Tổng quan về dây hàn lõi thuốc

Trong khi hàn dây đặc truyền thống hoặc hàn dưới lớp thuốc (SMAW) luôn có chỗ trong công nghiệp hàn, sự tiến bộ không ngừng trong công nghệ hàn dây lõi thuốc làm cho công nghệ này ngày càng được ứng dụng rộng rãi bởi những ưu thế riêng có. Dây hàn lõi thuốc cung cấp tỷ lệ đắp cao hơn các vật liệu và quy trình khác mà không phát triển gia nhiệt điện trở quá mức, ngay cả với đường kính dây tương đối nhỏ.

Dây lõi thuốc bao gồm lớp vỏ kim loại dạng ống với lõi thuốc bột và/hoặc các thành phần hợp kim. Những thành phần này có thể bao gồm các nguyên tố, các chất khử ôxít và chất khử nitơ, và các vật liệu hợp kim cũng như các nguyên tố làm tăng độ cứng và độ bền, tăng khả năng chống mòn và các thành phần giúp hồ quang ổn định. Các vật liệu lõi tiêu biểu có thể bao gồm nhôm, canci, carbon, crôm, mangan, và các vật liệu khác. Trong khi dây hàn lõi thuốc ngày càng được sử dụng rộng rãi, các sản phẩm lõi kim loại có tác dụng điều chỉnh thành phần kim loại đắp khi hàn thép hợp kim. Bột trong dây lõi kim loại thường là kim loại và bột hợp kim, chỉ sản sinh ra một lượng nhỏ xỉ trên bề mặt mối hàn. Ngược lại, dây hàn lõi trợ dung tạo nên lớp xỉ rộng bao phủ trong khi hàn, giúp hình thành mối hàn đẹp.

Hàn hồ quang dây lõi thuốc 
Thuốc hàn chứa trong dây lõi thuốc sinh khí bảo vệ và tạo xỉ cho quy trình hàn dây lõi thuốc (FCAW). Khí bảo vệ bổ sung có thể cấp thêm từ nguồn khí bên ngoài, trong trường hợp đó gọi là quy trình hàn dây lõi thuốc trong khí bảo vệ (FCAW-GS). Nếu không dùng khí ngoài thì gọi là quy trình hàn dây lõi thuốc tự bảo vệ (FCAW-SS). Thành phần điện cực và thuốc hàn tạo nên các ứng dụng đặc biệt.

Dây hàn lõi thuốc tự bảo vệ
Với hàn dây lõi thuốc tự bảo vệ FCAW, nhiệt của hồ quang gây nên sự phân hủy và bốc hơi lõi thuốc của dây hàn, có tác dụng bảo vệ từng phần kim loại vũng hàn. Vì thành phần thuốc có chứa chất khử ôxy và khử nitơ, dây lõi thuốc tự bảo vệ FCAW lý tưởng cho nhiều ứng dụng hàn, đặc biệt là hàn trong điều kiện có gió. Ngược lại, quy trình hàn có khí bảo vệ có thể đòi hỏi phải có che chắn gió để khí bảo vệ không bị gió thổi đi với vận tốc vượt quá 5 dặm/giờ. Quy trình tự bảo vệ cũng linh hoạt hơn vì chỉ cần bộ cấp dây và nguồn hàn với điện áp không đổi. Không cần sử dụng bình gas, đồng hồ và ống dẫn khí. Mỏ hàn cũng đơn giản hơn, cho phép thợ hàn dễ quan sát vật hàn
Các nhà sản xuất đã phát triển nhiều loại dây hàn để đáp ứng cho các điều kiện đặc biệt. Một vài loại có thể hàn thép với độ dầy 5 micron, một vài loại khác có khả năng đắp đến 18 kg kim loại hàn mỗi giờ.  Trong mỗi phân loại, có một vài loại dây hàn có thể đáp ứng các yêu cầu toàn bộ của nhóm đó, nhưng mỗi loại có một bộ đặc tính khác nhau. Phần lớn các nhà sản xuất vật liệu hàn có thông tin ứng dụng và dữ liệu kiểm tra phong phú và phải được tra cứu khi lựa chọn vật liệu để đáp ứng các điều kiện đặc biệt.
Các nguyên tố đặc biệt có thể được sử dụng để làm sạch và khử sunfur của kim loại đắp mối hàn bằng cách đưa thành phần đó vào lõi của dây hàn lõi thuốc, mặc dù chúng không thể đồng nhất như là các nguyên tố hợp kim trong quy trình sản xuất dây hàn thép đặc. Tính đa dụng của các loại và thành phần dây hàn lõi thuốc tạo nên vật liệu hàn với khả năng chống nứt mối hàn tuyệt vời với các loại thép khó hàn như thép các bon cao, thép sunfur cao

