Hàn TIG là gì
Hàn khí trơ vonfram (TIG), còn được gọi là hàn hồ quang khí vonfram (GTAW), sử dụng điện cực vonfram không tiêu hao và khí bảo vệ trơ. - Hàn TIG cho phép nối các vật thể mà không cần sử dụng vật liệu độn, mang lại mối hàn gọn gàng hơn và không bị bắn tóe.
Trong quá trình hàn TIG, hồ quang được hình thành giữa điện cực vonfram nhọn và phôi trong môi trường trơ của argon hoặc helium. Hồ quang cường độ nhỏ được cung cấp bởi điện cực nhọn là lý tưởng để hàn chính xác và chất lượng cao. Do điện cực không bị tiêu hao trong quá trình hàn nên máy hàn TIG không phải cân bằng nhiệt lượng đầu vào từ hồ quang khi kim loại lắng đọng từ điện cực nóng chảy. Khi cần kim loại phụ, nó phải được thêm riêng vào bể hàn.
Nguồn điện
Hàn TIG phải được vận hành với nguồn điện có dòng điện không đổi, không đổi - DC hoặc AC. Nguồn điện không đổi là điều cần thiết để tránh dòng điện quá cao được tạo ra khi điện cực bị đoản mạch trên bề mặt phôi. Điều này có thể xảy ra một cách cố ý trong quá trình khởi động hồ quang hoặc vô tình trong quá trình hàn. Nếu, như trong hàn MIG, sử dụng nguồn điện đặc tính phẳng thì bất kỳ tiếp xúc nào với bề mặt phôi sẽ làm hỏng đầu điện cực hoặc làm nóng chảy điện cực với bề mặt phôi. Ở DC, do nhiệt hồ quang được phân bổ khoảng 1/3 ở cực âm (âm) và 2/3 ở cực dương (dương) nên điện cực luôn có cực âm để tránh quá nhiệt và nóng chảy. Tuy nhiên, cách kết nối nguồn điện thay thế cực dương của điện cực DC có ưu điểm là khi đặt cực âm vào phôi, bề mặt được làm sạch khỏi ô nhiễm oxit. Vì lý do này, AC được sử dụng khi hàn các vật liệu có màng oxit bề mặt bền, chẳng hạn như nhôm.
Bắt đầu vòng cung
Hồ quang hàn có thể được bắt đầu bằng cách làm xước bề mặt, tạo thành hiện tượng đoản mạch. Chỉ khi bị ngắn mạch thì dòng điện hàn chính mới chạy qua. Tuy nhiên, có nguy cơ điện cực có thể dính vào bề mặt và gây ra vết vonfram trong mối hàn. Rủi ro này có thể được giảm thiểu bằng cách sử dụng kỹ thuật 'hồ quang nâng' trong đó đoản mạch được hình thành ở mức dòng điện rất thấp. Cách phổ biến nhất để bắt đầu hồ quang TIG là sử dụng HF (Tần số cao). HF bao gồm các tia lửa điện áp cao vài nghìn vôn tồn tại trong vài micro giây. Các tia lửa HF sẽ làm cho khe hở điện cực- phôi bị phá vỡ hoặc bị ion hóa. Khi đám mây electron/ion được hình thành, dòng điện có thể chạy từ nguồn điện.
Lưu ý: Vì HF tạo ra phát xạ điện từ (EM) cao bất thường nên thợ hàn cần lưu ý rằng việc sử dụng nó có thể gây nhiễu, đặc biệt là trong các thiết bị điện tử. Vì phát xạ EM có thể lan truyền trong không khí, như sóng vô tuyến hoặc truyền dọc theo dây cáp điện, nên phải cẩn thận để tránh gây nhiễu cho các hệ thống điều khiển và thiết bị ở khu vực lân cận hàn.
HF cũng rất quan trọng trong việc ổn định hồ quang AC; trong AC, cực tính của điện cực bị đảo ngược với tần số khoảng 50 lần mỗi giây, làm cho hồ quang bị dập tắt ở mỗi lần thay đổi cực. Để đảm bảo rằng hồ quang được đốt lại sau mỗi lần đảo cực, các tia lửa HF được tạo ra dọc theo khe hở điện cực/phôi để trùng với thời điểm bắt đầu của mỗi nửa chu kỳ.
Điện cực
Các điện cực dùng cho hàn DC thường là vonfram nguyên chất với 1 đến 4% thoria để cải thiện khả năng đánh lửa hồ quang. Các chất phụ gia thay thế là oxit lanthanum và oxit xeri được khẳng định là mang lại hiệu suất vượt trội (khởi động hồ quang và tiêu thụ điện cực thấp hơn). Điều quan trọng là phải chọn đường kính điện cực và góc đầu điện cực phù hợp với mức dòng điện hàn. Theo nguyên tắc, dòng điện càng thấp thì đường kính điện cực và góc đầu càng nhỏ. Trong hàn AC, vì điện cực sẽ hoạt động ở nhiệt độ cao hơn nhiều, vonfram có bổ sung zirconia được sử dụng để giảm xói mòn điện cực. Cần lưu ý rằng do lượng nhiệt sinh ra ở điện cực lớn nên khó duy trì một đầu nhọn và phần cuối của điện cực có hình dạng hình cầu hoặc 'quả bóng'.
Khí bảo vệ
Khí bảo vệ được lựa chọn tùy theo vật liệu hàn. Các hướng dẫn sau đây có thể giúp ích:
Argon + 2 đến 5% H2 - việc bổ sung hydro vào argon sẽ tạo ra hơi khí, hỗ trợ tạo ra các mối hàn trông sạch hơn mà không bị oxy hóa bề mặt. Vì hồ quang nóng hơn và co lại hơn nên tốc độ hàn cao hơn. Nhược điểm bao gồm nguy cơ nứt hydro trong thép carbon và độ xốp kim loại hàn trong hợp kim nhôm.
Hỗn hợp helium và helium/argon - thêm helium vào argon sẽ làm tăng nhiệt độ của hồ quang. Điều này thúc đẩy tốc độ hàn cao hơn và sự thâm nhập mối hàn sâu hơn. Nhược điểm của việc sử dụng helium hoặc hỗn hợp helium/argon là chi phí khí cao và khó bắt đầu hồ quang.
Ứng dụng
Hàn TIG được ứng dụng trong mọi lĩnh vực công nghiệp nhưng đặc biệt phù hợp với hàn chất lượng cao. Trong hàn thủ công, hồ quang tương đối nhỏ là lý tưởng cho vật liệu tấm mỏng hoặc sự xuyên thấu có kiểm soát (trong quá trình hàn gốc của mối hàn ống). Bởi vì tốc độ lắng đọng có thể khá thấp (sử dụng que hàn riêng) MMA hoặc MIG có thể thích hợp hơn cho vật liệu dày hơn và cho các đường hàn trong các mối hàn ống có thành dày.
Hàn TIG cũng được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống cơ giới hóa tự động hoặc bằng dây phụ. Tuy nhiên, hiện có sẵn một số hệ thống 'ngoài giá' để hàn đường ống theo quỹ đạo, được sử dụng trong sản xuất nhà máy hóa chất hoặc nồi hơi. Hệ thống không yêu cầu kỹ năng thao tác nhưng người vận hành phải được đào tạo bài bản. Bởi vì thợ hàn có ít quyền kiểm soát hơn đối với hoạt động của hồ quang và vũng hàn nên phải chú ý cẩn thận đến việc chuẩn bị cạnh (được gia công thay vì chuẩn bị bằng tay), khớp nối và kiểm soát các thông số hàn.
