Hàn – Giải thích 12 kiểu hàn

Hàn là một quá trình chế tạo liên kết hai hoặc nhiều kim loại bằng cách sử dụng nhiệt, áp suất hoặc cả hai để tạo thành một liên kết bền vững và lâu dài. Các vật liệu có thể hàn thường bao gồm kim loại và nhựa nhiệt dẻo, nhưng cũng có thể hàn các vật liệu khác như gỗ.

Hàn hiện đại được tiên phong vào năm 1800 khi Sir Humphry Davy đánh hồ quang điện bằng pin và hai điện cực carbon. Kể từ đó, hàn đã phát triển thành các dạng rất linh hoạt, mở đường cho việc sử dụng nó trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ các dự án DIY nhỏ đến các cụm sản xuất quy mô lớn.

Các quy trình hàn khác nhau là một yếu tố chính trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp và do đó, hãy hiểu cách thức hoạt động của các quy trình này và các nguyên tắc đằng sau chúng.

Công việc hàn như thế nào?

Hàn là một quá trình nhiệt độ cao làm tan chảy các vật liệu cơ bản. Đây cũng là yếu tố khác biệt chính so với hàn thiếc và hàn đồng thau khi chỉ có vật liệu độn bị nóng chảy và không xảy ra phản ứng tổng hợp giữa các vật liệu cơ bản.

Hàn hoạt động bằng cách nối hai hoặc nhiều phôi với nhau ở nhiệt độ cao. Nhiệt tạo ra một vũng hàn của vật liệu nóng chảy, sau khi trải qua quá trình làm mát, đông đặc lại thành một mảnh, tạo thành mối hàn. Mối hàn thậm chí có thể mạnh hơn các kim loại cơ bản.

Có nhiều kiểu hàn khác nhau nhưng tất cả chúng đều liên quan đến nhiệt hoặc áp suất để làm nóng chảy các kim loại để tạo ra các mối hàn. Nguồn nhiệt hoặc áp suất có thể khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng và vật liệu được sử dụng.

Kim loại được biết đến là vật liệu hàn phổ biến nhất, do các nguyên tắc hàn dễ dàng và đơn giản của chúng. Hàn nhựa cũng khá phổ biến nhưng hàn gỗ mới chỉ ở giai đoạn sơ khai.

Quá trình hàn bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, chẳng hạn như nhu cầu về dụng cụ bổ sung cụ thể, khí bảo vệ, điện cực hàn và vật liệu độn. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn một số phương pháp hàn phổ biến nhất được sử dụng ngày nay và tìm hiểu điều gì làm cho mỗi phương pháp trở nên độc đáo.

Các loại hàn khác nhau

Mặc dù khái niệm cơ bản về hàn khá đơn giản, nhưng chúng tôi phân loại chúng theo nguồn năng lượng được sử dụng. Khi chúng tôi chia nhỏ các danh mục con này hơn nữa, chúng tôi có thể tìm hiểu sâu hơn về các nguyên tắc hoạt động đằng sau mỗi phương pháp riêng biệt.

hàn hồ quang

Hàn hồ quang bao gồm một số quy trình hàn nổi tiếng nhất và đây rất có thể là những gì bạn nghĩ đến khi hình dung quy trình hàn nói chung. Trong các quy trình này, một hồ quang điện tạo ra nhiệt giữa điện cực và kim loại được hàn. Điện cực có thể là loại tiêu hao hoặc không tiêu hao và nguồn điện của nó có thể thay đổi từ dòng điện xoay chiều (AC) sang dòng điện một chiều (DC).

Hàn MIG/MAG

Hàn hồ quang kim loại bằng khí (GMAW) , còn được gọi là hàn MIG/MAG (khí trơ kim loại/khí hoạt tính kim loại), sử dụng điện cực dây liên tục được cấp qua súng hàn. Khi hồ quang điện làm nóng chảy dây điện cực, sau đó nó được hợp nhất cùng với các kim loại cơ bản trong vũng hàn.

Khí bảo vệ được cung cấp đồng thời cho khu vực mối hàn để tạo ra một lớp bảo vệ khỏi nhiễm bẩn khí quyển.