Dây hàn lõi thuốc có khí bảo vệ 
Hàn dây lõi thuốc có khí bảo vệ FCAW (hình 2) tương tự như dây hàn lõi thuốc tự bảo vệ nhưng dùng khí bảo vệ thêm. Khí bảo vệ tiêu biểu là CO2 hoặc khí trộn argon và CO2, với 75% Argon/25% CO2, 90% Argon/10% CO2, hoặc một vài tỷ lệ khác. Lựa chọn và pha trộn chính xác khí bảo vệ tùy theo các đặc tính hồ quang mong muốn và thành phần dây hàn.
Sử dụng đường kính dây lớn (lớn hơn 2.4 mm) và sử dụng khí bảo vệ 100% CO2 cho kết quả mối hàn có độ ngấu sâu. Đây là điều mong đạt được cho các ứng dụng hàn để giảm đường kính và thể tích mối hàn theo yêu cầu. Dây hàn lõi thuốc tự bảo vệ FCAW được sử dụng phổ biến nhất cho ứng dụng hàn tự động, bán tự động và hàn robot  để hàn thép C và thép hợp kim thấp. Các ứng dụng điển hình bao gồm kết cấu cầu thép, máy khai thác mỏ, thiết bị khoan xa bờ, đóng tàu, chế tạo kết cấu thép.
Dây hàn lõi thuốc với khí bảo vệ FCAW thông thường có sẵn cho các loại thép C thấp và thép hợp kim thấp, đường kính từ 0.8 đến 3.2 mm, tùy thuộc vào loại dây hàn. Một số loại phù hợp cho vị trí hàn sấp, một số loại khác dùng được cho mọi vị trí hàn và mỗi loại dây cho các đặc tính hàn và đặc tính luyện kim cũng như đặc tính vật lý khác nhau. Gần đây, một số công ty phát triển các loại dây hàn lõi thuốc sinh ít khói, hay được sử dụng với khí bảo vệ để giảm khói hàn.

Sơ lược về sự phát triển dây hàn lõi thuốc
Dây hàn lõi thuốc tự bảo vệ
Được nghiên cứu để đáp ứng khả năng tự bảo vệ và nhiều tính năng khác, dây hàn lõi thuốc đem lại lợi ích nhờ nhiều phương pháp cải thiện thuộc tính luyện kim. Khoảng giữa những năm 1960, lần đầu tiên một số hàm lượng nhôm được đưa vào dây hàn như là nguyên tố để kết hợp với nitơ. Người ta nhận thấy rằng, thêm các nguyên tố hợp kim khác như cacbon và nickel, có thể cải thiện độ dẻo và tăng độ dai va đập.
Từ đó, một loạt các dòng sản phẩm dây hàn lõi thuốc tự bảo vệ đã được phát triển. Là một trong những nhà sản xuất các sản phẩm ngành hàn tiên phong, Lincoln Electric®, đã đưa vào thị trường hơn 25 loại dây hàn tương tự. Một vài trong số đó đã được ứng dụng rất hiệu quả trong các ứng dụng đòi hỏi sự nghiêm ngặt, như là các kết cấu dàn khoan ngoài khơi, đòi hỏi đáp ứng được các kiểm tra va đập Charpy và CTOD (cracked tip opening displacement). Các phát triển khác bao gồm dây hàn sử dụng các loại hợp kim mới để hàn thép cường độ cao, dây hàn có ứng dụng cao với thép mạ kẽm, và các loại dây hàn đặc biệt ể hàn đường ống xuyên quốc gia.

Dây hàn lõi thuốc bảo vệ bằng khí
Mặc dù không phù hợp lắm cho các ứng dụng hàn ngoài trời vì khả năng bảo vệ bị ảnh hưởng bởi gió, nhưng dây hàn loại này có nhiều lợi thế cho các ứng dụng khác. Các loại dây hàn T-1 hoặc nền rutile (chứa titanium dioxide, thành phần tạo xỉ tốt) đễ sử dụng, có hồ quang dịch chuyển phun tuyệt vời và thường sinh khói hàn ít hơn. Tỷ lệ đắp cao, dễ dàng đạt được từ 2,9 đến 3,2kg kim loại /giờ.
Tương tự như các loại dây hàn lõi thuốc khác, có một dải lựa chọn rộng rãi cho các ứng dụng. Chẳng hạn, dây hàn nền rutil để hàn các vị trí hàn sấp và hàn mọi vị trí cho thép hợp kim nhiều thành phần. Ví dụ khác là họ dây hàn hidro thấp được cấp bằng sáng chế đã đưa vào công nghệ khử hidro. Những loại dây hàn này được phát triển để giảm khả năng nứt hidro khi hàn thép cường độ cao.

