12 loại hàn chính: Chúng được sử dụng để làm gì?

Hàn là một quy trình sản xuất sử dụng nhiệt, áp suất hoặc cả hai để nối hai hoặc nhiều vật liệu lại với nhau thành một mối liên kết bền chắc và vĩnh cửu. Các vật liệu thường được hàn là kim loại và nhựa nhiệt dẻo, nhưng các vật liệu khác, chẳng hạn như gỗ, cũng có thể được hàn.

Đây là một quy trình then chốt trong hầu hết các ngành công nghiệp. Chúng ta hãy cùng xem xét cách thức hoạt động và những kiến ​​thức nền tảng hỗ trợ nó.

Quá trình hàn được thực hiện như thế nào?

Hàn là một quá trình ở nhiệt độ cao làm nóng chảy kim loại cơ bản. Đây là điểm khác biệt chính so với hàn thiếc và hàn đồng, vốn chỉ làm nóng chảy vật liệu phụ mà không làm nóng chảy kim loại cơ bản.

Hàn là quá trình nối hai hoặc nhiều chi tiết cần gia công ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ cao tạo ra một vũng kim loại nóng chảy, sau đó nguội đi và đông đặc lại thành một khối rắn duy nhất, tạo thành mối hàn. Mối hàn thậm chí có thể cứng hơn cả kim loại nền.

Có nhiều loại hàn, nhưng tất cả đều sử dụng nhiệt hoặc áp suất để làm chảy kim loại và tạo thành mối hàn. Nguồn nhiệt hoặc áp suất có thể khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng và vật liệu được sử dụng. Do nguyên lý hàn đơn giản và dễ hiểu, kim loại được coi là vật liệu được hàn phổ biến nhất. Hàn nhựa cũng khá phổ biến, trong khi hàn gỗ mới bắt đầu được sử dụng rộng rãi.

Quá trình hàn chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, chẳng hạn như nhu cầu về các dụng cụ chuyên dụng, khí bảo vệ, điện cực và vật liệu hàn. Chúng ta hãy cùng xem xét kỹ hơn một số phương pháp hàn thông dụng nhất và xác định những đặc điểm riêng của chúng.

Các loại hàn khác nhau

Mặc dù khái niệm cơ bản về hàn tương đối đơn giản, nhưng nó có thể được phân loại dựa trên nguồn năng lượng được sử dụng. Khi chúng ta phân tích sâu hơn các tiểu loại này, chúng ta có thể tìm hiểu kỹ hơn về các nguyên tắc hoạt động đằng sau mỗi phương pháp.

Hàn hồ quang

Hàn hồ quang là một quy trình hàn sử dụng nhiệt lượng hồ quang sinh ra giữa điện cực và phôi để làm nóng chảy kim loại cục bộ và dây hàn (hoặc không cần dây hàn) để nối các vật liệu lại với nhau. Que hàn hồ quang Các chi tiết có thể là vật liệu tiêu hao hoặc không tiêu hao. Cả dòng điện xoay chiều (AC) và dòng điện một chiều (DC) đều có thể được sử dụng trong quá trình hàn.

1. Hàn MIG/MAG

Hàn hồ quang kim loại khí (GMAW), còn được gọi là hàn MIG/MAG (kim loại khí trơ/kim loại khí hoạt tính), sử dụng dây hàn liên tục được đưa qua mỏ hàn. Khi hồ quang làm tan chảy dây hàn, nó sẽ kết hợp với kim loại nền trong vũng hàn.

Đồng thời, khí bảo vệ được cung cấp đến khu vực hàn, tạo ra một lớp chắn bảo vệ để ngăn ngừa sự nhiễm bẩn từ môi trường.

Kỹ thuật hàn này dễ sử dụng. Đó là lý do tại sao nó là lựa chọn phổ biến trong hàn công nghiệp, sản xuất, xây dựng và công nghiệp ô tô. Do sự sẵn có của các khí trơ giá rẻ, hàn hồ quang kim loại bằng khí (GMAW) đã thay thế phần lớn hàn hydro nguyên tử (AHW).

