PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG LIÊN KẾT KIM LOẠI – HÀN

Ảnh bìa phương pháp hàn

Author: Trương Quý Phát

Published date: 20/11/2021

 1. LỜI MỞ ĐẦU

Hàn là một trong những phương pháp gia công phổ biến hiện nay, là quá trình công nghệ nối các chi tiết bằng kim loại hoặc phi kim loại với nhau bằng cách đưa chỗ nối tới trạng thái nóng chảy, thông qua việc sử dụng một trong hai yếu tố là nhiệt và áp lực, hoặc kết hợp cả hai yếu tố[1,7]. Vì có rất nhiều phương pháp hàn khác nhau, nên ở bài viết này mình sẽ chỉ tập trung vào phương pháp hàn hồ quang điện kèm theo các khí cụ tương ứng từng phương pháp.

 Ảnh minh họa phương pháp hàn

Hình 1: Ảnh minh họa phương pháp hàn

2.PHƯƠNG PHÁP HÀN HỒ QUANG ĐIỆN

Hàn hồ quang điện là phương pháp phổ biến nhất hiện nay dùng để nối, liên kết các chi tiết với nhau bằng nguồn nhiệt dùng để hàn.

Hồ quang là hiện tượng chuyển động không ngừng của dòng điện tử trong môi trường đã được ion hóa giữa hai điện cực, hồ quang tạo ra nguồn nhiệt lớn (đạt được 600'C và ánh sáng với tia hồng ngoại, tử ngoại). Hàn điện hồ quang là dùng nhiệt lượng đó để nung cho vật hàn nóng chảy.

Hồ quang tập trung trên một điểm của vật hàn, nhiệt lượng tương đối tập trung, vật hàn dễ dàng nóng chảy tức thì, nhiệt năng này không truyền ra rộng nên sự biến dạng của vật hàn không trầm trọng như hàn khí. Tuy thao tác tương đối khó khăn, nhưng đối với nơi có điện thì khá thuận tiện. Phương pháp này được phát triển từ những năm cuối thế kỉ 19, hiện nay đã trở thành phương pháp hàn phổ biến với giá thành rẻ.

Phương pháp hàn hồ quang: Hàn hồ quang không sử dụng khí bảo vệ; Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ.

3.PHƯƠNG PHÁP HÀN HỒ QUANG ĐIỆN KHÔNG SỬ DỤNG KHÍ BẢO VỆ

3.1 Khái niệm

Trong các phương pháp hàn kim loại thì hàn que được phát minh và đưa vào sử dụng khá sớm từ năm 1907. Hàn que hay còn được gọi là hàn hồ quang tay là một quá trình hàn điện nóng chảy dùng điện cực ở dạng que hàn và không dùng khí để bảo vệ. Trong đó tất cả những thao tác như thay que hàn, chuyển dịch que hàn, gây hồ quang… đều được các thợ hàn thực hiện bằng tay.[4]

Hình ảnh một kỹ sư đang tiến hành hàn hồ quang tay

Hình 2. Hình ảnh một kỹ sư đang tiến hành hàn hồ quang tay [4]

 

 

3.2 Thiết bị và dụng cụ - máy hàn hồ quang (hàn que) 

 

 

Cấu tạo của máy hàn hồ quang tay (hàn que)

Hình 3. Cấu tạo của máy hàn hồ quang tay (hàn que)

Cấu tạo:

bộ nguồn, cáp mát, cáp hàn, que hàn.

Nguyên lý hoạt động:

Máy hàn điện dùng điện xoay chiều là máy biến áp giảm điện áp của nguồn điện xoay chiều xuống. Loại máy biến áp này cũng phải phù hợp với yêu cầu cường độ dòng điện và điện áp trong lúc hàn, nên cấu tạo của nó cũng khác với máy biến áp thông thường. Muốn thỏa mãn điều kiện này, máy biến áp phải dùng các phương pháp dưới đây.

