HÀN LẠNH LÀ GÌ? (ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG)
Hàn nguội, hay hàn tiếp xúc, là một quá trình hàn ở trạng thái rắn, yêu cầu ít hoặc không cần nhiệt hoặc nhiệt hạch để nối hai hoặc nhiều kim loại lại với nhau. Thay vào đó, năng lượng được sử dụng để tạo mối hàn ở dạng áp suất. Trong quá trình hàn nguội, không giống như các quá trình hàn nóng chảy, không có chất lỏng hoặc pha nóng chảy trong mối nối như có thể thấy trong các kỹ thuật khác bao gồm hàn hồ quang, hàn ma sát hoặc hàn laze.
Còn được gọi là hàn áp lực lạnh, quá trình nối kim loại không dùng nhiệt này lần đầu tiên được công nhận vào những năm 1940, mặc dù lịch sử của hàn lạnh đã có từ xa xưa. Được sử dụng rộng rãi để nối dây cũng như nối hai kim loại với nhau trong không gian, quy trình này có nhiều ứng dụng trong toàn ngành.
Làm thế nào nó hoạt động?
Trước khi hàn nguội có thể nối hai hoặc nhiều kim loại lại với nhau, các lớp oxit trên bề mặt vật liệu cần phải được loại bỏ. Hầu hết các kim loại (ở điều kiện thường) đều có một lớp oxit trên bề mặt tạo thành màng ngăn không cho các nguyên tử kim loại liên kết với nhau. Một khi lớp oxit này được loại bỏ, các kim loại có thể được ép lại với nhau dưới áp suất cao để tạo ra các liên kết luyện kim. Lớp oxit có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng bàn chải sắt, tẩy dầu mỡ hoặc các kỹ thuật hóa học hoặc cơ học khác.
Sau khi được làm sạch, các kim loại có thể được ép lại với nhau, nhưng các vật liệu này cần phải dẻo và không được làm cứng nghiêm trọng. Kết quả là, các kim loại mềm hơn thường được ưa chuộng hơn khi hàn nguội.
Quá trình hàn nguội đã gây ra các vấn đề cơ học trong các vệ tinh đời đầu và các tàu vũ trụ khác vì quá trình này không loại trừ chuyển động tương đối giữa các bề mặt được nối. Điều này có nghĩa là độ bám dính, sự mài mòn và vết nứt có thể chồng lên nhau, ví dụ, hàn nguội và sự nhăn nheo có thể xảy ra cùng một lúc. Tuy nhiên, về mặt tích cực, khả năng hợp nhất các kim loại với nhau mà không cần pha lỏng hoặc nóng chảy cho phép các phi hành gia làm việc nhanh chóng và hiệu quả bên ngoài tàu vũ trụ để thực hiện bất kỳ công việc sửa chữa cần thiết nào.
Hàn lạnh cũng có thể được thực hiện ở cấp độ nano, với các minh chứng cho thấy các dây nano vàng siêu mỏng đơn tinh thể (có đường kính dưới 10 nm) có thể được nối trong vòng vài giây thông qua tiếp xúc cơ học. Các kết quả đã được chứng minh là gần như hoàn hảo, với cùng hướng tinh thể, độ dẫn điện và độ bền như phần còn lại của dây nano. Mối hàn chất lượng cao này là do kích thước mẫu ở cấp độ nano, cơ chế khuếch tán bề mặt được hỗ trợ cơ học và cơ chế đính kèm định hướng. Hàn lạnh cấp độ nano đã được chứng minh để nối vàng với bạc và bạc với bạc.
Giải thích về cách hoạt động của hàn nguội, Richard Feynman đã lưu ý trong ‘Bài giảng Feynman’ của mình rằng, “Lý do của hành vi bất ngờ này là khi các nguyên tử tiếp xúc với nhau đều thuộc cùng một loại, thì không có cách nào để các nguyên tử ‘biết’ điều đó. chúng ở trong những miếng đồng khác nhau. Khi có các nguyên tử khác, trong oxit và dầu mỡ và các lớp chất gây ô nhiễm bề mặt mỏng phức tạp hơn ở giữa, thì các nguyên tử ‘biết’ khi chúng không ở trên cùng một bộ phận.
Lịch sử
Hàn lạnh lần đầu tiên được công nhận là một hiện tượng vào những năm 1940, nhưng lịch sử đằng sau các kỹ thuật hàn lạnh đã có từ rất lâu.
Các nhà khảo cổ học đã tìm thấy các công cụ thời đại đồ đồng được nối bằng cách hàn nguội, nhưng thí nghiệm khoa học đầu tiên về phương pháp này đã không được tiến hành cho đến năm 1724 khi Mục sư John Theophilus Desaguliers sử dụng hai quả bóng chì để kiểm tra khái niệm này bằng cách giữ chúng lại với nhau và xoắn chúng lại với nhau. anh ấy nhận thấy rằng họ đã bị mắc kẹt với nhau. Thử nghiệm sâu hơn đã chứng minh rằng liên kết được hình thành có cùng độ bền với kim loại gốc.
Thuận lợi
Hàn nguội mang lại một số lợi thế so với các quy trình hàn khác, bao gồm:
1. Không có HAZ
Hàn nguội không tạo ra vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) , giúp giảm đáng kể nguy cơ thay đổi cơ học hoặc hóa học tiêu cực đối với vật liệu cơ bản được nối.
