Mặc dù việc lựa chọn quy trình hàn là rất quan trọng nhưng ngay cả những kỹ thuật lành nghề nhất cũng không thể bù đắp cho nguồn điện không phù hợp. Bài viết này làm sáng tỏ các nguồn năng lượng hàn để giúp các chuyên gia kết hợp thiết bị với các quy trình hàn cụ thể để có kết quả tối ưu.

Việc lựa chọn quy trình hàn chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm mối hàn, loại vật liệu, hình dạng và độ dày cũng như thiết kế mối hàn. Yêu cầu sản xuất—bao gồm tốc độ và chất lượng hàn—cũng phải được xem xét. Chỉ sau khi thiết lập quá trình hàn mới nên lựa chọn nguồn điện và thiết bị phụ trợ. Quá trình hàn vẫn là yếu tố chính trong việc lựa chọn nguồn điện.

Hướng dẫn này tập trung vào việc lựa chọn nguồn điện cho các công nghệ hàn đã phát triển trong thập kỷ qua. Từng được coi là chuyên biệt hoặc chỉ giới hạn ở sản xuất hàng loạt, những phương pháp này hiện xuất hiện trên hầu hết mọi lĩnh vực chế tạo kim loại. Việc sản xuất ngày càng tăng các kim loại khó hàn trước đây, cùng với lợi thế về kinh tế và chất lượng của các quy trình tiên tiến, đã khiến những công nghệ này có thể tiếp cận được ngay cả với các cửa hàng chế tạo kim loại quy mô nhỏ.

Các quy trình này đòi hỏi các yêu cầu về năng lượng và điều khiển phức tạp hơn so với hàn hồ quang kim loại được che chắn thông thường (SMAW). Vì hầu hết các nhà luyện kim và kỹ sư hàn không phải là chuyên gia về điện nên việc lựa chọn nguồn điện thích hợp có thể là một thách thức. Việc kiểm tra các yêu cầu về năng lượng đối với quy trình hàn sản xuất nhằm mục đích làm rõ những cân nhắc kỹ thuật này.

Hai loại nguồn điện cơ bản chiếm ưu thế trong các ứng dụng hàn: hệ thống dòng điện không đổi (CC) và điện áp không đổi (CV), mỗi loại phù hợp với các quy trình và ứng dụng cụ thể.

• Nguồn điện dòng không đổi (CC):Thường được gọi là máy "rụt" do điện áp giảm khi dòng điện hàn tăng, tạo ra đường cong đầu ra vôn-ampe đặc trưng.
  • Khi được cấp nguồn nhưng không tạo hồ quang (không có dòng điện), chúng duy trì điện áp mạch hở tương đối cao, thường là 70-80 volt. Hàn thường xảy ra ở phần dốc hơn của đường cong, lý tưởng cho hàn điện cực thủ công.
  • Điện áp hồ quang phụ thuộc vào chiều dài vật lý giữa điện cực và phôi – không thể duy trì hoàn toàn không đổi khi hàn thủ công. Tuy nhiên, vì dòng điện xác định tốc độ nóng chảy của kim loại phụ nên dòng điện ổn định đảm bảo sự nóng chảy ổn định.
  • Các biến thể tồn tại dựa trên nguồn điện đầu vào (một pha hoặc ba pha), đầu ra (AC, DC hoặc AC/DC) và loại điều khiển đầu ra (cơ hoặc điện).
• Nguồn điện có điện áp không đổi (CV):Dòng điện có thể dao động từ mức 0 đến mức ngắn mạch cực cao ở bất kỳ cài đặt điện áp nào. Được thiết kế đặc biệt để hàn hồ quang kim loại khí (GMAW), những máy này thường không phù hợp để hàn hồ quang kim loại được che chắn.
  • Không có máy hàn nào cung cấp điện áp thực sự không đổi—các thiết bị thực tế cho thấy mức giảm ít nhất 1 volt trên mỗi đầu ra 100 amps. Dòng điện ngắn mạch có thể đạt tới hàng nghìn ampe.
  • Máy CV thường có điện áp mạch hở thấp hơn (tối đa 50 volt) so với máy CC (80 volt). Người vận hành đặt điện áp mạch hở thay vì dòng điện, với phạm vi thông thường từ 10 đến 48 volt.
  • Dòng hàn tự điều chỉnh trong quá trình đoản mạch để duy trì chiều dài hồ quang ở điện áp cài đặt, với tốc độ cấp điện cực xác định cường độ dòng điện.