2. Hàn TIG

Hàn TIG (hàn khí trơ vonfram) sử dụng điện cực vonfram không tiêu hao và khí bảo vệ trơ. Không giống như hàn MIG/MAG, việc sử dụng kim loại phụ riêng biệt trong hàn TIG có thể được quyết định dựa trên yêu cầu của dự án. Hàn hồ quang vonfram khí (GTAW) tạo ra các mối hàn chính xác, chất lượng cao. Nó cung cấp khả năng xuyên thấu tuyệt vời. Điều này làm cho nó rất phù hợp cho nhiều ứng dụng, như hàng không vũ trụ và ô tô. Đồng thời, máy hàn TIG có nhiều tính năng điều chỉnh được. Điều này làm cho TIG trở thành một quy trình hàn rất linh hoạt.

3. Hàn hồ quang que kim loại

Hàn hồ quang kim loại dính (SMAW), còn được gọi là hàn hồ quang kim loại thủ công (MMAW/MMA) hoặc hàn que, sử dụng điện cực kim loại phủ thuốc hàn để nối các kim loại với nhau.

Khi điện cực chạm vào kim loại nền, một hồ quang được tạo ra, làm nóng chảy vật liệu trong vũng hàn. Thuốc hàn giải phóng khí bảo vệ, giúp bảo vệ kim loại hàn khỏi bị nhiễm bẩn. Sau khi nguội, xỉ hàn có thể được loại bỏ bằng các dụng cụ thông thường như bàn chải sắt.

4. Hàn hồ quang lõi thuốc

Hàn hồ quang lõi thuốc (FCAW) là một quy trình hàn thường được tự động hóa hoặc bán tự động và có thể giảm thời gian hàn lên đến 40% so với phương pháp hàn thủ công truyền thống.

Hàn FCAW sử dụng điện cực lõi thuốc để bảo vệ mối hàn. Ngoài ra, hàn FCAW hai lớp bảo vệ cung cấp thêm lớp bảo vệ chống lại các chất gây ô nhiễm bằng cách sử dụng khí bảo vệ trên điện cực lõi thuốc. So với một số phương pháp hàn khác, hàn FCAW không yêu cầu thiết bị bảo vệ khí bổ sung (đặc biệt là hàn hai lớp bảo vệ), do đó về lâu dài, chi phí thiết bị và vật liệu có thể được giảm đáng kể.

5. Hàn khí

Hàn khí, còn được gọi là hàn oxy-nhiên liệu, là một trong những phương pháp truyền thống nhất để nối kim loại, sử dụng sự kết hợp giữa oxy và khí nhiên liệu như axetylen hoặc propan. Quá trình này tạo ra nhiệt lượng cao làm tan chảy kim loại tại mối nối, cho phép chúng liên kết với nhau. Phương pháp này thường được sử dụng cho cả kim loại đen và kim loại màu, và đặc biệt hiệu quả đối với các vật liệu mỏng.

Một trong những ưu điểm chính của hàn khí là không cần điện, do đó rất tiện lợi khi sử dụng ở những khu vực thiếu điện. Thiết bị này tương đối dễ vận hành và có giá thành thấp hơn các phương pháp hàn khác, nên rất được ưa chuộng cho các dự án nhỏ và tự làm (DIY). Hàn khí cũng có thể được sử dụng để cắt bằng oxy-nhiên liệu, mang lại tính linh hoạt với cùng một thiết bị.

Mặc dù là một phương pháp lâu đời, hàn khí vẫn hiệu quả cho nhiều ứng dụng. Khả năng điều chỉnh hình dạng ngọn lửa bằng cách điều tiết lưu lượng khí cho phép kiểm soát chính xác, làm cho nó phù hợp với các công việc tinh tế như hàn đồng và hàn các tấm kim loại mỏng. Đây là một kỹ thuật đáng tin cậy và dễ tiếp cận cho nhiều nhu cầu gia công kim loại khác nhau.

6. Hàn plasma

Hàn hồ quang plasma hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự như hàn TIG, nhưng thiết kế mỏ hàn độc đáo cho phép khí trơ được phun ra từ vòi phun với vận tốc cao hơn, chảy theo một đường hẹp hơn. Khi khí tiếp xúc với hồ quang, plasma được hình thành và ion hóa khi đi vào vùng hàn, tạo ra nhiệt độ cực cao. Điều này cho phép nhiệt độ hàn đạt khoảng 28.000°C, đủ cao để làm tan chảy hầu hết mọi kim loại.

