Sao Nam Tronics

Phân tích các kiểu kết nối phân cực nguồn hàn

1. Giới thiệu

Có rất nhiều người không biết rằng trong cách kết nối dây điện cực hàn và dây kẹp mass vào máy hàn gồm có hai cách khác nhau.

Có rất nhiều người quan niệm rất sai lầm rằng dây kẹp mass là kết nối với nguồn mass của máy hàn.

Có rất nhiều máy hàn trên thị trường bên ngoài máy có ký hiệu nơi kết nối điện cực và nơi kết nối dây mass khiến rất nhiều người hiểu nhầm đó là sự mặc định, mọi thứ cứ nhất thiết phải là như vậy.

Và có rất nhiều máy có các cổng kết nối linh động (kết nối thông qua jack đực và jack cái một cách rất mau lẹ) là mục đích linh động kết nối dòng điện hàn thuận hay nghịch mà rất nhiều người dùng không để ý đến, kéo theo chất lượng hàn thấp, còn gây một sự lãng phí không nhỏ tiện ích khai thác tài nguyên trong cộng đồng. Đó là vấn đề chất lượng, điều mà rất nhiều người Việt Nam chúng ta hình như rất thiếu sự quan tâm, bằng chứng là hầu như chưa có một tài liệu của người Việt mình phân tích đầy đủ vấn đề này.

Lựa chọn kiểu kết nối điện cực với nguồn hàn với cách phân cực chính xác có ảnh hưởng thực sự lên sức mạnh và chất lượng mối hàn của bạn - vì vậy hãy đọc và đảm bảo bạn nhận biết sự khác biệt của hai phương pháp phân cực thuận và phân cực ngược trong ứng dụng hàn.

Một thợ hàn nên biết ý nghĩa của phân cực, và nhận ra nó có tác dụng gì đối với quá trình hàn. Để có sự xâm nhập thích hợp, bề ngoài hạt đồng đều và kết quả hàn tốt, phải sử dụng cực đúng khi hàn với bất kỳ điện cực kim loại nào. Độ phân cực không chính xác sẽ gây ra sự thâm nhập kém, hình dạng hạt không đều, bắn tung tóe quá mức, khó kiểm soát vòng cung, quá nóng và đốt nhanh điện cực.

Hình 1 - Hai kiểu kết nối điện cực – cáp hàn.

Hình 2 - Hình ảnh cho thấy với DCEP, hồ quang bắn tung tóe.

Phần lớn máy hàn có ký hiệu kết nối cáp, điện cực bên ngoài máy với mặc định DCEN. Hình 2 cho thấy chất lượng mối hàn trên bề mặt không tốt, tuy nhiên, kiểu phân cực ngược điện cực dương (DCEP) dẫn đến sự thâm nhập sâu hơn, nhưng thực sự ít ai để ý đến điều này.  
Với phân cực thuận, điện cực nối cực âm nguồn điện nguồn điện (DCEN) dẫn đến sự tan chảy nhanh hơn của điện cực và do đó, tốc độ lắng đọng nhanh hơn. Thật không may, chúng ta có không nhiều thông tin nghiên cứu sâu về nó.

2. Các phương pháp kết nối nguồn hàn ARC

Nguồn hàn có hai dạng cơ bản là AC và DC. Trong hàn DC, dòng điện chỉ chạy theo một hướng, nơi tiếp nhận dòng electron mật độ cao với gia tốc lớn, vì vậy mà nhiệt độ arc hầu hết tập trung tại đây, sự biến đổi vật chất vì vậy sẽ có sự khác biệt lớn khi thay đổi hướng đi của dòng điện. Với hàn AC, nguồn điện có cực tính thay đổi liên tục trong mỗi chu kỳ. Ví dụ một nguồn hàn AC tần số 50 Hz, trong mỗi giây, mỗi điện cực có 50 lần âm và 50 lần dương, điều này có nghĩa thiết bị thay đổi kết nối luân phiên DCEN và DCEP 50 lần mỗi giây. Ngày nay, một số thiết bị hàn AC được thiết kế bên cạnh thay đổi tần số, người ta còn thay đổi thời gian của hai chu kỳ này, ví dụ điện cực dương có 70% thời gian là âm và 30% là dương.

