Helium cho các ứng dụng hàn?

Khi nguồn cung cấp cho vật liệu hàn bị thắt chặt, thợ hàn có thể xem xét các giải pháp thay thế

Hình 1: Một thợ hàn sử dụng khí heli làm khí bảo vệ cho GMAW của thép không gỉ có thể đặt các hạt rộng xuống với tốc độ nhanh hơn so với khi anh ta sử dụng một loại khí bảo vệ khác. Những hạn chế về nguồn cung cấp heli có thể buộc nhiều thợ hàn phải nghiên cứu các giải pháp thay thế cho heli, hoặc ít nhất là cố gắng giảm lượng heli mà họ tiêu thụ trong quá trình hàn.

Các nhà chế tạo không thường xuyên sử dụng helium để hàn, nhưng có thể cần một chai cho công việc mới, có thể gặp phải một chút dịch vụ khách hàng kỳ lạ tại cửa hàng cung cấp vật liệu hàn địa phương. Họ có thể không nhận được khí heli.

Nếu họ làm như vậy, họ có thể bị sốc với số tiền họ phải trả, đặc biệt nếu họ đã mua helium được vài năm rồi. Trên thực tế, một công ty cung cấp khí hàn lớn đã thông báo tăng giá heli và argon, một loại khí khác thường được kết hợp với heli trong hỗn hợp khí, từ 10 đến 18 phần trăm vào đầu tháng Mười. Niềm tin chung là những mức giá cao này sẽ không sớm giảm xuống một cách đáng kể.

Đó có phải là sự thiếu hụt helium không? Điều đó có lẽ không hoàn toàn chính xác, theo Nick Haines, người đứng đầu bộ phận phát triển nguồn helium toàn cầu, Linde.

“Tôi có thể nói rằng hơn 90% nhu cầu hiện đang được đáp ứng. Đại đa số đang nhận được những gì họ cần hoặc gần với những gì họ cần,” ông nói.

Tuy nhiên, đường cung trên biểu đồ helium đang ở trạng thái thay đổi liên tục.

Lượng Heli thế giới sử dụng trong công nghiệp

Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ ước tính rằng mức tiêu thụ helium toàn cầu hiện nay là hơn 6 tỷ feet khối một chút mỗi năm. Haines cho biết nhu cầu toàn cầu có thể sẽ tăng từ 2 đến 4% trong tương lai gần. Trong khi đó, Cục quản lý đất đai Mỹ, cơ quan quản lý trữ lượng heli của nước này ở Amarillo, Texas, đang muốn thoát khỏi ngành kinh doanh cung cấp heli trong vài năm tới. Xem xét Cục Dự trữ Helium Liên bang chiếm khoảng 30 phần trăm nguồn cung cấp heli của thế giới, thật dễ dàng để thấy mọi người có thể lo lắng như thế nào về sự thiếu hụt có thể xảy ra.

Đó là lý do tại sao rất nhiều người sử dụng helium coi chính phủ Hoa Kỳ là vật tế thần. Chính phủ liên bang khuyến khích các nguồn tư nhân bán helium của họ cho nó vì nguyên tố này được coi là quan trọng đối với việc khám phá không gian và sử dụng quân sự trong những năm 1950. Amarillo được chọn làm kho chứa vì khu vực đó của Texas có các mỏ khí đốt tự nhiên với nồng độ heli rất cao. (Helium là sản phẩm phụ của quá trình tinh chế khí tự nhiên. Tuy nhiên, không phải tất cả các mỏ khí tự nhiên đều có nồng độ helium tương tự nhau.) Do đó, chính phủ Hoa Kỳ đã trở thành nhà cung cấp helium chính cho thế giới trong nhiều thập kỷ qua.

Điều tốt cho nước Mỹ thời Chiến tranh Lạnh không có nhiều ý nghĩa đối với một quốc gia vào những năm 1990 đang khẳng định mình trên thị trường toàn cầu. Vì vậy, vào năm 1996, Quốc hội đã quyết định ngừng kinh doanh helium, yêu cầu phải bán hết lượng dự trữ này vào năm 2015. Đến lượt mình, chính phủ đã tăng giá helium để có thể trả khoản nợ phát sinh khi xây dựng nhà máy tinh chế tất cả những năm trước đây.