Do có thể tạo ra nhiệt độ hoạt động rất cao, mỏ hàn hồ quang plasma không chỉ thích hợp cho hàn chính xác mà còn cho cả cắt kim loại. Trong quá trình hàn, hồ quang plasma cung cấp nhiệt lượng tập trung cao, tạo ra các mối hàn mịn hơn và tốc độ hàn nhanh hơn, đặc biệt phù hợp cho gia công kim loại đòi hỏi độ chính xác cao và cấu trúc phức tạp.

7. Hàn hồ quang chìm

Hàn hồ quang chìm (SAW) hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự như hàn hồ quang kim loại dính (SMAW), sử dụng chất trợ dung để bảo vệ kim loại mối hàn. Quá trình hàn tự động hoặc bán tự động này sử dụng một phễu chứa chất trợ dung riêng biệt để lắng đọng kim loại phụ dạng hạt lên mối hàn.

Kỹ thuật hàn này tạo ra các mối hàn đồng nhất, sạch sẽ, vượt trội so với hầu hết các quy trình hàn thủ công truyền thống. Đây là lựa chọn tuyệt vời cho các kim loại như niken, thép và thép không gỉ, và thường được sử dụng trong chế tạo ống, bình chịu áp lực và nồi hơi.

Hàn điện trở

Hàn điện trở, hay hàn áp lực, bao gồm việc tác dụng áp lực và dòng điện giữa hai bề mặt kim loại để tạo ra mối hàn nóng chảy. Hai chi tiết cần hàn được đưa lại gần nhau dưới áp lực cao, và dòng điện được truyền qua các điểm tiếp xúc. Điện trở trong kim loại tạo ra nhiệt, làm cho các bề mặt kim loại nóng chảy lại với nhau.

1. Hàn điểm

Hàn điểm điện trở (RSW) sử dụng hai điện cực để ép các kim loại chồng lên nhau đồng thời cấp dòng điện hàn qua điện trở của kim loại. Nhiệt được tạo ra trong quá trình hàn, làm cho các bề mặt kim loại nóng chảy vào nhau, tạo thành mối hàn hình nút hoặc hình khối.

Các kim loại nóng chảy và kết dính với nhau ở năng lượng cao trong thời gian ngắn (khoảng 10-100 mili giây), nối các chi tiết gia công gần như tức thì. Vùng xung quanh mối hàn không bị hư hại do nhiệt độ quá cao, dẫn đến vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) tối thiểu trong hàn điểm.

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

2. Hàn đường nối

Hàn đường nối là một loại hàn điểm. Nó sử dụng hai bánh xe điện cực để ép xuống phôi. Đồng thời, dòng điện chạy qua chúng. Máy hàn có thể sử dụng nguồn điện theo hai cách. Nó có thể cấp nguồn gián đoạn để thực hiện các mối hàn riêng lẻ trên phôi. Hoặc, nó có thể cấp nguồn liên tục, tùy thuộc vào nhu cầu của dự án.

Hàn điện trở tạo ra các mối nối rất khít, và quá trình hàn cực kỳ nhanh và sạch, lý tưởng cho việc hàn tự động. Ngành công nghiệp gia công kim loại tấm sử dụng hàn điện trở để sản xuất lon thiếc, bộ tản nhiệt và thùng thép.

Hàn laser

Hàn laser (LBW), như tên gọi cho thấy, sử dụng 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 vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ hơn. Kích thước điểm laser dao động từ 0,2 đến 13 mm, giúp nó phù hợp để hàn các vật liệu có độ dày khác nhau và đạt được kết quả vượt trội so với các quy trình hàn truyền thống.

Hàn laser có thể nhanh chóng tạo ra các mối hàn chất lượng cao với dung sai chặt chẽ. Quy trình này thường được tự động hóa và sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô, y tế và trang sức.

Một số người cho rằng đèn laser có thể cắt và hàn giống như đèn hàn oxy-nhiên liệu và đèn hàn plasma. Tuy nhiên, điều này thường không đúng. Đầu cắt laser tiêu chuẩn không thể dùng để hàn, và đầu hàn laser không đáp ứng được yêu cầu về tốc độ cắt và chất lượng của hầu hết các ứng dụng công nghiệp.

Hàn chùm tia điện tử

Hàn chùm tia điện tử (EBW) là một kỹ thuật hàn có độ chính xác cao, sử dụng chùm tia điện tử năng lượng cao được hội tụ để làm nóng chảy và nối các bề mặt kim loại. Các điện tử được gia tốc trong môi trường chân không và chiếu vào phôi, tạo ra nhiệt lượng cực lớn tại vị trí hàn. Quá trình này diễn ra trong môi trường chân không, ngăn ngừa quá trình oxy hóa và nhiễm bẩn.

Một trong những ưu điểm chính của hàn chùm tia điện tử (EBW) là khả năng tạo ra các mối hàn sâu, hẹp với độ biến dạng nhiệt tối thiểu. Điều này làm cho nó lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, chẳng hạn như trong ngành hàng không vũ trụ và sản xuất thiết bị y tế. Quy trình này cũng cho phép hàn các kim loại khác nhau và tạo ra các mối nối có độ bền cao với chất lượng mối hàn tuyệt vời và yêu cầu xử lý sau hàn tối thiểu.

Hàn ma sát

Hàn ma sát là một quy trình hàn trạng thái rắn, như tên gọi cho thấy, sử dụng ma sát để nung chảy các kim loại lại với nhau. Không giống như hầu hết các quy trình hàn khác, nó không sử dụng súng hàn, que hàn hoặc khí bảo vệ. Quy trình này tạo ra mối nối bằng nhiệt lượng sinh ra hoàn toàn do sự quay tốc độ cao, rung động hoặc tiếp xúc ngang giữa hai mảnh kim loại sạch. Phần kim loại dư thừa hình thành trong quá trình này sẽ được loại bỏ sau khi nguội.

Thiết bị hàn dùng cho phương pháp hàn ma sát thân thiện với môi trường hơn các phương pháp khác vì nó không phát thải khói hàn độc hại hoặc chất độc. Sự dễ sử dụng của nó làm cho nó trở nên lý tưởng để hàn mũi khoan, thanh truyền, ống trục và van.

An toàn hàn

Trong xưởng gia công kim loại tấm của LVMA, khi cùng các kỹ sư tìm hiểu về hàn, tôi nhận ra rằng an toàn khi hàn là một khía cạnh cực kỳ quan trọng của quá trình hàn.

Các kỹ sư trong xưởng gia công kim loại tấm LVMA được trang bị mặt nạ hàn, găng tay chống cháy, quần áo bảo hộ và giày bảo hộ, giúp bảo vệ họ hiệu quả khỏi nhiệt độ cao, tia cực tím, tia lửa và khí độc hại. Đặc biệt, mặt nạ hàn giúp tôi không bị chói mắt bởi ánh sáng hồ quang và không phải hít phải khói độc hại. Tôi cũng nhận thấy rằng các quản lý xưởng LVMA cung cấp cho họ nút bịt tai để giảm thiểu tác hại tiếng ồn đến thính giác.

Tuy nhiên, trang thiết bị an toàn chỉ là một phần của an toàn hàn; nhận thức về an toàn của người thợ hàn cũng quan trọng không kém. Sự phức tạp của quá trình hàn đòi hỏi người thợ hàn phải có tinh thần trách nhiệm cao và nhận thức sâu sắc về các rủi ro. Họ phải hiểu rõ môi trường làm việc, tình trạng thiết bị và các quy trình khẩn cấp. Người thợ hàn phải luôn đảm bảo thông gió đầy đủ trong khu vực làm việc để ngăn ngừa sự tích tụ khí độc hại và thường xuyên kiểm tra thiết bị để phòng ngừa sự cố.

Bản tóm tắt

Công nghệ hàn kết nối kim loại với kim loại, tạo ra những hiệu quả không thể có được với các chi tiết kim loại riêng lẻ. Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ, công nghệ hàn tiếp tục đổi mới và phát triển. Trong tương lai, các quy trình hàn sẽ trở nên thông minh và hiệu quả hơn, với việc hàn tự động và hàn robot trở thành xu hướng chủ đạo, nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu sai sót của con người. Đồng thời, sự xuất hiện của các vật liệu và quy trình hàn mới sẽ mở rộng ứng dụng, mang đến các giải pháp hàn chất lượng cao hơn, thân thiện với môi trường hơn cho các ngành công nghiệp như hàng không, ô tô và năng lượng.