2.1: Phân cực thuận (DCEN)
Thuật ngữ DCEN là viết tắt của Direct Current Electrode Negative (hoặc DCSP: Direct Current Straight Polarity) là kiểu kết nối điện cực với nguồn âm và kim loại cơ bản được kết nối (dây mass) với nguồn dương bên trong máy hàn. Điện cực hàn đóng vai trò là thiết bị đầu cuối âm. Do đó, electron bức phá ra khỏi điện cực đi về nguồn dương là tấm kim loại tạo thành dòng điện là tác nhân gây hồ quang.

Ở đây, electron được giải phóng ra khỏi điện cực được gia tốc bởi tiềm năng được đánh giá bởi giá trị điện áp cuối cùng tấn công bề mặt tấm kim loại. Càng đi gần đến cực dương, động năng của các electron càng lớn, sự va đập của các electron trên đường đi tạo thành tia sáng và động năng được chuyển hóa thành nhiệt năng. Sự tăng trưởng của động năng hạt electron này kết thúc tại tấm kim loại cơ bản, chính điều này sinh ra nhiệt năng của dòng hồ quang được tập trung phần lớn tại bề mặt kim loại cơ bản. Có thể xem 2/3 tổng nhiệt hồ quang được tập trung ở tấm kim loại, còn lại 1/3 phân bố ở điện cực. Điều này dẫn đến sự tan chảy nhanh chóng của kim loại cơ bản và vật liệu bù nhưng tỷ lệ lắng đọng thấp.

Từ những phân tích trên, chúng ta dễ dàng nhận thấy chế độ phân cực thuận thích hợp cho các ứng dụng hàn những loại hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao như thép không gỉ, titan .v.v.. , thích hợp để hàn những tấm kim loại dày đòi hỏi một nhiệt độ cao tạo nhiệt hạch, thích hợp với một số điện cực ( theo loại điện cực, lớp phủ điện cực).

Nhược điểm của phương pháp phân cực thuận, người ta có thể chỉ ra một số vấn đề lớn như sau:

1. So với phân cực ngược, nó không có hành động làm sạch bề mặt kim loại.
2. Do tốc độ đầu vào của nhiệt cao, nó dễ sinh ra biến dạng nếu không thực hiện các biện pháp chống biến dạng hàn như sử dụng kẹp cố định. Bên cạnh đó, nó làm tăng diện tích vùng chịu nhiệt, hình thành quá trình luyện kim làm thay đổi tính chất lý, hóa của vùng có thể theo chiều hướng xấu.
3. Hành động cắt với những tấm kim loại mỏng — Đối với các tấm kim loại mỏng, phân cực thuận không nên sử dụng bởi có thể thay vì hàn, nó trở thành cắt tấm kim loại.
4. Không thích hợp khi hàn những kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp.
5. Tỷ lệ lắng đọng kim loại thấp.

. 2.2: Phân cực ngược (DCEP)

Thuật ngữ DCEP là viết tắt của Direct Current Electrode Positive, (hay DCRP: Direct Current Revese Polavity)

Phân cực ngược là kết nối điện cực với cực dương và tấm kim loại được kẹp vào nguồn âm trong máy hàn. Do đó, tấm đế là thiết bị đầu cuối âm, electron phát ra di chuyển về điện cực tạo thành dòng plasma. Quá trình hình thành nhiệt cũng như phân bố vùng nhiệt của hồ quang cũng hệt như đã vừa nêu, chỉ khác là cần phải chú ý 2/3 tổng nhiệt hồ quang phân bố ở điện cực và chỉ có 1/3 phân bố ở tấm kim loại, có nghĩa mọi thứ diễn ra ngược với phân cực thuận.

