Các phương pháp hàn trong gia công kim loại

Hàn có lẽ là quy trình nối ghép thông dụng nhất trong gia công kim loại. Độ bền của mối hàn thường phụ thuộc vào phương pháp hàn được sử dụng, nhưng các phương pháp hàn nào là thích hợp cho ngành gia công kim loại ở Đông Nam Á?

Tuy có thể dễ dàng mô tả quá trình nối ghép các chi tiết với nhau và dường như việc chấp nhận lý thuyết là tương đối đơn giản, nhưng ứng dụng thực tế có thể khá phức tạp. Độ nhám bề mặt, tạp chất, sai lệch lắp ghép và các tính chất khác nhau của những vật liệu nối ghép làm cho quá trình này trở nên phức tạp hơn. Thật may mắn, sự phát triển các quy trình và kỹ thuật hàn đã được quản lý để vượt qua một số trong các khó khăn đó.

Trừ vài ngoại lệ, hầu hết các quy trình hàn đều yêu cầu ứng dụng các mức nhiệt cao. Nhiệt đưa các nguyên tử đến cạnh biên của một chi tiết, đủ gần để cho phép các tương tác liên nguyên tử xảy ra với các nguyên tử từ chi tiết thứ hai.

Tuy nhiên, nhiệt cao này làm cho kim loại bị oxy hóa và sự oxy hóa đó làm yếu cấu trúc vi mô ở mặt ngoài của chi tiết. Nói chung, có thể tránh vấn đề này bằng cách trong quá trình hàn, cần bảo vệ để để không xảy ra oxy hóa. Khi kiểm tra từng quy trình hàn, điều quan trọng là xét xem lượng nhiệt tỏa ra là bao nhiêu và cách thức phát sinh lượng nhiệt đó.

Ngoài việc cung cấp nhiệt, một số phương pháp hàn còn yêu cầu tác dụng áp suất, thậm chí một số quy trình hàn có thể đạt được chỉ thông qua áp suất mà không cần cấp nhiệt độ từ bên ngoài. Như đã đề cập ở phần trên, trong một số quy trình hàn, cần có vật liệu hàn (que hàn) để hỗ trợ sự nối ghép hai chi tiết (hàn) với nhau.

Đối với các phương pháp hàn với áp suất, mối ghép hàn được thực hiện bằng cách tác dụng áp suất tại diện tích tiếp xúc của hai chi tiết, có thể hoặc không cần cấp nhiệt cho đến trạng thái nóng chảy. Đối với các phương pháp hàn có nóng chảy, không cần tác dụng áp suất, chỉ sử dụng nhiệt để làm nóng chảy vùng tiếp xúc.

GMAW & GTAW
Trong hàn hồ quang kim loại khí bảo vệ (GMAW hoặc MIG), hồ quang phát sinh giữa điện cực nguyên hoặc có chất trợ dung trong lõi và kim loại nền. Hồ quang này được bảo vệ bằng lớp khí hoặc hỗn hợp khí, có thể là CO₂hoặc hỗn hợp CO₂ với khí trơ, thường là Argon. Khí bảo vệ này được thổi qua đầu phun nằm song song với hồ quang và bao phủ hồ quang từ mọi phía.

Hàn GMAW (còn gọi là hàn MIG) có nhiều ưu điểm. Phương pháp hàn này sử dụng mật độ dòng điện cao, cho phép tỷ suất lắng đọng kim loại hàn cao và hàn nhanh. Tốc độ hàn cao và tỷ suất lắng đọng kim loại nhanh làm giảm chi phí hàn.

Hàn GMAW thích hợp cho nhiều kiểu mối ghép hàn với các định hướng khác nhau: thẳng, cong, dài hoặc ngắn. Phương pháp này còn thích hợp cho cả các tấm mỏng và dày. Điều này làm cho phương pháp hàn GMAW trở nên rất đa năng, cho phép áp dụng trong nhiều tình huống, thậm chí đôi khi không cần lập kế hoạch trước.