Điều chỉnh điện áp để điều chỉnh cường độ hàn.

Dùng cuộn dây cảm ứng để điều chỉnh cường độ hàn.

Hiệu suất của máy biến áp hàn (80 - 90%) so với máy hàn điện một chiều (50 - 70%), như vậy hiệu suất máy biến áp hàn tốt hơn, tổn thất không tải chừng 2% cho nên dùng điện xoay chiều tương đối thuận lợi.

4. PHƯƠNG PHÁP HÀN HỒ QUANG TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ BẢO VỆ

4.1 Khái niệm

Trong phương pháp hàn điện hồ quang, ngoài việc dùng điện cực (que hàn), chất trợ dung còn có cách bảo vệ mối hàn khỏi bị oxy hóa và nitơ hóa bằng cách dùng những dòng khí bảo vệ đẩy không khí ra khỏi môi trường hồ quang và giữ cho kim loại nóng chảy không tiếp xúc với không khí bên ngoài. Các khí bảo vệ dùng để hàn là các khí khử oxy (hyro, cacbon,…), các khí trơ (argon, heli) và khí hoạt tính (cacbonic - CO2).

Những phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ thường dùng nhất là dùng trong môi trường khí hydro, hàn trong khí argon và trong khí cacbonic (CO2). Hàn trong môi trường CO2 với dây hàn nóng chảy được gọi là hàn MAG (Metal ActivGas), hàn trong môi trường khí argon với dây hàn nóng chảy được gọi là hàn MIG (Metal - Inert Gas).

4.2 Thiết bị và dụng cụ

4.2.1 Máy hàn MIG

 Hình ảnh một kỹ sư đang tiến hành hàn MIG

Hình 4. Hình ảnh một kỹ sư đang tiến hành hàn MIG

 

 

Cấu tạo:

 

Nguồn hàn, dây hàn, khí bảo vệ, mỏ hàn, chỉnh lưu, thiết bị chuyển dây hàn. Trong cấu tạo máy hàn Mig các thành phần quan trọng nhất chính là mỏ hàn nó đảm nhiệm các chức năng như cấp dòng điện cho dây hàn thông qua ống tiếp xúc, khí bảo vệ qua mỏ phun (nozzle) và một hệ thống giải nhiệt cho súng hàn khi cần thiết.[3]

 

 

 Cấu tạo của máy hàn MIG

Hình 5. Cấu tạo của máy hàn MIG

 

Tiếp đến là bộ cấp dây hàn (wire feeder) có tốc độ ổn định ở một giá trị nhất định. Tùy thuộc vào từng loại dây hàn mà có thể dùng bộ cấp dây hai con lăn (2 – rolls) hoặc bộ bốn con lăn (4 – rolls). Có thể lắp sẵn bộ cấp dây vào nguồn điện hàn hoặc là tách riêng biệt. Nó có chức năng chủ yếu là duy trì quá trình cháy tự động của sau khi mồi của hồ quang hàn.

Loại khí bảo vệ mà máy hàn Mig sử dụng có thể là khí hoặc hỗn hợp khí trơ (như Ar, He hoặc Ar + He) không tác dụng với các kim loại lỏng trong khi hàn hoặc là một số loại khí có hoạt tính (như CO2; CO2 + Ar, …) với tác dụng chiếm chỗ, đẩy không khí ra khỏi vùng hàn gây ức chế những ảnh hưởng xấu từ không khí.

Nguyên lý hoạt động:

Tùy thuộc vào từng máy hàn và từng hãng sản xuất mà bộ đầu cấp dây sẽ được đặt trong máy hoặc đầu cấp dây ở ngoài tùy thuộc vào đời máy và mục đích sử dụng cũng như công nghệ, giá thành của chúng cũng khác nhau để phù hợp với từng khách hàng. Nhưng tất cả nguyên lý máy hàn Mig vẫn dùng chung là dùng súng hàn để hàn cùng với kim loại nóng chảy đông đặc kết tinh tạo mối hàn. 