Những ưu điểm của phương pháp phân cực ngược bao gồm:

1. Hành động làm sạch vòng cung tốt hơn — Khi các electron giải phóng khỏi tấm đế, nó loại bỏ lớp bụi bẩn, lớp phủ hoặc lớp oxit hiện diện trên bề mặt làm việc và hành động này được gọi là làm sạch bởi hồ quang. Độ phân cực DCEP cung cấp hành động làm sạch vòng cung tuyệt vời và do đó làm giảm cơ hội của các khuyết tật bao gồm.
2. Tốc độ lắng đọng thể tích cao — Do nhiệt độ cao hơn được tạo ra gần đầu điện cực nên tốc độ lắng đọng kim loại phụ tăng lên nếu điện cực là loại tiêu hao điều này là có lợi. Đối với các điện cực không tiêu hao (TIG), tốc độ lắng đọng thể tích có thể được kiểm soát theo yêu cầu.
3. Được ưu tiên cho việc hàn tấm mỏng - Do sự tạo nhiệt tương đối thấp hơn ở kim loại cơ bản, các khuyết tật khác nhau xảy ra khi nối các tấm mỏng có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng phân cực ngược. Các khuyết tật này bao gồm méo mó, cắt lớp, căng thẳng bề mặt, cắt hoàn toàn, v.v.
4. Thích hợp cho việc hàn kim loại có điểm nóng chảy thấp hơn - Hàn đồng, nhôm, vv đòi hỏi ít nhiệt hơn cho sự hợp nhất thích hợp của các tấm đế vì điểm nóng chảy của chúng tương đối thấp hơn. Trong những trường hợp như vậy, DCEP là lựa chọn tốt hơn; tuy nhiên, cần xem xét các yếu tố khác.

Những nhược điểm chính của phương pháp phân cực ngược:

1. Đối với điện cực không tiêu hao (TIG), thật sự là nó bị tiêu hao rất nhanh khi áp dụng phân cực này.
2. Không đủ nóng chảy và thiếu sự thâm nhập — Mức độ phát nhiệt thấp hơn DCEN tại tấm đế có thể dẫn đến các khuyết tật khác nhau, chẳng hạn như không đủ nóng chảy, thiếu sự xâm nhập, v.v.
3. Không thích hợp cho các kim loại dày hoặc có điểm nóng chảy cao - Thép không gỉ, titan, vv đòi hỏi đầu vào nhiệt cao để hợp nhất thích hợp và do đó DCEP không thích hợp để hàn các kim loại đó.

Dưới đây là một sự so sánh các đặc tính của hai phương pháp kết nối đầu cuối DCEN và DCEP

3. Sự khác nhau của hai phương pháp phận cực thuận và phân cực nghịch  

 4. Ký hiệu trên máy hàn gây sự hiểu nhầm

Đa số các máy hàn có quy ước kiểu lắp điện cực, dây mass theo phân cực thuận, tuy rằng không phải hầu hết nó sẽ phù hợp cho mọi quy trình hàn. Đây là điều khiến không ít người bị hiểu nhầm.

5. Phần kết luận

Nhìn chung, mỗi kiểu kết nối đều có những ưu và nhược điểm riêng biệt của nó. Tùy theo các đặc điểm chính bao gồm cấu tạo của điện cực hàn, vật liệu dày mỏng, nhiệt độ nóng chảy, theo mức độ nhiễm bẩn của bề mặt vật liệu, yêu cầu thẩm thấu nông hay sâu của quá trình hàn, yêu cầu chống sự biến dạng mà người thợ hàn tiến hành các kết nối chuẩn phù hợp, chứ không phải hoàn toàn tuân theo quy ước kết nối của nhà sản xuất.

Tải tài liệu PDF chi tiết hơn về phân tích này 

SAONAM TECHNOLOGY EQUIPMENT JSC

07 Road No. 5 KDC Hiep Thanh 3, Hiep Thanh Ward, TDM City, Binh Duong

Tax: 3702305833       Hotline: 0983.872877

Electrical industry - Automation - Welding Equipment – Powder Coating

W: www.saonam.pro.vn  l  www.bestcoating.vn  l  E: sn@saonam.pro.vn