Sự đơn giản của kỹ thuật hàn này cho phép nó trở thành một trong những lựa chọn ưu tiên cho hàn công nghiệp, sản xuất, xây dựng và cho lĩnh vực ô tô. GMAW đã thay thế khá nhiều phương pháp hàn hydro nguyên tử (AHW) , chủ yếu là do sự sẵn có của khí trơ rẻ tiền.

hàn TIG

Hàn khí trơ vonfram sử dụng điện cực vonfram không tiêu hao và khí bảo vệ trơ. Ngược lại với hàn MIG/MAG, việc sử dụng kim loại phụ riêng biệt trong các mối hàn TIG là tùy chọn và phụ thuộc vào dự án.

Quy trình hàn hồ quang vonfram khí (GTAW) tạo ra các mối hàn chính xác và chất lượng cao với độ ngấu lớn khiến nó phù hợp cho một số ứng dụng, chẳng hạn như ngành hàng không vũ trụ và ô tô. Mặc dù hàn TIG có đường cong học tập dốc hơn so với hàn MIG, nhưng nhiều tính năng và chức năng có thể điều chỉnh của máy hàn TIG làm cho nó trở thành một quy trình rất linh hoạt.

Hàn hồ quang kim loại được bảo vệ

Hàn hồ quang kim loại có che chắn (SMAW) còn được gọi là hàn hồ quang kim loại thủ công (MMAW/MMA) hoặc chỉ hàn que, sử dụng điện cực kim loại phủ thuốc trợ tiêu hao để nối các kim loại.

Khi chúng ta chạm vào điện cực bằng kim loại cơ bản, nó sẽ tạo ra một vòng cung làm nóng chảy các vật liệu trong vũng hàn. Chất trợ dung giải phóng khí bảo vệ để bảo vệ kim loại mối hàn khỏi bị nhiễm bẩn. Cặn xỉ được loại bỏ sau quá trình làm mát bằng cách sử dụng các công cụ cửa hàng phổ biến như bàn chải sắt.

SMAW là một quy trình hàn đáng tin cậy mang lại tính linh hoạt trong việc hàn các kim loại khác nhau và các điều kiện khác nhau. Nó cũng di động và nhẹ, không cần bình xăng như một số phương pháp hàn khác đã đề cập trước đây. Điện cực hàn đi kèm như một que hàn, làm cho nó trở nên hoàn hảo cho không gian chật hẹp và các vị trí hàn khó xử lý.

Hàn hồ quang thông lượng

Hàn hồ quang lõi trợ dung (FCAW) là một quá trình tự động hoặc bán tự động sử dụng điện cực hàn có chứa lõi trợ dung hoạt động như một tác nhân che chắn. Bảo vệ bổ sung khỏi các chất gây ô nhiễm được gọi là FCAW được bảo vệ kép, trong đó khí bảo vệ được sử dụng cùng với điện cực lõi thuốc trợ dung.

FCAW rất phù hợp với kim loại đen và các hoạt động yêu cầu ít làm sạch trước. Nó được sử dụng tốt nhất để sửa chữa, đường ống, đóng tàu, hàn ngoài trời và dưới nước vì khả năng bảo vệ đáng kinh ngạc của nó khỏi các điều kiện bên ngoài.

Mặc dù FCAW và GMAW là hai loại hàn riêng biệt, sự khác biệt chính duy nhất nằm ở việc che chắn vùng hàn bằng cách sử dụng điện cực và khí bảo vệ.

Hàn khí

Hàn khí, hoặc hàn nhiên liệu oxy, là một trong những hình thức hàn dựa trên nhiệt lâu đời nhất sử dụng khí oxy và nhiên liệu để nối các bề mặt kim loại. Phương pháp hàn này thường sử dụng axetylen hoặc xăng làm khí nhiên liệu, khiến nó được gọi là oxyaxetylen, hàn oxy-xăng. Các loại khí khác, chẳng hạn như hydro và propan, có thể được sử dụng để hàn và hàn kim loại màu nhưng chúng không tạo ra đủ nhiệt để làm nóng chảy thép.

Một tính chất độc đáo của hàn khí là nó không chạy bằng điện, làm cho nó trở thành một lựa chọn khả thi nếu không có sẵn. Phương pháp hàn này cho phép kết hợp giữa kim loại màu và kim loại màu và cho phép hàn cả các phần kim loại mỏng và thép tấm. Quá trình này tương đối dễ học và chi phí thấp về bản chất.

