MỸ – Khi so sánh mỏ hàn TIG (1) làm mát bằng khí và làm mát bằng nước, thợ hàn thường xem xét các thông số hiệu suất, cường độ dòng điện tối đa, chu kỳ tải (duty cycle) (2), và thời gian mỏ hàn có thể giữ mát khi hàn liên tục. Tuy nhiên, năng suất làm việc thực tế hàng ngày lại thường được quyết định bởi một yếu tố ít mang tính kỹ thuật hơn: người thợ có thể thiết lập máy và bắt đầu hàn nhanh đến mức nào.
(1) Hàn TIG (tungsten inert gas): còn được gọi là hàn hồ quang bằng điện cực volfram trong môi trường khí trơ (GTAW – gas tungsten arc welding), là một phương pháp hàn nóng chảy đặc biệt, sử dụng nhiệt lượng được tạo ra bởi hồ quang giữa điện cực volfram không nóng chảy và chi tiết gia công.
(2) Chu kỳ tải là tỷ lệ thời gian mà máy hàn hoặc mỏ hàn có thể hoạt động liên tục ở một dòng hàn xác định trong một chu kỳ tiêu chuẩn 10 phút, trước khi cần dừng để làm mát nhằm tránh quá nhiệt. Ví dụ:
– Chu kỳ tải 60% tại 200A nghĩa là trong 10 phút, máy có thể hàn liên tục 6 phút ở dòng 200A, sau đó phải nghỉ 4 phút để thiết bị nguội.
– Chu kỳ tải 100% tại 150A nghĩa là máy có thể hàn liên tục suốt 10 phút ở dòng 150A mà không cần dừng làm mát.

Trong môi trường hàn thực tế, một hệ thống làm mát mỏ hàn TIG tiên tiến hơn không đồng nghĩa với việc sẽ tự động nâng cao năng suất. Nếu một cấu hình làm mát phức tạp, nó có thể làm giảm khối lượng công việc thực tế. Câu hỏi đặt ra là: hệ thống làm mát TIG đang giúp hàn được nhiều hơn, hay đang gây khó khăn?

Cả mỏ hàn TIG làm mát bằng khí và bằng nước đều có khả năng tạo ra các mối hàn chất lượng cao, vì vậy chất lượng mối hàn không phải là yếu tố quyết định việc chọn hệ thống làm mát. Sự khác biệt thực sự nằm ở cách quản lý nhiệt, thời gian hàn liên tục, và mức độ phức tạp mà hệ thống đó thêm vào quy trình thiết lập.

Mỏ hàn TIG làm mát bằng khí (air-cooled)
Mỏ hàn làm mát bằng khí quản lý nhiệt độ thông qua sự kết hợp của không khí xung quanh, dòng khí bảo vệ và khối lượng của chính mỏ hàn. Khí bảo vệ (thường là khí argon) và không khí xung quanh sẽ chạy qua các đường dẫn bên trong thân mỏ đến béc phun (nozzle). Dòng khí này hấp thụ nhiệt từ các bộ phận bên trong, như kẹp điện cực (collet), thân kẹp (collet body) và điện cực vonfram (tungsten), trước khi thoát ra ngoài để bảo vệ vũng hàn.

Để xử lý dòng điện cao hơn hoặc các đường hàn dài hơn, mỏ hàn làm mát bằng khí phải dựa vào đầu mỏ lớn hơn và cáp nguồn dày hơn để hấp thụ và tản nhiệt. Nhiều loại mỏ hàn TIG được chế tạo từ hợp kim đồng chất lượng cao được thiết kế để chịu được nhiệt độ cao, và chính những mỏ hàn này cũng sử dụng cáp đồng chịu lực lớn, có khả năng dẫn dòng điện mà không làm nóng chảy lớp vỏ cách điện của cáp. Nhìn chung, điều này làm cho mỏ hàn làm mát bằng khí hơi nặng hơn và kém linh hoạt hơn so với phiên bản làm mát bằng nước.

Mỏ hàn TIG làm mát bằng khí thường lý tưởng cho các ứng dụng dưới 250A. Những mỏ hàn này thường có chu kỳ tải thấp hơn (thường là 60%) so với chu kỳ tải 100% của các mẫu làm mát bằng nước.

Một thợ hàn nếu cố gắng sử dụng các loại mỏ hàn này cho các phiên hàn dài hoặc các công việc có dòng điện cao sẽ thấy rằng tay cầm tăng nhiệt quá mức. Kết quả là, người thợ buộc phải dừng lại và để mỏ hàn nguội đi một cách tự nhiên.

