Dịch vụ đúc nhôm & khuôn mẫu trọn gói

Nhẹ, khó gỉ và dễ gia công——. Nhôm là vật liệu kim loại được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, từ ô tô, máy bay, thiết bị điện tử, vật liệu xây dựng cho đến đồ gia dụng, nhờ vào những đặc tính này. Trong những năm gần đây, nhu cầu về nhôm ngày càng tăng do sự phát triển của xe điện (EV) và nhu cầu về các sản phẩm nhẹ hơn.

Tuy nhiên, “dễ gia công” không có nghĩa là “dễ hàn”.

Trên thực tế, do có những đặc tính khác với sắt và thép không gỉ, việc hàn nhôm đòi hỏi kỹ thuật cao và kiến thức chuyên môn.

So với sắt và thép không gỉ, việc hàn nhôm khó hơn ở những điểm sau:

Vì những yếu tố này, người ta thường nói “hàn nhôm rất khó”.

Bài viết này sẽ giải thích những kiến thức cơ bản và kỹ thuật thực tế để hàn nhôm thành công.

Nội dung bài viết đặc biệt hữu ích cho những đối tượng sau:

Bắt đầu từ câu hỏi “tại sao hàn nhôm lại khó”, bài viết sẽ giải thích sự khác biệt giữa các phương pháp hàn như TIG và MIG, tính phù hợp theo từng vật liệu và mục đích sử dụng, các trường hợp thất bại và cách khắc phục, đi kèm với các ví dụ và biểu đồ minh họa.

Ngay cả những người có kinh nghiệm hàn sắt và thép không gỉ cũng thường cảm thấy “hàn nhôm thật khác biệt”. Ở đây, chúng tôi sẽ giải thích nguyên nhân gốc rễ tại sao việc hàn nhôm lại khó từ bốn khía cạnh.

Nhôm có đặc điểm là điểm nóng chảy thấp, chỉ 660°C, và độ dẫn nhiệt rất cao. Cụ thể, độ dẫn nhiệt của nhôm là khoảng 237 W/m·K, gấp khoảng 3 lần so với sắt (khoảng 80 W/m·K).

Hơn nữa, hệ số giãn nở nhiệt của nhôm là 23,1×10⁻⁶/°C (ở 20-100°C), gần gấp đôi so với sắt (khoảng 11,7×10⁻⁶/°C). Vì lý do này, nhiệt hồ quang có xu hướng lan truyền nhanh chóng ra toàn bộ vật liệu nền, khiến hiện tượng chảy thủng và biến dạng do nhiệt ở các khu vực ngoài mối hàn dễ xảy ra hơn.

Đặc biệt khi hàn nhôm tấm mỏng, vảy hàn thường bị sụp, tạo ra các lỗ thủng, do đó, việc điều khiển mỏ hàn và cài đặt dòng điện của thợ hàn trở nên rất quan trọng.

Nhôm rất dễ phản ứng với oxy trong không khí, tạo ra một lớp màng oxit (Al₂O₃) ngay cả ở nhiệt độ phòng. Điểm nóng chảy của lớp màng này là khoảng 2.000°C, cao hơn nhiều so với vật liệu nền, do đó nó không nóng chảy khi gia nhiệt thông thường và gây cản trở cho việc hàn.

Để giải quyết vấn đề này:

Các phương pháp này rất hiệu quả. Ở chế độ AC, cực tính thay đổi luân phiên, và lớp màng oxit bị phá vỡ ở phía cực dương, giúp ổn định việc hình thành vảy hàn.

Các lỗi đặc trưng của hàn nhôm bao gồm “nứt mối hàn” và “rỗ khí (lỗ kim)“.

Để giảm thiểu những rủi ro này, sử dụng chức năng xung, sử dụng khí trộn (Ar + He), và thực hiện các biện pháp xử lý như gia nhiệt trước và tẩy dầu mỡ là những cách hiệu quả.

Ví dụ, A5052 (họ Al-Mg) chứa 2,2-2,8% Mg và có khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn tuyệt vời. Mặt khác, A6063 (họ Al-Mg-Si) chứa 0,2-0,6% Si và 0,45-0,9% Mg; mặc dù thích hợp cho ép đùn, cần phải cẩn thận để tránh nứt mối hàn.

Hơn nữa, vật liệu cường độ cao A7075 (họ Al-Zn-Mg) đạt độ bền kéo khoảng 572 MPa với xử lý nhiệt T6 và được sử dụng trong lĩnh vực hàng không và ô tô.

Đặc biệt đối với các ứng dụng DIY, chọn một mác nhôm có khả năng hàn cao như A5052 được coi là lựa chọn an toàn.