Thiết bị tương tự có thể được sử dụng để cắt nhiên liệu oxy khi điều chỉnh lưu lượng khí để thao tác với cấu hình ngọn lửa.

hàn plasma

Hàn hồ quang plasma hoạt động theo một khái niệm tương tự như hàn TIG, nhưng mỏ hàn được thiết kế theo cách mà khí trơ thoát ra khỏi vòi với tốc độ cao hơn trong một đường hẹp và hẹp. Plasma được tạo ra khi hồ quang được chạm vào khí trơ, bị ion hóa khi nó chảy vào khu vực. Điều này dẫn đến nhiệt độ hàn lên tới 28000 °C, có thể làm tan chảy bất kỳ kim loại nào. Nhiệt độ hoạt động cao của mỏ hàn plasma (cùng với mỏ hàn khí), cho phép các quy trình được sử dụng để hàn và cắt.

Hàn plasma là một trong những kỹ thuật hàn sạch nhất vì nhiệt tập trung cao tạo ra một hạt hẹp, dẫn đến sự bắn tóe tối thiểu . Nó hoàn hảo cho các ứng dụng như sản xuất hàng không vũ trụ đòi hỏi độ chính xác cao. Hàn plasma là một trong những quy trình hàn tự động được tìm kiếm nhiều nhất vì nó hoạt động với chi phí vận hành thấp trong khi cung cấp các mối hàn chính xác và gọn gàng.

Hàn hồ quang chìm

Hàn hồ quang chìm (SAW) hoạt động tương tự như SMAW, giúp bảo vệ kim loại mối hàn bằng cách sử dụng chất trợ dung. Công nghệ hàn đằng sau quy trình hàn tự động hoặc bán tự động này sử dụng một phễu trợ dung riêng biệt để lắng kim loại phụ dạng hạt vào mối hàn.

Kỹ thuật hàn này tạo ra các mối hàn ổn định và sạch sẽ, giúp nó tốt hơn hầu hết các quy trình hàn thủ công thông thường. Đó là một lựa chọn tuyệt vời cho các kim loại như niken, thép và thép không gỉ và thường được sử dụng để sản xuất đường ống, bình chịu áp lực và nồi hơi.

Phương pháp han băng điện trở

Hàn điện trở hoặc hàn áp lực sử dụng áp suất và dòng điện giữa hai bề mặt kim loại để tạo ra phản ứng tổng hợp. Các phôi được đặt tiếp xúc với nhau ở áp suất cao với dòng điện đi qua điểm tiếp xúc. Điện trở trong kim loại tạo ra nhiệt làm nóng chảy các bề mặt kim loại của phôi.

hàn điểm

Hàn điểm điện trở (RSW) sử dụng hai điện cực để ép các kim loại chồng lên nhau trong khi dòng điện hàn được đưa qua các kim loại điện trở. Nhiệt được tạo ra và các bề mặt kim loại hợp nhất với nhau để tạo ra mối hàn có hình dạng nút hoặc cục kim loại.

Kim loại được nung chảy bằng cách sử dụng một lượng lớn năng lượng trong một khoảng thời gian ngắn (khoảng 10-100 mili giây) nối với các phôi gia công gần như ngay lập tức. Khu vực xung quanh mối hàn không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ quá cao, do đó vùng bị ảnh hưởng nhiệt là tối thiểu khi hàn điểm.

Hàn điểm thường được tự động hóa bằng cách sử dụng robot hàn. Điều này làm cho nó trở thành một trong những phương pháp hàn hiệu quả nhất được sử dụng trong dây chuyền lắp ráp và do đó là sự lựa chọn hấp dẫn cho ngành công nghiệp ô tô, điện tử và sản xuất.

Hàn đường may

Hàn đường may là một tiểu thể loại của hàn điểm sử dụng hai bánh xe điện cực để tạo áp suất trong khi dòng điện được cấp qua phôi. Máy hàn có thể tạo ra các cốm hàn riêng lẻ cho phôi bằng cách cấp dòng điện cách quãng hoặc có thể liên tục, tùy thuộc vào dự án.

Các mối nối được tạo ra bằng cách hàn đường điện trở rất chặt chẽ và quá trình này cực kỳ nhanh chóng và sạch sẽ, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho hàn tự động. Ngành công nghiệp kim loại tấm sử dụng hàn đường may để sản xuất hộp thiếc, bộ tản nhiệt và trống thép.

Hàn laser

Hàn chùm tia laser (LBW) sử dụng, như tên gọi, chùm tia laser làm nguồn nhiệt tập trung để làm nóng chảy kim loại và tạo mối hàn. Mật độ công suất cao của LBW dẫn đến các vùng bị ảnh hưởng nhiệt nhỏ. Kích thước điểm của tia laser nằm trong khoảng từ 0,2 đến 13 mm, phù hợp với các vật liệu hàn có độ dày khác nhau, tạo ra kết quả tốt hơn so với quy trình hàn thông thường.