Tuy nhiên, một nhược điểm của hàn GMAW là độ xốp mối hàn, hình thành khi gió xung quanh làm gián đoạn hoặc cản trở lớp khí bảo vệ hồ quang.

Hàn hồ quang điện cực wolfram có khí bảo vệ (GTAW) còn được gọi là hàn wolfram khí trơ (TIG). Ở đây, hồ quang được tạo ra giữa điện cực wolfram và kim loại nền. Khí bảo vệ là Argon tinh khiết và thanh hoặc que hàn được đưa vào hồ quang để nóng chảy và cấp thêm kim loại lỏng cho mối hàn, dù trong một số trường hợp điều này là tùy chọn.

Hàn GTAW và TIG nổi tiếng là có tính đa năng cao, có thể dùng để hàn hầu hết các kim loại, đặc biệt thích hợp cho hàn kim loại tấm và hàn ống. Có thể thực hiện mối hàn trên các vật liệu rất mỏng, dưới 1mm và có thể hàn ở mọi vị trí.

Cũng có thể sử dụng hàn GTAW và TIG trong các ứng dụng robot hàn hoặc tự động hóa. Khác với hàn GMAW hoặc MIG, sự điều khiển mối hàn trong quy trình này là rất tốt, bao gồm thiết lập vũng chảy trong khi hàn và bổ sung kim loại đầy khi cần thiết. Sự điều khiển này cho phép tạo ra vũng chảy tốt và thấp ướt ở đầu mối hàn, do đó cần tránh sự nóng chảy không hoàn toàn, đặc biệt là khi hàn với que hàn.

Các phát triển tương lai trong hàn hồ quang
Tuy có thể coi hàn là công nghệ đã được thiết lập gần như hoàn hảo, nhưng công nghệ này vẫn dưới ánh sáng mặt trời. Tuy nhiều người dự báo sử dụng công nghệ hàn sẽ tiếp tục phát triển trong các nền kinh tế mới nổi trên thế giới, nhưng ở các nước phát triển, sự tăng trưởng công nghệ hàn cũng sẽ vẫn tiếp tục, đặc biệt là trong các lĩnh vực kỹ thuật chuyên biệt.

Các lĩnh vực sẽ tiếp tục bùng nổ bao gồm cả sự tự động hóa quy trình hàn. Do thiếu công nghân hàn lành nghề, sẽ không ngạc nhiên khi công nghệ hàn hồ quang hầu như phải dựa nhiều vào robot. Hiện tại, máy móc tự động hóa được dùng trong hàn điểm và hàn đính, dường như đơn giản chỉ là vấn đề thời gian để công nghệ này xâm nhập vào lĩnh vực hàn hồ quang.

Bất kể hướng phát triển của ngành công nghiệp này, có thể chắc chắn rằng các phát triển này trong hàn hồ quang sẽ dự báo trước cho những người nắm bắt các ưu thế của công nghệ hàn hồ quang cải tiến.

3M: bảo vệ hàn ở cường độ mạnh

Công ty 3M đã phát triển bộ nâng cấp hệ thống Adflo Powered-Air Purifying Respirator (PAPR – thiết bị thở tinh lọc không khí) của họ. Bộ Adflo Turbo Assembly với sự nâng cấp cường độ liên tục cung cấp không khí lọc cho thợ hàn làm việc ở các cao độ đến 3.000m.

Bộ nâng cấp cường độ này được thiết kế một cách chuyên biệt để bù cho các thay đổi trọng lượng riêng của không khí xảy ra khi lên cao. Thiết bị có bộ pin Li-ion, cho phép giảm trọng lượng pin khoảng 50% so với các model cũ và giảm trọng lượng toàn bộ hệ thống thở khoảng 20%.

(Nguồn: Cẩm nang Gia công Kim loại)