Vấn đề là helium có thể phục hồi sẽ vẫn còn trong kho dự trữ sau thời hạn năm 2015. Lời khai trước Ủy ban Tài nguyên và Năng lượng Thượng viện Hoa Kỳ vào mùa hè này cho thấy rằng “thời gian sử dụng được” của hồ chứa có thể được kéo dài đến năm 2018 hoặc thậm chí có thể là năm 2020. Một số thành viên của Quốc hội đã đưa ra luật, vào cuối mùa thu này, sẽ giữ nguyên Dự trữ Helium Liên bang mở.

Trong khi đó, khu vực tư nhân đã không tăng cường nguồn cung cấp trước khả năng đóng cửa nguồn helium chính. Các nhà máy tinh chế helium sẽ sớm được đưa vào hoạt động, nhưng đó không phải là điều xảy ra trong một sớm một chiều.

Điều gì xảy ra với helium cho các ứng dụng hàn?] - TheFabricator.com
Hình 2: Khi nói đến nhôm GMAW, sử dụng helium làm khí bảo vệ sẽ tạo ra hình dạng hợp nhất mối hàn khác nhiều so với hình dạng được tạo ra khi argon được sử dụng làm khí bảo vệ.

“Bạn không chỉ xây dựng một nhà máy heli, giống như bạn có thể chọn xây dựng một nhà máy thép hoặc một cửa hàng chế tạo kim loại. Bạn chỉ có thể đặt một nhà máy khí heli ở nơi có nguồn cung cấp khí heli. Và hiện tại chỉ có 14 nguồn helium trên thế giới, và theo ‘nguồn’, ý tôi là một lượng đáng kể các nguồn helium khả thi về mặt thương mại,” Haines nói.

Theo Haines, các mỏ khí tự nhiên có nồng độ helium cao có thể được tìm thấy ở Algeria, Australia và Qatar, trong đó Qatar có một nhà máy lọc dầu mới sẽ đi vào hoạt động vào nửa đầu năm 2013. Dự trữ khổng lồ cũng tồn tại ở Nga, nhưng chúng vẫn chưa được phát triển đầy đủ. Nói tóm lại, khi Hoa Kỳ thoát khỏi vai trò cung cấp heli cho thế giới, các quốc gia khác sẽ tăng cường.

Nếu bạn nhìn vào khía cạnh nhu cầu, mọi thứ cũng đã thay đổi. Chế tạo kim loại vẫn là một ngành tiêu thụ helium khổng lồ dưới dạng khí bảo vệ hàn (xem Helium là một thanh bên của Khí bảo vệ), đặc biệt là với sự bùng nổ của nhiều công việc bằng thép không gỉ và nhôm diễn ra trong các cửa hàng. Nhưng chính sự xuất hiện của hai lĩnh vực khác—ngành công nghiệp y tế và điện tử—đã thực sự thay đổi cách tiêu thụ khí helium.

Bạn đã bao giờ chụp cộng hưởng từ (MRI) chưa? Điều đó có thể thực hiện được nhờ helium, có thể được làm lạnh đến 4 độ Kelvin và được sử dụng để loại bỏ nhiệt từ nam châm khổng lồ và dây siêu dẫn khi từ trường được tạo ra. Haines ước tính rằng thị trường “chất siêu dẫn” sử dụng khoảng 20% ​​nguồn cung helium toàn cầu mỗi năm.

Lĩnh vực điện tử là một lĩnh vực khác đang ngấu nghiến một lượng helium lớn hơn. Màn hình LCD được tìm thấy trên màn hình, TV và thậm chí cả điện thoại di động đều cần khí heli để hoạt động. Chỉ trong 10 năm qua, những mặt hàng này đã trở nên phổ biến và nhu cầu về thiết bị điện tử sẽ tăng lên khi các nền kinh tế mới nổi tiếp tục trưởng thành.