Cấu tạo của máy hàn TIG [2]

Hình 6. Biểu diễn nguyên lý hoạt động của hàn MIG[3]

4.2.2 Máy hàn TIG

Cấu tạo của máy hàn TIG [2]

Hình 7. Cấu tạo của máy hàn TIG[2]

Cấu tạo:

Bình khí và van điều áp, độ biến dòng, mỏ hàn và kẹp mass. 

Nguyên lý hoạt động:

Kết nối vật liệu với nhau thành một mối hàn chung bằng cách nung nóng dưới một dòng điện được tạo ra giữa vật hàn và điện cực Wolfram.

Các mối hàn sau khi hàn sẽ được bảo vệ khỏi không khí bằng khí trơ. 

Biểu diễn nguyên lý hoạt động của hàn TIG

Hình 8. Biểu diễn nguyên lý hoạt động của hàn TIG

5. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP HÀN PHỔ BIẾN KHÁC - HÀN LASER

Biểu diễn nguyên lý hoạt động của hàng LASER

 

Hình 9. Biểu diễn nguyên lý hoạt động của hàn LASER

5.1 Khái niệm:

Hàn laser là một quá trình sử dụng chùm tia laser cường độ cao để nối các kim loại hoặc nhựa nhiệt dẻo lại với nhau. Mối hàn laser được hình thành khi ánh sáng laser cường độ cao nhanh chóng làm nóng vật liệu - thường được tính bằng mili giây. Hàn laser cho phép hàn chính xác ở những khu vực nhỏ và khó tiếp cận và là một công nghệ nối đầy hứa hẹn với chất lượng cao, độ chính xác cao, tốc độ cao, tính linh hoạt tốt và độ biến dạng thấp.[5]

 

5.2 Nguyên lý hoạt động:

Hàn laser có thể được thực hiện bằng chùm tia laser liên tục hoặc xung.

Nguyên lý của hàn laser có thể được chia thành hàn dẫn nhiệt và hàn laser xuyên sâu (hoặc hàn lỗ khóa). Hàn laser có thể được kết hợp với các quy trình hàn thông thường và được sử dụng để hàn.

Khi mật độ công suất nhỏ hơn 104 ~ 105 W / cm2, đó là hàn dẫn nhiệt. Lúc này chiều sâu hàn cạn. Nó có thể dễ dàng nối các phần mỏng và các cạnh có thể nhìn thấy được. Độ sâu của nó thường là dưới 2,5mm và tối đa. tỷ lệ chiều sâu / chiều rộng (D / W) là 3: 1.

Khi mật độ công suất lớn hơn 105 ~ 107 W / cm2, bề mặt kim loại bị lõm vào "lỗ" khi nung nóng, tạo thành hàn xuyên sâu. Tính năng hàn xuyên sâu có tốc độ hàn nhanh và tỷ lệ chiều sâu trên chiều rộng (D / W) lớn. Tỷ lệ chiều sâu trên chiều rộng của mối hàn có thể lên đến 12: 1 và chiều sâu hàn tối đa hiện tại có thể đạt tới 51mm.

6. TỔNG KẾT

Dựa theo sự đa dạng của các phương pháp hàn như vậy, mình có bản tóm tắt:

  Hàn que MIG TIG
Vật liệu Thép các bon, thép hợp kim cao và thấp, thép không gỉ, gang xám và gang dẻo thép kết cấu thông thường, thép không gỉ, thép chịu nhiệt, các hợp kim đặc biệt, hợp kim nhôm, magiê, đồng,.. Thép không gỉ, các hợp kim nhôm và hợp kim magiê, hợp kim titan
Ưu điểm

Hàn được ở mọi tư thế trong không gian.

Dùng được cả dòng một chiều(DC) và xoay chiều(AC).

Hàn MIG sử dụng khí CO2, dễ sản xuất nên giá thành khá thấp.