Việc thiết lập hệ thống mỏ hàn TIG làm mát bằng khí tương đối đơn giản, lắp ráp đầu mỏ với các linh kiện tiêu hao, cài đặt máy sang chế độ dòng điện một chiều cực tính nghịch (DCEN – direct current electrode negative) (*), kết nối mỏ hàn với nguồn điện và cấu hình nguồn cấp khí bảo vệ.
(*) DCEN: là mỏ hàn nối với cực âm (-) và vật hàn nối với cực dương (+). Trong hàn TIG cho thép và inox, cấu hình này là bắt buộc vì 70% nhiệt lượng sẽ tập trung ở vật hàn giúp ngấu sâu, và chỉ 30% nhiệt ở điện cực volfram giúp điện cực không bị nóng chảy.

Mỏ hàn TIG làm mát bằng nước (water-cooled)
Mỏ hàn làm mát bằng nước loại bỏ nhiệt một cách trực tiếp hơn. Chất làm mát chuyên dụng, được pha trộn sẵn giữa ethylene glycol và nước khử ion sẽ được bơm từ một bộ làm mát chuyên dụng qua các ống đồng chạy quanh đầu mỏ hàn, kéo nhiệt ra khỏi những vùng nóng nhất của mỏ trước khi quay trở lại bình chứa. Các chất làm mát chuyên dụng được sử dụng nhằm ngăn ngừa tảo, cặn bám và ăn mòn trong hệ thống tuần hoàn. Hiện có sẵn các biến thể làm mát khác nhau, như công thức có độ dẫn điện thấp cho các ứng dụng tần số cao và công thức bảo vệ nhôm. Do các chất làm mát này được thiết kế riêng cho hàn TIG, các nhà sản xuất công nghệ hàn thường khuyến cáo tránh sử dụng nước làm mát chống đông của ô tô cho các hệ thống này.

Mỏ hàn TIG làm mát bằng nước thường lý tưởng cho các ứng dụng có dòng điện đến 600A. Những mỏ hàn này đạt chu kỳ tải 100% nhờ vào hệ thống làm mát chủ động.

Việc thiết lập hệ thống TIG làm mát bằng nước phức tạp hơn so với phiên bản làm mát bằng khí. Người thợ hàn vẫn cần xử lý các linh kiện tiêu hao của mỏ hàn, cài đặt nguồn điện, kết nối mỏ hàn và cấu hình khí bảo vệ, nhưng đồng thời cũng cần lưu ý đến việc kết nối bộ làm mát với nguồn điện, cụ thể hơn là kết nối các đường ống nước vào và nước ra.

Phương pháp làm mát bằng nước hỗ trợ chu kỳ tải cao hơn, đường hàn dài hơn và thiết kế mỏ hàn nhỏ gọn hơn, nhưng nó cũng thêm vào hệ thống các đường ống, các đầu nối và yêu cầu bảo dưỡng. Ví dụ, hãy xem xét việc bảo dưỡng bộ làm mát. Các khuyến nghị chung yêu cầu thay thế chất làm mát trong bình chứa mỏ hàn TIG sau mỗi 12 tháng khi sử dụng chất làm mát chuyên dụng. Bên cạnh đó, việc bảo dưỡng định kỳ bộ làm mát vẫn là bắt buộc: kiểm tra và làm sạch bộ lọc chất làm mát, kiểm tra các đường ống xem có bị nứt hay rò rỉ sau mỗi 100 giờ sử dụng, thổi sạch các cánh tản nhiệt bằng khí nén ba tháng một lần để duy trì hiệu suất tản nhiệt, và kiểm tra mức chất làm mát sáu tháng một lần. Những nỗ lực bảo dưỡng này giúp đảm bảo bơm và mỏ không bị quá nhiệt khi vận hành.

Khi hệ thống mỏ hàn TIG làm mát bằng nước được sử dụng thường xuyên, năng lực mạnh mẽ tăng thêm đó hoàn toàn xứng đáng với trách nhiệm bảo dưỡng đi kèm. Nhưng khi một hệ thống như vậy không được sử dụng thường xuyên, nó lại trở thành một bước phức tạp.