Để hàn nhôm, điều quan trọng là phải chọn phương pháp tối ưu tùy thuộc vào độ dày, hình dạng và mục đích sử dụng của vật liệu nền. Ở đây, chúng tôi sẽ giải thích các đặc điểm và các trường hợp ứng dụng của ba kỹ thuật hàn thường được sử dụng tại hiện trường.

Hàn TIG (Tungsten Inert Gas) là một phương pháp sử dụng điện cực vonfram không tiêu hao và bảo vệ hồ quang và vùng hàn bằng khí trơ như argon. Nó lý tưởng cho những trường hợp đòi hỏi độ chính xác và hoàn thiện đẹp mắt, không có tia lửa bắn ra và không tạo ra xỉ, cho phép hàn rất sạch sẽ. Nó đặc biệt thích hợp để nối các tấm mỏng hoặc ống có đường kính nhỏ, cũng như cho các công việc DIY và sửa chữa đơn lẻ. Một đặc điểm nổi bật là khả năng làm việc ở chế độ AC (dòng điện xoay chiều) để phá vỡ lớp màng oxit.

Tuy nhiên, tốc độ làm việc chậm, thiết bị đắt tiền và đòi hỏi thao tác thủ công của thợ hàn có tay nghề cao, nên nó không phù hợp cho sản xuất hàng loạt.

Hàn MIG (Metal Inert Gas) là một phương pháp bán tự động trong đó dây hàn được cấp tự động. Tốc độ hàn nhanh và có thể đáp ứng các mối hàn liên tục ở khoảng cách xa. Sự ổn định của các điều kiện hàn cao, góp phần tiết kiệm nhân công. Nó đặc biệt phù hợp cho các sản phẩm sản xuất hàng loạt từ tấm trung bình đến dày, chẳng hạn như vật liệu xây dựng và phụ tùng ô tô.

Bằng cách sử dụng máy hàn MIG kiểu mới có chức năng xung (ví dụ: WT-MIG225AL), cũng có thể xử lý các tấm mỏng. Tuy nhiên, cần phải cẩn thận với các sự cố phát sinh từ sự mềm mại của dây nhôm và khó khăn trong việc điều chỉnh ban đầu. Bề mặt hoàn thiện hơi thô hơn so với TIG, nhưng nó có ưu thế vượt trội về tốc độ hàn.

Trong những năm gần đây, công nghệ hàn có độ chính xác cao, công suất lớn sử dụng tia laser đã thu hút được sự chú ý. Đặc biệt, hàn bằng fiber laser tạo ra vùng ảnh hưởng nhiệt cực kỳ nhỏ, hạn chế nguy cơ biến dạng do nhiệt và chảy thủng. Nó cho phép nối ổn định ngay cả trên các tấm mỏng, và chiều rộng vảy hàn rất hẹp, mang lại tính thẩm mỹ tuyệt vời.

Cụ thể, nó đang được ứng dụng thực tế trong việc nối vỏ thiết bị điện tử và các bộ phận chính xác, cũng như trong thiết bị y tế và các bộ phận máy bay. Tuy nhiên, vốn đầu tư ban đầu cho thiết bị cao, và việc bảo trì định kỳ hệ thống quang học và các biện pháp an toàn cũng cần thiết, do đó việc áp dụng nó đòi hỏi một quy mô và mục đích sử dụng nhất định.

Nhôm trông có vẻ là một vật liệu đơn giản, nhưng trên thực tế có rất nhiều loại khác nhau, và mỗi loại đòi hỏi phải lựa chọn phương pháp hàn và vật liệu hàn phụ (que hàn) phù hợp. Ở đây, chúng tôi sẽ hệ thống hóa các loại vật liệu nhôm tiêu biểu, cách chọn que hàn phù hợp và những lưu ý đặc trưng đối với vật đúc.

Thành phần và tính chất của vật liệu nhôm khác nhau rất nhiều tùy thuộc vào mác của chúng.

Việc lựa chọn que hàn phù hợp với các vật liệu này là chìa khóa để hàn an toàn và chất lượng cao.

Các vật liệu hàn phụ cho nhôm thường được sử dụng bao gồm “4043” và “5356”.

A4043 (họ Al-Si) chứa khoảng 5,0% Si, có độ chảy lỏng cao và chống nứt tốt, nên rất lý tưởng cho vật đúc và dòng 6000.

A5356 (họ Al-Mg) chứa 4,5-5,5% Mg và vượt trội về độ bền kéo và khả năng chống ăn mòn, do đó nó được sử dụng cho các bộ phận kết cấu của dòng 5000.