2. Mối hàn chắc chắn, sạch sẽ
Hàn lạnh có thể cung cấp các mối hàn sạch ít nhất là bền bằng vật liệu yếu nhất. Quá trình hàn này không tạo thành các hợp chất intermetallic giòn tại điểm nối.
3. Ghép các vật liệu không giống nhau
Các kim loại khác nhau khó nối bằng các kỹ thuật khác, chẳng hạn như nhôm và đồng, có thể được nối bằng hàn lạnh.
4. Hàn nhôm
Không chỉ khi nối đồng với nhôm thì hàn nguội mới cho thấy lợi ích của nó, vì kỹ thuật này cũng có thể được sử dụng để hàn các dòng nhôm 2xxx và 7xxx, điều mà không thể sử dụng bất kỳ kỹ thuật hàn kim loại nào khác.
Nhược điểm
Mặc dù hàn nguội mang lại một số ưu điểm đáng chú ý, nhưng cũng có những hạn chế liên quan đến kỹ thuật này. Những nhược điểm này khiến hàn nguội khó được coi là phương pháp nối chính trong hầu hết các trường hợp. Tuy nhiên, như đã trình bày ở trên, hàn nguội vẫn có thể có lợi trong một số trường hợp. Các vấn đề và thách thức của hàn lạnh bao gồm:
1. Sạch sẽ
Vấn đề chính của hàn nguội là vật liệu cần phải sạch và không có oxit để tạo ra mối hàn đạt yêu cầu. Điều này có thể khó đạt được cũng như tốn kém và khó quản lý trong môi trường sản xuất khối lượng lớn.
2. Loại vật liệu
Có những hạn chế đối với các loại vật liệu có thể được hàn nguội với nhau vì kim loại phải dẻo và không thể trải qua quá trình làm cứng nghiêm trọng. Ngoài ra, không thể nối các kim loại có chứa bất kỳ dạng carbon nào bằng kỹ thuật này.
3. Hình dạng vật liệu
Sự bất thường trên bề mặt kim loại có thể gây khó khăn cho việc nối chúng, ngay cả khi tất cả các bước khác đã được thực hiện. Hàn nguội yêu cầu vật liệu phải có hình dạng đều đặn và không có bề mặt bất thường. Các mối hàn nguội mạnh nhất đạt được với các bề mặt phẳng, đều đặn.
Các ứng dụng
Đối với tất cả những thách thức mà kỹ thuật này đặt ra, hàn lạnh có nhiều ứng dụng khác nhau trong toàn ngành.
Ứng dụng phổ biến nhất của phương pháp này là hàn dây, nơi mà năng lượng nhiệt có thể là một vấn đề. Hàn nguội có thể đảm bảo các mối nối dây điện nhanh và chắc và thường được sử dụng với nhôm, đồng thau 70/30, đồng, vàng, niken, bạc, hợp kim bạc và kẽm.
Hàn nguội cũng tốt cho việc nối các kim loại khác nhau mà khó có thể hàn một cách hiệu quả. Đặc biệt hữu ích khi hàn đồng và nhôm với nhau, phương pháp này cũng có thể hàn các chuỗi vật liệu nhôm 2xxx và 7xxx với nhau.
Được sử dụng trong các ngành công nghiệp bao gồm hàng không vũ trụ và ô tô, hàn lạnh thường được sử dụng để tạo ra các khớp nối đối đầu hoặc khớp nối.
Câu hỏi thường gặp:
Kim loại nào có thể được hàn nguội?
Kim loại được hàn nguội cần phải dẻo nhưng kỹ thuật này thường được sử dụng để nối nhôm (bao gồm cả các loại không hàn được như dòng 7XXX), hợp kim đồng thau 70/30, đồng, kẽm, bạc và hợp kim bạc, niken và vàng, đặc biệt là như Dây điện.
Hàn nguội cũng có thể được sử dụng để nối các kim loại như thép không gỉ dưới áp lực lớn.
Các kim loại có chứa carbon không thể được hàn nguội với nhau.
Hàn lạnh có mạnh không?
Hàn nguội có thể cung cấp một liên kết mạnh như chính vật liệu gốc nếu các điều kiện phù hợp. Như đã đề cập ở trên, điều này có nghĩa là các kim loại phải dẻo, được làm sạch các oxit trên bề mặt và lý tưởng nhất là có hình dạng đều đặn. Các vật liệu không thể được làm cứng nghiêm trọng hoặc chứa cacbon.
Bất chấp những yếu tố này, hàn nguội có thể tạo ra một số mối hàn chắc nhất có thể.
Hàn lạnh có vĩnh viễn không?
Hàn nguội có thể tạo ra các mối hàn vĩnh cửu trong điều kiện thích hợp. Nếu được thực hiện chính xác, mối nối chỉ có thể bị đảo ngược khi phôi gia công bị hư hại. Tuy nhiên, nếu hàn nguội không được thực hiện trong điều kiện thích hợp, các mối nối sẽ dễ bị hỏng.
Phần kết luận
Hàn lạnh là một kỹ thuật liên kết độc đáo có thể tạo ra các liên kết rất bền mà không cần sử dụng nhiệt. Nó đã được sử dụng từ thời đại đồ đồng, nhưng chỉ thực sự bắt đầu được hiểu một cách khoa học vào thế kỷ 16.
Mặc dù có những thách thức với hàn nguội, nhưng khi được thực hiện đúng cách, nó có thể liên kết các vật liệu khác nhau và thậm chí một số loại nhôm ‘không thể hàn được’. Thường được sử dụng để nối dây, hàn lạnh cũng được sử dụng trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ và ô tô.
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