Lựa chọn công nghệ hàn TIG phù hợp với công việc
Hệ thống làm mát bằng khí ưu tiên sự đơn giản và tính cơ động, trong khi hệ thống làm mát bằng nước ưu tiên hiệu suất bền bỉ và kéo dài thời gian duy trì hồ quang. Điều quan trọng nhất không phải là hệ thống nào khử nhiệt tốt hơn trên lý thuyết, mà là liệu năng lực đó có phù hợp với cách người thợ thực hiện công việc hàn thực tế hay không. Chọn đúng phương pháp làm mát là tìm ra sự cân bằng giữa hiệu suất và sự đơn giản, để thiết bị hỗ trợ tối đa cho công việc thay vì làm phức tạp hóa nó.

Mỏ hàn TIG làm mát bằng khí phù hợp nhất cho các ứng dụng ưu tiên tính di động và thiết lập nhanh hơn là chu kỳ tải tối đa. Đối với những thợ hàn làm việc ngắt quãng (mối hàn ngắn hoặc có khoảng nghỉ tự nhiên), chạy mức dòng điện vừa phải, hoặc di chuyển giữa các địa điểm (như đi công trình), việc thỉnh thoảng tạm dừng để làm mát mỏ hàn không gây trở ngại.

Mỏ hàn TIG làm mát bằng nước mang lại lợi thế rõ rệt trong các ứng dụng khắt khe đòi hỏi dòng điện cao hơn, chu kỳ tải lớn hơn hoặc thời gian hàn liên tục kéo dài. Vì nhiệt được loại bỏ chủ động thông qua chất làm mát tuần hoàn, những mỏ hàn này không cần phụ thuộc vào khối lượng thân mỏ để hấp thụ nhiệt, cho phép thân mỏ và cáp nguồn nhỏ và nhẹ hơn. Điều này giúp giảm mệt mỏi cho người thợ trong các phiên hàn dài, chẳng hạn như các công việc được thực hiện trong nhà xưởng hoặc môi trường sản xuất công nghiệp.

Hệ thống làm mát bằng nước cũng cho phép kéo dài chu kỳ tải tối đa. Thời gian chờ nguội được giảm xuống mức thấp nhất vì chu kỳ làm mát liên tục giữ cho nhiệt độ thiết bị ở mức hợp lý một cách hiệu quả.

Thay vì hỏi mỏ hàn TIG làm mát bằng khí hay bằng nước tốt hơn, thợ hàn nên đặt câu hỏi dựa trên ứng dụng và thời gian hàn thực tế của mình. Câu trả lời cho những câu hỏi này thường sẽ làm sáng tỏ quyết định:

Tần suất hàn TIG như thế nào? Nếu chỉ hàn thỉnh thoảng, mỏ hàn làm mát bằng khí mang lại sự đơn giản và ít bảo dưỡng. Nếu hàn thường xuyên hoặc hàng ngày, hệ thống làm mát bằng nước cung cấp thời gian duy trì hồ quang dài hơn với ít lần dừng lại do quá nhiệt.

Dòng điện thường chạy là bao nhiêu ampe? Đối với công việc có dòng điện từ thấp đến trung bình, mỏ hàn làm mát bằng khí thường là đủ. Nếu dòng điện cao là phổ biến, đặc biệt là khi hàn dòng điện xoay chiều (AC) trên vật liệu nhôm, mỏ hàn làm mát bằng nước sẽ xử lý nhiệt hiệu quả hơn và duy trì chu kỳ tải cao hơn.

Các đường hàn dài bao nhiêu? Các mối hàn ngắn, ngắt quãng hiếm khi đẩy mỏ hàn làm mát bằng khí đến giới hạn của nó. Các đường hàn dài, liên tục hoặc các đường hàn lặp lại nhiều lớp sẽ ưu tiên hệ thống làm mát bằng nước nhằm giảm các đợt dừng để hạ nhiệt.

Hàn ở công trình hay trong nhà xưởng? Đối với công việc ngoài công trình hoặc các công việc từ xa yêu cầu tính cơ động cao, mỏ hàn làm mát bằng khí dễ vận chuyển và thiết lập nhanh hơn. Trong khi đó, cấu hình làm mát bằng nước hoạt động tốt nhất trong môi trường nhà máy cố định.

Đó là lý do tại sao hệ thống làm mát mỏ hàn TIG hiệu quả nhất không phải là hệ thống có công suất lý thuyết cao nhất; mà là hệ thống phù hợp nhất với nhu cầu hàn và quy trình làm việc thực tế của thợ hàn. Khi thiết bị phù hợp với thực tế, thợ hàn sẽ mất ít thời gian hơn để quản lý máy móc và có nhiều thời gian hơn cho công việc chính: hàn.

Để xem các tin bài khác về “Hàn TIG”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: The Fabricator