Dây hàn lõi kim loại
Dây hàn lõi kim loại là loại điện cực phức hợp, bao gồm vỏ thép cacbon thấp với lõi có thành phần đặc biệt là nguyên tố sắt, các loại bột kim loại khác và các hợp kim. Các nguyên tố cân bằng và ổn định hồ quang có thể thể dễ dàng thêm vào. Dây hàn lõi kim loại được bảo vệ bằng khí bảo vệ. Dây hàn loại này có tính đa dụng bởi thành phần hợp kim không giới hạn có thể điều chỉnh dễ dàng từ nhà sản xuất vật liệu hàn.
Sự kết hợp của hợp kim đặc biệt có thể đạt được với dây hàn lõi kim loại trong khi điều này khó thực hiện đối với dây hàn đặc bao gồm các dạng đặc biệt cho ứng dụng hàn các loại thép cường độ cao. Dây hàn lõi kim loại được sản xuất với 12% crôm cho ứng dụng hàn chế tạo bộ chuyển đổi khí thải và các chi tiết trong hệ thống xả của ôtô làm bằng thép không gỉ 409. Một loại khác trên cơ sở kết hợp hóa học làm giảm sức căng bề mặt của vũng hàn, cải thiện tác động “làm ướt”  tạo nên mối hàn rộng hơn, hữu ích trong các ứng dụng hàn đính các bộ phận với nhau.
Khi một công việc đòi hỏi đặc biệt, dây hàn lõi kim loại là lựa chọn kinh tế hơn dây hàn đặc. Bởi vì quy trình sản xuất bao gồm sự pha trộn bột kim loại thay thế cho việc hình thành sự nấu chảy thép, số lượng nhỏ là dễ dàng hơn để sản xuất và số lượng đặt hàng tối thiểu thấp hơn nhiều. Do đó, dây hàn lõi thuốc có thể được sản xuất với vòng quay ngắn hơn và chi phí thấp hơn so với dây hàn đặc được sản xuất theo đặt hàng đặc biệt.

Hàn dây lõi kim loại với máy hàn điều khiển sóng xung và tối ưu hồ quang hàn
Khi sử dụng dây hàn lõi kim loại kết hợp với công nghệ điều khiển sóng xung sẽ đem lại một số lợi ích. Sử dụng dây lõi kim loại ở chế độ xung, trái ngược với dịch chuyển dạng phun, làm giảm thiểu khói hàn cũng như giảm bắn tóe, đặc biệt là với các thông số cài đặt ở giá trị thấp. Sử dụng dây hàn lõi với dòng hàn xung cho kết quả hàn cực tốt, đặc biệt là với các loại máy hàn tương tự như Lincoln’s Power Wave® 455M. Các loại máy hàn này được thiết kế trên cơ sở công nghệ inverter dễ sử dụng và có đặc tính hàn rất tốt. Thiết bị hàn loại này kết hợp các chương trình đặc trưng cho hàn xung sử dụng dây hàn lõi kim loại cũng như có nhiều lựa chọn chương trình hàn khác. Thực tế là với máy hàn Power Wave® 455M, có thể đặt lại chương trình bằng cách sử dụng phần mềm để tạo hồ quang tối ưu cho nhiều ứng dụng tại mọi thời điểm.
Một ứng dụng tiêu biểu là sản xuất ôtô và bộ giảm thanh cho xe tải sử dụng vật liệu thép không gỉ 409. Có thể hàn với dây hàn lõi có thành phần crôm thích hợp và các nguyên tố khác phù hợp với thành phần thép không gỉ. Khi hàn đính, dịch chuyển giọt cầu thường được sử dụng . Nếu sử dụng điều khiển sóng xung sẽ giảm tích lũy nhiệt và bắn tóe. Điều này có tác dụng kéo dài tuổi thọ sử dụng của mỏ hàn và giảm thiểu công tác bảo dưỡng, đặc biệt là khi hàn với dòng hàn cao. Với điều khiển sóng, chế độ xung cho một chất lượng hàn tốt hơn với vật liệu mỏng và tốc độ hàn cao.

Phát triển trong tương lai
Trong tương lai, sự phát triển dây hàn lõi thuốc sẽ tiếp tục cung cấp các giải pháp cho các đòi hỏi cao về hàn cũng như cải thiện chất lượng và tăng năng suất sản xuất. Ngoài ra, các sản phẩm dây hàn mới sẽ hướng tới việc sử dụng dễ dàng hơn và giảm thiểu khói hàn. Độ bền cao hơn là mục tiêu cho tất cả các quy trình cùng với việc cải thiện độ dẻo và độ dai va đập.Các loại dây hàn đặc biệt tiếp tục được phát triển cho các ứng dụng hàn thép cường độ cao cho nhiều lĩnh vực ứng dụng.