Heli trong hàn

Không cần phải nói, các nhà chế tạo kim loại có thể không biết tất cả các lý do khiến nguồn cung cấp heli gần đây bị hạn chế, nhưng họ đã nhận thấy giá tăng. Đó là lý do tại sao mọi người bắt đầu tìm kiếm các giải pháp thay thế.

Một trong những lĩnh vực phát triển tích cực nhất là hàn thép không gỉ (xem Hình 1 ). Kevin Lyttle, nhà khoa học phát triển cao cấp của Praxair Inc., cho biết đây là trọng tâm chính ngay từ đầu vì có rất nhiều ứng dụng hàn thép không gỉ và khả năng tìm ra các chất thay thế khả thi cho helium cho những công việc đó.

“Ví dụ, bạn có thể sử dụng hydro để hàn thép không gỉ. Nó có một số đặc tính nhiệt tương tự. Nhưng đặc biệt là ở austenitic, thép không gỉ sê-ri 300, nó không tạo ra các vấn đề mà chúng ta có thể gặp phải nếu nó được sử dụng trên thép carbon,” Lyttle nói. “Nó không phản ứng, và nó có thể hòa tan trong vật liệu.”

Anh ấy thừa nhận làm việc với nhôm là một thách thức lớn hơn. Việc tìm kiếm một giải pháp thay thế cho hỗn hợp helium/argon mang lại các đặc tính tương tự, chẳng hạn như tính dẫn nhiệt, đã không thành công như công việc được thực hiện với thép không gỉ.

“Có một lý do mà mọi người sử dụng helium. Nó có một số lợi ích cụ thể,” Lyttle nói.

Có lẽ hy vọng lớn nhất cho những người thợ hàn muốn sống mà không có, hoặc ít nhất là với ít hơn, helium dựa vào khả năng điều chỉnh toàn bộ hồ quang kim loại khí hoặc quy trình hàn lõi thuốc trợ dung—dây tiêu hao, khí bảo vệ và cài đặt nguồn điện cho một mục đích cụ thể. ứng dụng hàn. Lyttle nói rằng các dạng sóng tùy chỉnh có thể giải quyết vấn đề khi thiếu khí che chắn thay thế.

Ví dụ, tính dẫn nhiệt của khí bảo vệ rất quan trọng vì nhiệt độ cao có thể ảnh hưởng đến hình dạng của đường hàn và tốc độ của mối hàn. Nếu một thợ hàn chọn sử dụng một loại khí khác thay vì helium, người đó có thể mất một số khả năng cung cấp nhiệt lượng cao trong quá trình hàn. Tuy nhiên, Lyttle cho biết một dạng sóng tùy chỉnh có thể điều chỉnh đỉnh điện áp cao hơn trong quá trình hàn để có thể cải thiện các đặc tính truyền nhiệt. Cách tiếp cận này cũng mang lại hy vọng cho một số chất thay thế heli cũng xuất hiện cho các ứng dụng nhôm.

Trong các lĩnh vực sản xuất khác, mục tiêu có thể chỉ đơn giản là hạn chế sử dụng khí heli. Lyttle đã chỉ ra việc sử dụng tia laser CO 2 cho các ứng dụng hàn là một ví dụ.

Theo truyền thống, helium được sử dụng làm khí bảo vệ trong hàn laser CO 2 , nhưng nó được cung cấp theo cách kém hiệu quả cho khu vực. Theo cách mô tả đơn giản nhất, một ống đồng chỉ cần làm ngập khu vực hàn bằng khí heli khi tia laser được kích hoạt.

“Đó là một cách tốn kém để vận hành quy trình, nhưng đó là cách mà mọi người đang làm vì trong tổng chi phí vận hành, việc sử dụng khí heli không phải là một yếu tố quan trọng—cho đến gần đây,” Lyttle nói.

Để bảo tồn helium, Lyttle nói rằng các nhà nghiên cứu đang xác định xem có thể thêm một tỷ lệ nhỏ argon vào hỗn hợp khí che chắn để mang lại kết quả tương tự hay không. Họ cũng đang xem xét các phương pháp phân phối mới, một số phương pháp tương tự như vòi phun mà thợ hàn có thể sử dụng khi hàn hồ quang vonfram khí.