Tất cả các máy hàn đều có định mức chu kỳ làm việc—một thông số kỹ thuật thường bị hiểu nhầm nhưng rất quan trọng. Dựa trên khoảng thời gian mười phút, định mức chu kỳ làm việc 100% có nghĩa là nguồn điện có thể hoạt động liên tục ở mức hoặc thấp hơn dòng định mức của nó. Chu kỳ hoạt động 60% không biểu thị hoạt động vô thời hạn ở mức 60% công suất mà là sáu phút hoạt động ở dòng điện và điện áp định mức trong mỗi chu kỳ mười phút, yêu cầu bốn phút thời gian làm mát không tải. Máy có chu kỳ làm việc dưới 100% có thể hoạt động liên tục bằng cách giảm dòng điện đầu ra.

Các quy trình hàn tiên tiến chính và yêu cầu về năng lượng của chúng bao gồm:

• Hàn hồ quang vonfram khí (GTAW/TIG):Mặc dù không phải là mới, hàn TIG xứng đáng được đưa vào danh sách hiệu quả của nó với các vật liệu khó khăn—bao gồm thép không gỉ, nhôm, magie, đồng, đồng berili, Hastelloy, Inconel, Invar và Kovar—đặc biệt ở các mặt cắt mỏng.
  • TIG yêu cầu các nguồn điện tương tự như SMAW—những nguồn có đường cong volt-ampe dốc xuống. Tuy nhiên, những cân nhắc về quy trình cụ thể khiến máy chuyên dụng được ưu tiên hơn.
  • Các nguồn điện AC tiêu chuẩn không được thiết kế cho TIG yêu cầu giảm công suất cho dịch vụ AC TIG do chỉnh lưu một phần tạo ra các thành phần DC có thể làm máy biến áp quá nóng. Các thách thức bổ sung dành riêng cho TIG bao gồm bắt đầu hồ quang, độ ổn định và điều khiển biến đổi chính xác cho công việc tinh tế.
• Hàn hồ quang kim loại khí (GMAW/MIG):Quá trình cấp dây liên tục của GMAW đã thay thế khí trơ vonfram (TIG) và SMAW trong nhiều ứng dụng, chủ yếu nhờ tốc độ—thường nhanh hơn nhiều lần so với các quy trình thay thế.
  • Các ưu điểm khác bao gồm các mối hàn sạch hơn (giảm sự hình thành oxit từ khí bảo vệ), giảm thiểu lãng phí điện cực, đặc tính luyện kim vượt trội và vận hành đơn giản, cải thiện tính nhất quán về chất lượng đồng thời giảm các biến động của con người.
• Hàn điểm hồ quang:Đạt được sự phổ biến nhờ khả năng hàn điểm một mặt và sản xuất nhanh chóng, lặp lại các mối hàn nhiều điểm.
  • Được thực hiện thông qua quy trình TIG hoặc GMAW. Hàn điểm TIG sử dụng nguồn điện TIG tiêu chuẩn nhưng yêu cầu súng hàn điểm chuyên dụng và bộ điều khiển, thường là nung chảy các vật liệu cơ bản mà không cần dây phụ—thường dùng cho thép cán nguội và thép không gỉ.
  • Hàn điểm GMAW sử dụng dòng điện cao (500-750 amps) với dây có đường kính nhỏ hơn, đòi hỏi máy có điện áp cao hơn, bộ cấp dây và bộ điều khiển chuyên dụng.
• Hàn hồ quang plasma:Một phần mở rộng của công nghệ cắt plasma, có những điểm tương đồng với TIG nhưng mang lại lợi thế hơn so với hàn chùm tia điện tử, laser và hàn siêu âm về những hạn chế và chi phí ban đầu.
  • Giống như TIG, hàn plasma thường nung chảy các vật liệu (mặc dù có thể sử dụng dây phụ lạnh). Các điện cực vonfram làm mát bằng nước chịu được nhiệt độ khắc nghiệt từ ngọn lửa plasma tập trung có khả năng xuyên sâu và hẹp.