Ngoài ra, điểm nóng chảy của 4043 là khoảng 573-582°C, trong khi 5356 là 588-649°C, và sự khác biệt về nhiệt độ bắt đầu nóng chảy này cũng là một yếu tố trong việc lựa chọn.

Trong hàn nhôm, vật đúc và vật liệu cán có tính chất rất khác nhau, do đó phương pháp thi công cũng cần phải được điều chỉnh.

Các biện pháp sau đây có hiệu quả khi hàn vật đúc:

Với những sự điều chỉnh này, có thể xử lý được cả những công việc hàn vật đúc khó.

Trong hàn nhôm, các lỗi dễ xảy ra tùy thuộc vào tính chất của vật liệu nền và điều kiện hàn. Do đó, việc nắm vững các bước chuẩn bị và những lưu ý trong quá trình hàn là vô cùng quan trọng. Ở đây, chúng tôi sẽ hệ thống hóa bốn khía cạnh cần đặc biệt chú ý tại hiện trường.

Nhôm có độ dẫn nhiệt cao và điểm nóng chảy thấp, vì vậy đối với các tấm mỏng, nhiệt lan truyền nhanh chóng, khiến chúng dễ bị chảy thủng hoặc biến dạng. Nếu di chuyển mỏ hàn với tốc độ không đổi, vũng hàn có thể trở nên quá lớn, làm rộng vảy hàn hoặc tạo ra lỗ thủng.

Các biện pháp đối phó sau đây có hiệu quả:

Đối với các tấm mỏng, kinh nghiệm và khả năng điều chỉnh bằng mắt của thợ hàn đặc biệt được đòi hỏi.

Vì nhôm thường có lớp màng oxit hoặc lớp xử lý anode trên bề mặt, việc xử lý bề mặt trước khi hàn là không thể thiếu. Đặc biệt khi sử dụng vật liệu cho mục đích DIY hoặc các bộ phận đã qua sử dụng, rất khó để đánh giá bằng mắt thường, vì vậy cần chuẩn bị như sau:

Ngoài ra, khi chọn máy hàn TIG, việc “tương thích với chế độ AC (dòng điện xoay chiều)” là một điều kiện bắt buộc.

Trong những năm gần đây, các mẫu máy hàn TIG có “chức năng xung” đã trở nên phổ biến. Đây là một cơ chế luân phiên giữa dòng điện cao và dòng điện thấp để cân bằng giữa độ ngấu và sự đông đặc, tạo ra một vảy hàn đẹp và ổn định.

Những lợi ích chính của chức năng xung như sau:

Ngoài ra, ở chế độ AC, cực tính của vật liệu nền và điện cực thay đổi luân phiên, mang lại “hiệu ứng làm sạch” giúp ổn định hồ quang đồng thời tự động loại bỏ lớp màng oxit.

Mặc dù hàn nhôm ít bắn tóe, nhưng nó tạo ra ánh sáng hồ quang mạnh, nhiệt và khí độc hại, vì vậy các thiết bị bảo hộ sau đây là bắt buộc:

Đặc biệt đối với công việc kéo dài hoặc hàn bán tự động, nên chuẩn bị thêm ống tay da bảo vệ đến cánh tay và tạp dề chịu nhiệt để đảm bảo an toàn.

Hàn nhôm không phải là một công việc đơn giản, nhưng bằng cách học hỏi từ cả những trường hợp thành công và thất bại, bạn có thể tránh được những sai lầm tại hiện trường và thực hiện gia công một cách chắc chắn hơn. Dưới đây là ba ví dụ tiêu biểu.

Một xưởng sửa chữa ô tô đã tự sửa chữa một vết nứt trên bánh xe nhôm của một chiếc xe được sử dụng trong các cuộc thi drift. Vật liệu nền là nhôm đúc có độ dày khoảng 6mm. Họ đã sử dụng máy hàn TIG và que hàn 4043. Trước khi hàn, họ đã cẩn thận loại bỏ lớp màng oxit bằng máy mài và thực hiện hàn trong khi che chắn bằng khí argon. Vảy hàn được giữ nguyên để hoàn thiện, và việc xử lý mài được cố tình không thực hiện.

Kết quả là, không có vết nứt tái phát nào xảy ra ở khu vực hàn, và nó đã có thể chịu được những rung động dữ dội trong cuộc thi. Việc lựa chọn vật liệu phù hợp và “hoàn thiện mà không mài quá nhiều” được cho là yếu tố thành công.