Năng suất hàn cao gấp hơn 2,5 lần so với hàn hồ quang tay.

Hàn MIG có thể tiến hành ở mọi vị trí không gian khác nhau và ở tất cả các vị trí hàn

Chất lượng hàn cao, Hệ số hoạt động cao.

Do tốc độ hàn cao nên sản phẩm hàn ít bị cong vênh , nguồn nhiệt tập trung, hiệu suất sử dụng nhiệt lớn.

So với hàn hồ quang tay, điều kiện lao động của hàn MIG tốt hơn, quá trình hàn không phát sinh khí độc.

Ít khi phải làm sạch.

Năng suất cao.

Có thể cơ khí hóa trong khi hàn.

Có thể hàn một số lớn kim loại mà không cần dùng chất trợ dung, đảm bảo mối hàn sạch, bỏ được nguyên công làm sạch xỉ hàn.

Có tính linh hoạt hơn

Nung nóng tập trung nên kim loại hàn được ngấu hơn.

Nhược điểm

Năng suất thấp do cường độ hàn bị hạn chế.

Hình dạng ,kích thước và thành phần hóa học mối hàn không đồng đều do tốc độ hàn bị dao động ,làm cho phần kim loại cơ bản tham gia vào mối hàn thay đổi.

Chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt tương đối lớn do tốc độ hàn nhỏ

Bắn tóe kim loại lớn và phải đánh xỉ.

Điều kiện làm việc của thợ hàn mang tính độc hại(do tiếp xúc bức xạ,hơi,khí độc)

Dễ tạo khuyết tật nên chất lượng mối hàn không cao

Thiết bị hàn MIG đắt tiền hơn hàn que.

Tính linh hoạt kém, ít có thể di chuyển nhiều.

Bức xạ nhiệt khá cao

Khí bảo vệ có thể bị thổi lệch vì gió, khó sử dụng trên các công trường

Đòi hỏi thợ hàn có tay nghề cao hơn

Cường độ hồ quang trong hàn TIG rất mạnh làm tăng lượng tia cực tím và từ đó tạo nên ozon và nitơ đioxide. Do đó cần có biện pháp bảo vệ da mà mắt khỏi tác hại của hồ quang hàn bằng cách mặt đồ bảo hộ phù hợp và đeo kính có số phù hợp.

Khi làm việc trong môi trường chật hẹp, khí bảo vệ trong hàn TIG có thể tăng lên và thay thế oxy. Cần phải đảm bảo có phương án thông khí phù hợp

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Google Site, Vật liệu cơ khí và công nghệ kim loại, https://sites.google.com/site/vlckcnkl/chuong-xi-cong-nghe-han/11-1-khai-niem-va-phan-loai

[2]  Meta, Máy hàn TIG là gì và nguyên lý hoạt động của máy hàn TIG, https://meta.vn/hotro/may-han-tig-la-gi-va-nguyen-ly-hoat-dong-cua-may-han-tig-1393

[3] Công ty cổ phần ĐT & PT Công nghệ Nam Vương, Nguyên lý và cấu tạo máy hàn MIG

https://mayhannamvuong.com/blog/nguyen-ly-cau-tao-ve-may-han-mig

[4] AlphaTech, Các phương pháp hàn kim loại tốt nhất hiện nayhttps://cokhialphatech.vn/cac-phuong-phap-han-kim-loai/#5_Han_que_han_ho_quang_tay

[5] Uniduc, Hàn laser là gì? Nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của hàn laserhttps://uniduc.com/vi/blog/han-laser

[6] MC, Khi nào hàn TIG và khi nào hàn MIG? Cách phân biệt hàn TIG, hàn MIG, https://mcvn.com.vn/khi-nao-han-tig-va-khi-nao-han-mig





Print   Email

Related Articles

BỘ LY HỢP TRONG XE Ô TÔ SỐ SÀN