim loại, do tỷ lệ điền đầy bột kim loại cao (lên đến 45%), khi sử dụng dây hàn lõi kim loại đường kính 1,6mm với các thông số hàn là dòng điện 380A và điện áp 38V, tốc độ nóng chảy của dây có thể đạt 9,6kg/h.

Quá trình truyền giọt của dây hàn lõi kim loại tương tự như dây hàn đặc. Dây hàn lõi thuốc có thể được hàn theo kiểu truyền phun thông thường và truyền ngắn mạch tốc độ cao, nhưng không thể tạo ra truyền hồ quang quay. Tốc độ cấp dây tối đa của dây hàn lõi thuốc rutile có thể đạt 30m/phút, và giới hạn trên của tốc độ cấp dây của dây hàn lõi thuốc cơ bản là khoảng 45m/phút, với tốc độ nóng chảy dây lên đến 20kg/giờ.

(3) Các loại chuyển giọt trong hàn MAG hiệu suất cao

Trong phương pháp hàn MAG thông thường, khi dòng điện hàn tăng lên, hình thức truyền giọt thay đổi từ truyền ngắn mạch, truyền hình cầu sang truyền dạng phun. Trên cơ sở đảm bảo hình thành mối hàn tốt, dòng điện giới hạn cho truyền giọt dạng phun là khoảng 400A.

Trong hàn MAG tốc độ lắng đọng cao, bằng cách tận dụng toàn diện các đặc tính vật lý của khí bảo vệ đa thành phần và tăng cường độ kéo dài dây hàn một cách thích hợp, tốc độ nóng chảy của dây hàn có thể được tăng lên đáng kể trong phạm vi dòng điện và điện áp cao của hàn MAG phi truyền thống, đồng thời, hình thái truyền giọt cũng trải qua những thay đổi cơ bản. Các dạng cơ bản của nó là: truyền phun thông thường, truyền ngắn mạch tốc độ cao, truyền phun xoay và truyền phun tốc độ cao.

• Hồ quang truyền phun thông thườngTrong lĩnh vựchàn tốc độ caoTốc độ cấp dây của phương pháp hàn hồ quang phun nằm trong khoảng 15-20m/phút.
• Hồ quang chuyển mạch ngắn mạch tốc độ caoHồ quang chuyển mạch ngắn tốc độ cao được tạo ra bằng cách giảm điện áp hàn và tăng độ giãn khô trong phạm vi tốc độ cấp dây từ 15-20m/phút. Do tăng độ giãn khô lên 40mm, đầu dây mềm ra và bắt đầu quay, lệch trục dây khoảng 1-2mm. Đầu dây quay tạo ra sự chuyển mạch ngắn định kỳ ở cả hai phía của mối hàn.
• Cung truyền phun xoayHồ quang xoay được tạo ra khi đầu dây bị mềm đi do dòng điện cao và bị lệch hướng bởi lực hồ quang. Đối với dây có đường kính 1-2mm, tốc độ cấp dây cần đạt 25m/phút trở lên, và dòng điện hàn tối thiểu tương đương khoảng 450A. Độ lệch tổng cộng của đầu tự do của dây so với trục dây là vài milimét, có thể quan sát được bằng mắt thường trong quá trình hàn.
• Hồ quang truyền phun tốc độ caoĐặc điểm của phương pháp này là sự truyền dẫn giọt chất lỏng theo trục, với tốc độ cấp dây vượt quá 20m/phút, và kích thước giọt xấp xỉ bằng đường kính dây. So với phương pháp truyền dẫn giọt từng giọt một trong hồ quang, phương pháp này cho hiệu quả tốt nhất. Quá trình tách giọt lặp lại theo cùng một cách, và chùm tia plasma hẹp, tập trung và sáng là đặc điểm của hồ quang truyền dẫn phun tốc độ cao. Khi đầu dây đã mềm đi xuống, chiều dài hồ quang giảm và cột hồ quang plasma mở rộng, sau đó một cầu chất lỏng được hình thành giữa giọt chất lỏng nóng chảy và đầu dây. Cầu chất lỏng liên tục bị nén dưới tác dụng của lực co điện từ, làm cho hồ quang rộng hơn. Khi cầu giữa đầu dây và giọt chất lỏng trở nên đủ nhỏ, plasma được hình thành xung quanh cầu. Tại thời điểm cầu bị đứt, hồ quang truyền dẫn phun tốc độ cao bùng cháy trở lại, tạo thành một tia plasma hẹp và tập trung. Đối với hồ quang truyền dẫn phun tốc độ cao, do hình dạng xuyên sâu nhưng hẹp, chân mối hàn không thể được lấp đầy hoàn toàn bằng kim loại nóng chảy.