Một người dùng DIY đang cố gắng hàn nắp động cơ xe máy (nhôm đúc) đã gặp phải hiện tượng bọt khí sủi bọt đột ngột từ vật liệu nền trong quá trình hàn. Điều này là do “rỗ”, là những lỗ hổng vi mô bên trong vật đúc, chứa dầu và độ ẩm, đã bay hơi ngay lập tức do nhiệt hồ quang.

Trong những trường hợp như vậy, các biện pháp như gia nhiệt kỹ vật liệu nền bằng đèn khò trước khi hàn để làm bay hơi dầu mỡ, hoặc mài sâu từ bề mặt để lộ ra một “lớp kim loại lành lặn” là hiệu quả. Trường hợp này cho thấy kết quả hàn vật đúc bị ảnh hưởng lớn bởi việc có gia nhiệt và làm sạch trước khi hàn hay không.

Một người dùng đã sửa chữa một vết nứt trên khung xe máy bằng nhôm bằng phương pháp hàn TIG, sau đó đã mài phẳng vảy hàn bằng máy mài để xử lý sau, chỉ để rồi chỗ đó bị gãy lại sau vài tuần.

Điều này là do “tập trung ứng suất dư” gây ra bởi việc mài đi hiệu ứng phân tán ứng suất kéo mà vảy hàn mang lại. Đặc biệt ở những nơi chịu rung động hoặc tải trọng, hình dạng của chính vảy hàn đóng vai trò hỗ trợ độ bền kết cấu, mang lại bài học rằng vẻ đẹp thẩm mỹ và độ bền thường là một sự đánh đổi.

A: Đối với các chi tiết nhỏ và công việc sửa chữa, hàn DIY bằng máy hàn TIG là hoàn toàn có thể. Tuy nhiên, điều này dựa trên tiền đề là vật liệu nền (mác), việc loại bỏ lớp màng oxit và lựa chọn que hàn đều phù hợp. Vì cần có máy hàn TIG tương thích với chế độ AC và khí argon, nên chi phí đầu tư ban đầu khá tốn kém. Nếu bạn muốn làm việc ổn định, độ dày trong khoảng 1-3mm là một hướng dẫn tốt.

A: Hầu hết các vật liệu nhôm được bán tại các cửa hàng đồ gia dụng đều có lớp phủ anode (màng oxit dương cực) trên bề mặt. Lớp màng này cản trở dòng điện và làm giảm đáng kể khả năng hàn, vì vậy nó phải được loại bỏ vật lý bằng máy mài hoặc công cụ tương tự. Ngoài ra, mác vật liệu thường không được ghi rõ, gây khó khăn trong việc xác định tính tương thích với que hàn, đây cũng là một trở ngại đối với DIY.

A: Hàn TIG được thực hiện với sự kiểm soát thủ công, vì vậy vảy hàn (đường hàn) có xu hướng đẹp và đều, với ít tia lửa bắn ra. Nó đặc biệt phù hợp cho các sản phẩm chú trọng đến hình thức hoặc yêu cầu hoàn thiện cao. Mặt khác, hàn bán tự động (MIG) vượt trội về tốc độ và năng suất, nhưng vảy hàn có xu hướng hơi dày hơn và cũng có một số tia lửa bắn ra, vì vậy bề mặt hoàn thiện mang tính thực dụng hơn. Sự lựa chọn phụ thuộc vào ứng dụng và tầm quan trọng của tính thẩm mỹ.

Trong bài viết này, chúng tôi đã hệ thống hóa kiến thức thực tế về hàn nhôm, bao gồm các đặc tính kỹ thuật, lựa chọn phương pháp hàn, cách chọn vật liệu hàn phụ, và cả những trường hợp thành công và thất bại có thể xảy ra tại hiện trường.

Mặc dù nhôm có khả năng gia công tuyệt vời, nhưng nó là một vật liệu đòi hỏi sự cẩn trọng cao trong việc hàn do ảnh hưởng của quá trình oxy hóa và độ dẫn nhiệt. Với kiến thức và sự chuẩn bị đúng đắn, có thể sử dụng các phương pháp khác nhau như TIG, MIG và laser một cách phù hợp.

Đối với các kỹ sư, khả năng phán đoán các điều kiện hàn tối ưu tùy thuộc vào ứng dụng và vật liệu là rất cần thiết. Đối với các nhân viên mua hàng, việc lựa chọn vật liệu và đánh giá năng lực kỹ thuật của các nhà thầu phụ có liên quan trực tiếp đến việc đạt được cả chất lượng và chi phí.

Khi nhu cầu về nhôm tiếp tục tăng cao, “cách xử lý các vật liệu nhôm có thể hàn được” sẽ trở thành một chủ đề quan trọng quyết định sự thành bại của thiết kế và gia công.

Nguồn: