Hàn nhiệt nhôm là gì? Hướng dẫn các bước hàn nhiệt nhôm
Cùng tìm hiểu hàn nhiệt nhôm là gì, những đặc tính nổi bật của phương pháp này và cách ứng dụng nó trong môi trường thực tế.
Hàn nhiệt nhôm là gì? Hướng dẫn các bước hàn nhiệt nhôm
Phản ứng nhiệt nhôm
thường sử dụng cho các dây nối đồng và hàn khác như đồng đỏ, thép, thép không
gỉ, gang,… Phương pháp này được áp dụng trong nhiều lĩnh vực. Trong đó, phổ
biến nhất là ứng dụng để hàn các chi tiết thép kết cấu như là các ray xe lửa. Vậy
cụ thể hàn nhiệt nhôm là gì, nhờ đặc
điểm gì mà phương pháp này được sử dụng rộng rãi, thay thế được cho phương pháp
nối ray bằng bu lông?
Ứng dụng phổ biến của phương pháp hàn nhiệt nhôm là hàn đường ray xe lửa.
Mục lục bài viết
Hàn nhiệt nhôm là gì?
Nhôm khử hợp kim sắt tạo ra sắt kim loại để lắp đầy mối nối khe hàn.
Hàn nhiệt nhôm là phương pháp xử lý mối nối bằng phương pháp hàn nóng chảy hỗn hợp kim loại giữa bột nhôm và sắt oxit – chất nhiệt nhôm. Đây là một dạng hàn nóng chảy dựa trên cơ sở nhiệt được sinh ra từ sự khử oxit kim loại của nhôm.
Đối
với phương pháp hàn này, hỗn hợp bột oxit
kim loại và bột nhôm được đốt cháy bằng một phản ứng khởi động mà không cần làm
nóng từ bên ngoài. Phản ứng nhiệt nhôm tỏa nhiệt rất cao, khử oxit kim loại và làm
nóng chảy chúng. Kim loại nóng chảy sẽ lấp đầy khe hàn.
Trên thực tế, ứng dụng của phản ứng nhiệt nhôm cũng thường được sử dụng cho các dây nối đồng và hàn thép không gỉ, thép, gang, đồng đỏ, đồng thau,… Ngoài ra, nó còn rất hữu ích để hàn hai kim loại khác nhau. Hàn nhiệt nhôm còn được biết dưới các tên thương mại như: Ultraweld, Cadweld, Techweld, Thermoweld.
Tham khảo thêm: Hàn hóa nhiệt là gì?
Lịch sử phát triển của hàn nhiệt nhôm
Chân dung nhà hóa học người Đức Hans Goldschmidt.
Sự ra đời
Phương pháp hàn nhiệt nhôm được phát triển bởi nhà hóa học người Đức, Hans Goldschmid vào khoảng năm 1895. Đến năm 1938, tiến sĩ Charles Cadwell, một chuyên gia ở Viện Khoa học Ứng dụng Đại học Case Western Reserve (Mỹ), đã phát triển kim loại màu đầu tiên ứng dụng cho hàn nhiệt nhôm. Nó được đưa vào sử dụng đầu tiên trong việc hàn đường ray xe lửa. Và John H. Deppeler là người được cấp bằng sáng chế của Mỹ 1671412.
Được ứng dụng vào ngành đường sắt
Để hiểu rõ hơn về điểm vượt trội, cũng
như sự phát triển của phương pháp hàn nhiệt nhôm là gì, hãy phân tích ứng dụng
của nó trong ngành đường sắt:
Như bạn đã biết,
các thanh ray xe
lửa, hay nhiều thanh kim loại khác được chế tạo thành các đoạn riêng lẻ có
chiều dài cố định. Nguyên nhân là do hạn chế về khả năng vận chuyển cũng như đáp ứng mong muốn tối ưu hóa quá trình sản xuất hàng loạt. Do đó, vấn đề đặt ra là chúng ta cần có phương án nối
các thanh ray lại với nhau. Hiện có hai phương án nối ray chính là: Nối ray bằng bu lông và
nối ray bằng phương pháp hàn.
Nối ray bằng bu lông là
phương pháp nối ray bằng cách sử dụng các bản thép nối và bắt bu lông. Giữa các thanh người ta chừa ra các
khe trống, để nó
có thể đáp ứng được quá trình giãn nở nhiệt của kim loại. Đối với ngành công
nghiệp đường sắt, khi phải chừa các khe co giãn như vậy sẽ làm cho bánh tàu hỏa chạy qua
mối nối ray phát ra âm thanh, đồng thời vận tốc của tàu cũng không cao như mong
muốn.
Giải pháp hàn nhiệt nhôm ra đời để giải quyết
Một vấn đề khác khi sử dụng phương án nối bằng bu lông là sẽ xuất hiện vết nứt xung quanh lỗ bu lông. Nguyên nhân là do các khớp nối phải chịu khá nhiều lực từ bên ngoài, dẫn đến hư hại đầu thanh ray. Điều này đặc biệt thường xuyên xảy ra trong ngành công nghiệp đường sắt.
Sau sự kiện tai nạn Hither Green Anh Quốc, các công ty trong ngành đường sắt bắt đầu chuyển sang dùng phương pháp nối đường ray liên tục bằng phương pháp hàn. Phương pháp này khắc phục được lỗi nối bằng phương pháp bu lông trước đó.
Đặc điểm của hàn nhiệt nhôm là gì?
Quá trình hàn nhiệt nhôm có thể bị ảnh hưởng bởi thời tiết khi thực hiện ngoài trời.
Điểm nổi bật của phương pháp hàn nhiệt nhôm là gì đó chính là thể tích máy hàn lớn, thời gian đông kết của mối hàn rất lâu, sản phẩm thu được là khối đúc nên cơ tính của mối hàn được đảm bảo tốt. Bên cạnh những ưu điểm đó thì phương pháp này cũng có hạn chế là chúng ta cần tay thế khuôn đúc và thao tác thường được điều khiển từ khoảng cách xa để giảm thiểu các mối nguy hiểm cho người thực hiện. Hàn nhiệt nhôm chủ yếu dùng để hàn ngoài trời nên cũng gặp hạn chế nếu gặp thời tiết xấu.
Các cách hàn nhiệt nhôm là gì?
Dưới đây là một số quy trình có thể áp dụng cho phương pháp hàn nhiệt nhôm:
- GTAW / TIG
- GMAW / MIG
- Bằng chùm tia Laser
- Hàn bằng điện trở
GTAW / TIG là gì?
Là một trong những quy trình hàn phổ biến nhất đối với hàn nhôm là hàn hồ quang khí Vonfram (GTAW). Nó còn được gọi là hàn khí trơ Vonfram (TIG).
GMAW / MIG là gì?
Hàn hồ quang kim loại trong môi trường khí trơ (GMAW), hoặc hàn khí trơ kim loại (MIG). Đây là một sự lựa chọn tuyệt vời khác để hàn nhôm. Hàn hồ quang kim loại khí nói chung có tốc độ lắng đọng cao hơn GTAW.
Hàn chùm tia Laser và hàn chùm tia điện tử là gì?
Các quy trình hàn tia thường có khả năng hàn nhôm khá cao. Ngoài ra, vì công suất của các quy trình hàn này rất cao, nên việc khởi động ban đầu ít được quan tâm hơn. Với hàn Laser, khả năng phản xạ ánh sáng của vật liệu cũng là một mối quan tâm.
Hàn bằng điện trở là gì?
Là một phương pháp cũng sử dụng trong hàn nhôm. Tuy nhiên, phương pháp này có khó khăn phát sinh từ đặc tính dẫn điện và dẫn nhiệt của nhôm. Cần sử dụng đồng hồ đo điện trở để đảm bảo chất lượng mối hàn.
Hướng dẫn các bước hàn nhiệt nhôm
Khuôn mẫu làm bằng vật liệu chịu nhiệt cao, sản xuất riêng biệt cho từng khớp ray.
Hàn
nhiệt nhôm là một quá trình đòi hỏi người thực hiện phải có kỹ năng cao. Do vậy, nó cần được vận hành
bởi những kỹ thuật viên, chuyên gia đã có chứng chỉ về phương pháp hàn này.
Tùy
loại mối hàn mà chúng ta áp dụng quy trình hàn khác nhau. Nhưng quy trình hàn
nhiệt nhôm nói chung có thể chia thành 6 công đoạn như sau:
Chuẩn bị thật cẩn thận khe hở giữa hai thanh ray
Khe hở cần được đo đạc bằng thước thẳng, thước Eke để đảm bảo mối hàn phẳng và thẳng.
Khuôn mẫu làm bằng vật liệu chịu nhiệt cao
Sản xuất riêng biệt tương ứng cho từng khớp ray khác nhau. Khuôn được cố định tại khoảng nối giữa 2 ray và lắp giá cho buồng nhiệt nhôm.
Khoang hàn bên trong khuôn mẫu được làm nóng
Khoang hàn bên trong khuôn mẫu được làm nóng bằng ngọn lửa gas-oxy với áp lực và thời gian làm nóng được quy định theo từng loại thép. Chất lượng cơ tính của mối hàn sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào quá trình nung nóng sơ bộ này.
Chất liệu sản xuất
Thành phần chất nhiệt nhôm được sản xuất để thép lỏng có tính chất kim loại phù hợp tương ứng với tính chất của kim loại đường ray được hàn. Sau khi gia nhiệt mối hàn, khay chứa chất nhiệt nhôm được lắp lên trên miệng khuôn. Phản ứng nhiệt nhôm xảy ra khi được mồi giúp tạo ra thép nóng chảy. Thép nóng chảy có nhiệt độ cao khoảng 2500 độ C chảy xuống khoang mối hàn.
Làm mát mối hàn
Mối nối hàn được làm mát tự nhiên trong khoảng thời gian quy định. Sau đó, khuôn mẫu được lấy ra, các phần thép thừa được gia công cắt bỏ bởi thiết bị cắt thủy lực.
Khi mối nối hoàn toàn nguội sẽ được làm sạch, loại bỏ các phần dư thừa để đảm bảo mặt mối hàn liền mạch với mặt đường ray. Đồng thời, hình dạng khớp với đường ray. Các mối hàn này sẽ được kiểm tra khắt khe trước khi được đưa vào sử dụng.
Kiểm tra chất lượng mối hàn
Sau khi mối hàn được kiểm tra chất lượng, đảm bảo yêu cầu thì đánh giá tuổi thọ của nó tương đương với tuổi thọ của đường ray. Không cần bảo dưỡng khi sử dụng.
Kết luận
Hàn nhiệt nhôm có thể được thực hiện thuận tiện với các thiết bị đúng chuẩn, chuyên gia đã được đào tạo, không cần sử dụng các thiết bị hạng nặng. Các thiết bị có thể được di chuyển đến nơi cần hàn một cách dễ dàng với đội ngũ hai người. Tất cả các thiết bị để hàn nhiệt nhôm bao gồm: khuôn mẫu, gas, máy cắt thủy lực. Bạn hoàn toàn có thể mang tới địa điểm mong muốn bằng một phương tiện vận tải bình thường.
Hy vọng bạn đã có câu trả lời cho câu hỏi hàn nhiệt nhôm là gì. Tại CHONGSET.VN chúng tôi có cung cấp các sản phẩm như khuôn hàn hóa nhiệt, thuốc hàn hóa nhiệt, kim thu sét, cọc tiếp địa, thiết bị cắt sét,.. Vật tư chống sét chất lượng để đảm bảo an toàn cho hệ thống chống sét lan truyền gia đình.