Hàn laser nhanh chóng tạo ra các mối hàn chất lượng cao với dung sai tốt . Quá trình này thường được tự động hóa và được sử dụng bởi các ngành công nghiệp ô tô, y tế và đồ trang sức.

Mặc dù người ta có thể nghĩ rằng vì mỏ hàn plasma và nhiên liệu oxy có thể được sử dụng cho cả hàn và cắt nên điều này cũng áp dụng cho mỏ hàn laser nhưng điều này nói chung không đúng. Không thể sử dụng đầu cắt laser tiêu chuẩn để hàn và đầu hàn laser không thể đáp ứng tốc độ cắt và chất lượng yêu cầu trong hầu hết các ứng dụng công nghiệp.

Hàn tia điện tử

Hàn chùm tia điện tử (EBW) là một quá trình hàn nhiệt hạch trong đó các điện tử được tạo ra bởi súng điện tử được gia tốc lên tốc độ cao. Chùm điện tử tạo ra động năng khi nó tiếp xúc với các kim loại cơ bản, khiến chúng nóng chảy và tạo thành vũng hàn. Một mối hàn được tạo ra khi khớp nguội đi. Quy trình hàn này được thực hiện trong môi trường chân không có kiểm soát để ngăn các chùm tia phân tán.

Hàn chùm tia điện tử mang lại độ chính xác, làm cho nó trở thành một quy trình có giá trị cho các ứng dụng yêu cầu độ biến dạng tối thiểu. Một số ứng dụng của nó bao gồm linh kiện điện tử, bộ phận máy bay, bể chứa và các bộ phận cầu. EBW cho phép hàn các vật liệu dễ bị nhiễm bẩn.

hàn ma sát

Hàn ma sát là một quá trình trạng thái rắn sử dụng, như tên cho thấy, ma sát để kết hợp các kim loại lại với nhau. Không giống như hầu hết các quy trình hàn, nó không sử dụng mỏ hàn, que hàn hoặc khí bảo vệ để tạo mối hàn. Quá trình này chỉ sử dụng nhiệt sinh ra từ tốc độ quay, dao động hoặc tiếp xúc ngang cao giữa hai kim loại sạch để tạo liên kết. Cặn kim loại hình thành trong quy trình này được loại bỏ sau quá trình làm mát.

Thiết bị hàn được sử dụng trong hàn ma sát thân thiện với môi trường hơn so với các phương pháp khác vì nó không phát ra khói hàn có hại hoặc thải chất độc vào khí quyển. Tính đơn giản của nó làm cho nó trở thành một lựa chọn tuyệt vời để hàn mũi khoan, thanh kết nối, ống trục và van.

An toàn hàn

Tất cả các quy trình sản xuất đều có một số rủi ro và hàn không phải là một ngoại lệ ở đây. Điều quan trọng là phải có kiến ​​thức và thiết bị hàn phù hợp để bảo vệ bạn khỏi mọi mối nguy hiểm. Cùng với việc thực hành các biện pháp phòng ngừa an toàn, việc sử dụng các thiết bị bảo hộ cập nhật, chẳng hạn như mũ hàn, găng tay, v.v., cũng rất cần thiết.

Lời khuyên

Hàn đã trải qua một chặng đường dài kể từ khi được phát hiện vào thời đại đồ đồng khi các phương pháp hàn rèn nguyên thủy được phát triển. Ngày nay, nó đã trở thành một công cụ không thể thay thế được sử dụng bởi những người có sở thích cũng như các ngành công nghiệp quy mô lớn. Nó đã trở thành một trong những động lực của công nghiệp hóa và tiếp tục thay đổi cách mọi thứ được sản xuất cho đến ngày nay.

Khi hàn tiếp tục phát triển, các tiêu chuẩn và định mức của nó cũng được cải thiện theo thời gian. Các khả năng mới liên tục nảy sinh, cho phép chúng tôi hàn các kết hợp vật liệu mới trong khi vẫn đảm bảo và cải thiện độ bền mối hàn cũng như an toàn quy trình. Với những phát triển gần đây trong hàn lai, chúng ta chỉ có thể mong đợi công nghệ hàn tiếp tục định hình tương lai của kỹ thuật.