Ngay cả các hoạt động sản xuất cấu hình thấp như phát hiện rò rỉ cũng không tránh khỏi sự siết chặt khí heli. Trong khi helium đã từng là loại khí chính được sử dụng trong thiết bị phát hiện rò rỉ, ngày nay các nhà sản xuất thiết bị đang xem xét hỗn hợp heli/nitơ hoặc hydro như những chất thay thế.

Sự sẵn có của helium chắc chắn sẽ được cải thiện trong tương lai gần, nhưng không ai thực sự có thể chắc chắn nhu cầu sẽ tăng như thế nào trong cùng khoảng thời gian đó. Điều đó khiến các nhà chế tạo kim loại phải đưa ra một số quyết định. Liệu nguồn cung helium khan hiếm hiện tại có buộc cửa hàng phải theo đuổi các giải pháp thay thế hay sự thiếu hụt tạm thời này chỉ là một luồng không khí nóng?

Helium như một khí bảo vệ

Helium là khí trơ, có nghĩa là nó không trải qua bất kỳ thay đổi hóa học nào khi tiếp xúc với các chất khác. Đặc điểm đó đặc biệt quan trọng trong thế giới hàn khí bảo vệ. Bởi vì hiệu suất của helium là nhất quán, các nhà nghiên cứu có ý tưởng tốt về tác động của nó đối với bất kỳ loại ứng dụng hàn nào.

Helium thể hiện tính dẫn nhiệt tốt. Đó là lý do tại sao nó thường được sử dụng cho những ứng dụng mối hàn cần đầu vào nhiệt cao hơn để cải thiện độ ẩm của mép hàn. Khí cũng hữu ích để cho phép tốc độ di chuyển cao hơn.

Helium thường được trộn với lượng argon khác nhau trong hỗn hợp khí bảo vệ để tận dụng các đặc tính tốt của cả hai loại khí. Ví dụ, helium như một loại khí bảo vệ có thể giúp tạo ra kiểu thâm nhập rộng hơn và nông hơn trong quá trình hàn (xem Hình 2 ). Tuy nhiên, helium không thể mang lại tác dụng làm sạch như argon.

Vì vậy, các nhà chế tạo kim loại thường coi hỗn hợp argon/heli là một phần trong quy trình làm việc của họ. Đối với hàn hồ quang kim loại khí, heli có thể chiếm từ 25% đến 75% hỗn hợp khí trong hỗn hợp heli/argon. Bằng cách điều chỉnh thành phần của hỗn hợp khí bảo vệ, thợ hàn có thể tác động đến sự phân bố nhiệt đến mối hàn và sau đó là hình dạng của mặt cắt ngang kim loại mối hàn và tốc độ hàn.

Đối với hàn hồ quang vonfram khí (GTAW), argon tinh khiết thường được sử dụng làm khí bảo vệ. Hỗn hợp helium/argon có thể được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu truyền nhiệt cao, nhưng những ứng dụng đó không phổ biến. Heli nguyên chất hoặc hỗn hợp có tỷ lệ heli cao đôi khi được sử dụng với các máy GTAW có điện cực âm một chiều. Các ứng dụng này thường liên quan đến hàn đường may.

Thông tin liên hệ tư vấn

Để biết thêm thông tin chi tiết và có giá tốt nhất, vui lòng liên hệ chúng tôi:

CÔNG TY CỔ PHẦN DIMEC

Hotline: 0966.92.0404

Email: info@dimec.vn

Website: dimec.vn

Trụ sở chính: Số 285 Phúc Lợi, P. Phúc Lợi, Q. Long Biên, TP. Hà Nội

CN Đà Nẵng: Lô 11, Khu A4, đường Nguyễn Sinh Sắc, P. Hòa Minh, Q. Liên Chiểu, TP. Đà Nẵng

CN Hồ Chí Minh: Số 84 đường 10, KĐT Vạn Phúc, P. Hiệp Bình Phước, TP. Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh

Bài viết liên quan

0966.92.0404