Hàn dây lõi thuốc (FCAW) là một bước phát triển của phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ (GMAW). Là sự cải tiến quy trình hàn MIG/CO2, trong đó dây điện cực được thay bằng dây điện cực lõi trợ dung, nghĩa là dây hình trụ bên trong chứa chất trợ dung hàn thích hợp.
Chất trợ dung này về cơ bản có các chức năng tương tự lớp bọc thuốc trợ dung của điện cực hàn hồ quang kim loại bằng tay.
Nguyên lý hàn dây hàn có lõi thuốc trong khí bảo vệ
Vai trò của lõi thuốc
- Cung cấp khí bảo vệ thông qua các phản ứng hóa học, tuy nhiên vẫn có thể sử dụng khí bảo vệ bên ngoài để bảo đảm mối hàn tối ưu.
- Cung cấp chất khử oxy, ngăn chặn các phản ứng có hại
- Hình thành lớp xỉ mỏng bảo vệ các giọt kim loại và vũng chảy hàn, hoặc sinh ra các khí bảo vệ
- Cung cấp các chất ổn định hồ quang
- Bổ xung thêm các nguyên tố cần thiết cho quá trình luyện kim và cải thiện độ bền cơ tính kim loại hàn.
Khí bảo vệ
Hàn dây lõi thuốc có thể không cần dùng khí bảo vệ và đặc điểm này giúp hàn dây lõi thuốc được ưa chuộng và mang lại nhiều hiệu quả kinh tế. Song khi hàn đặc biệt trên thép HSLA và hàn trên thép hợp kim, việc dùng dây thuốc bảo vệ bằng khí (outter shielded) có ưu điểm về mặt luyện kim mối hàn và khả năng bảo vệ mối hàn tốt hơn, dây hàn có giá thành thấp hơn. Khi đó các thành phần thuốc hàn chỉ chứa các thành phần cải thiện tính chất cơ lý của mối hàn. Quá trình bảo vệ và ổn định hồ quang do khí bảo vệ ngoài đảm nhiệm.
Các khí bảo vệ thường dùng khi hàn dây lõi thuốc :
CO2 Thích hợp khi hàn thép carbon và thép hợp kim thấp. Khi hàm lượng carbon trong chi tiết hàn thấp hơn 0,05 % thì quá trình hàn làm tăng lượng carbon trong mối hàn có thể đến 0,10 %. Khi hàm lượng carbon trong kim loại nền cao thì quá trình hàn xảy ra hiện tượng thoát carbon làm ảnh hưởng đến độ cứng, tính thấm cũng như có thể gây ra các vết nứt.
ATAL 2 Là tên gọi hỗn hợp khí 82% Ar + 18% CO2. Với loại khí này chúng ta có thể hàn với kiểu chuyển dịch cầu giọt nhỏ, thích hợp khi hàn ở các vị trí nghịch. Ngoài ra cơ tính mối hàn còn được nâng cao do sự mất mát Mangan và Silic do quá trình khử Oxyt giảm.
CARGAL Là tên gọi hỗn hợp khí 98,5% Ar + 1,5 % O2. Loại khí này rất thích hợp khi hàn với chuyển dịch phun. Đặc biệt áp dùng khi hàn trên thép INOX HELOXAL: là tên gọi hỗn hợp khí 85% He + 15% O2 . Loại khí thích hợp khi hàn trên thép INOX với chuyển dịch phun. Nó có ưu điểm là loại trừ sự hình thành Carbide Chrome gây tác hại đến sự ăn mòn tinh giới ở vùng biên của mối hàn.
HELOXAL là tên gọi hỗn hợp khí 85% He + 15% O2. Loại khí thích hợp khi hàn trên thép inox với chuyển dịch phun. Nó có ưu điểm là loại trừ sự hình thành carbde chrome gây tác hại đến sự ăn mòn tinh giới ở vùng biên của mối hàn.
Thiết bị hàn FCA
So với hàn dây trần, thiết bị hàn dây thuốc có một chút khác biệt. Nguồn hàn (máy hàn) FCA cần có công suất lớn hơn vì hàn dây lõi thuốc có dòng điện hàn cao hơn.
Máy hàn cần có dòng hàn 400 – 500 A với chu kỳ tải là 100%. Đặc tính V-A với loại điện áp không đổi (CV – Constant Voltage). Đặc tính này cùng với thiết bị cấp dây tốc độ hằng sẽ giúp hồ quang duy trì ổn định hơn. Nhược điểm là dòng ngắn mạch lớn. Để khắc phục, các thiết bị hiện đại có lắp các board mạch điện tử để kiểm soát dòng ngắn mạch. Cần nhớ là đặc tính V-A của máy hàn càng cứng thì chế độ hàn dây lõi thuốc càng tốt, do giọt cầu chuyển dịch có kích thước nhỏ hơn, độ nhạy tự điều chỉnh cao hơn.
Súng hàn là loại có dòng định mức cao và thường làm nguội bằng nước. Mỏ phun và béc hàn được thiết kế đặc biệt để cho độ nhú lớn hơn và khả năng tiếp xúc điện tốt hơn.
Bộ cấp dây trong hàn dây lõi thuốc duy trì chiều dài hồ quang và dòng điện hàn rất quan trọng. Motor thiết bị cấp dây là loại tốc độ không đổi với độ chính xác tốc độ cao, tinh chỉnh tốt. Dây hàn thường có đường kính lớn, không chịu lực ép cao, do vậy bánh xe đầy dây cần phải bảo đảm chống trượt tốt thường là loại có khía rãnh ngang. Ống dẫn dây hàn (gain) bằng teflon thay vì ống xoắn thép để tránh xước dây.
Tóm lại, thiết bị hàn hàn dây lõi thuốc cũng là thiết bị hàn GMA song có yêu cầu cao hơn, chất lượng điều chỉnh tốt hơn.
Cấu trúc dây hàn FCA
Dây hàn là một ống rỗng có chứa thuốc bột bên trong. Cấu tạo tiết diện dây hàn lõi thuốc gồm nhiều dạng cấu hình khác nhau tùy giá thành và mục đích sử dụng. Dây hàn composite lõi dây có thể có các phần làm bằng kim loại khác nhau hoặc các phần chứa kim loại bột để phân tán các nguyên tố hợp kim, tạo cấu trúc matrix để tăng cường cơ tính.
Dây hàn lõi thuốc thường chế tạo với các cỡ dây 1,2 – 1,6 – 2,0 – 2,4 – 3,2 cỡ 1,4 cũng có song ít phổ biến. Đánh thành cuộn 15 – 25 Kg , không có lớp đồng hoặc nikel bảo vệ chống gỉ.