Gia công các mối hàn

Gia công các mối hàn

Gia công các mối hàn đề cập đến quy trình sản xuất ghép nối các chi tiết làm từ kim loại hoặc vật liệu nhiệt dẻo thành một cấu trúc liền mạch thông qua các kỹ thuật hàn. Nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực bao gồm sản xuất máy móc, xây dựng, ô tô, đóng tàu, hàng không vũ trụ và thiết bị điện gió. Nhờ những ưu điểm như thiết kế cấu trúc linh hoạt, tỷ lệ sử dụng vật liệu cao và khả năng thích ứng để tạo hình các bộ phận lớn, phức tạp, nó đang dần thay thế một số phương pháp đúc và rèn, trở thành một thành phần cốt lõi trong thiết bị hạng nặng và máy móc nói chung. Chất lượng gia công ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu tải, hiệu suất làm kín và tuổi thọ của chi tiết, khiến nó trở thành một mắt xích quan trọng trong sản xuất máy móc kết hợp sự phức tạp và tinh xảo về mặt kỹ thuật.

Nguyên tắc cốt lõi của quá trình hàn bao gồm việc nung nóng, tạo áp lực, hoặc kết hợp cả hai để đạt được liên kết ở cấp độ nguyên tử giữa các chi tiết. Dựa trên trạng thái của kim loại trong quá trình này, hàn chủ yếu được phân loại thành ba loại: hàn nóng chảy, hàn áp lực và hàn đồng/hàn thiếc. Hàn nóng chảy bao gồm việc nung nóng cục bộ kim loại cơ bản tại mối nối đến điểm nóng chảy, tạo thành một vũng nóng chảy đông đặc để tạo liên kết, thường không cần tạo áp lực; các phương pháp phổ biến như hàn hồ quang thủ công, hàn TIG và hàn hồ quang chìm thuộc loại này và được sử dụng rộng rãi nhất. Hàn áp lực yêu cầu tạo áp lực lên mối hàn, có hoặc không có nung nóng, đạt được sự kết nối thông qua biến dạng dẻo hoặc liên kết khuếch tán; ví dụ, hàn ma sát sử dụng nhiệt ma sát sinh ra tại các bề mặt tiếp xúc. Hàn đồng và hàn thiếc sử dụng kim loại phụ có điểm nóng chảy thấp hơn kim loại cơ bản; kim loại phụ lỏng được nung nóng sẽ làm ướt kim loại cơ bản và lấp đầy khoảng trống để tạo thành mối nối, được phân loại thành hàn đồng cứng và hàn thiếc mềm dựa trên điểm nóng chảy của kim loại phụ.

So với các phương pháp nối như tán đinh và đúc, hàn mang lại nhiều ưu điểm vượt trội: tiết kiệm vật liệu kim loại, năng suất cao, độ bền mối hàn cao, khả năng làm kín tuyệt vời, và dễ dàng cơ giới hóa và tự động hóa. Đối với các cấu kiện kết cấu lớn, phức tạp, các quy trình kết hợp như đúc-hàn hoặc rèn-hàn có thể khắc phục những hạn chế về thiết bị và giảm chi phí, đồng thời cho phép nối các kim loại khác nhau để tạo ra các cấu trúc lưỡng kim. Trước khi gia công các mối hàn, việc chuẩn bị kỹ lưỡng là rất cần thiết, tập trung vào việc lựa chọn vật liệu, xử lý sơ bộ phôi và lập kế hoạch quy trình. Các vật liệu thường được sử dụng bao gồm thép carbon, thép hợp kim, thép không gỉ và hợp kim nhôm, phải phù hợp với điều kiện hoạt động. Xử lý sơ bộ bao gồm làm sạch dầu, rỉ sét và các chất gây ô nhiễm khỏi bề mặt hàn, thường bằng cách mài hoặc phun cát, để tăng cường độ bền mối hàn và tránh các khuyết tật như rỗ khí và tạp chất xỉ.

Công đoạn hàn là giai đoạn cốt lõi, đòi hỏi kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt phù hợp với từng loại quy trình. Hàn hồ quang thủ công mang lại sự linh hoạt, thích hợp cho các cấu trúc phức tạp và công việc tại hiện trường; hàn hồ quang kim loại khí (GMAW) cho hiệu quả cao và mối hàn ổn định, lý tưởng cho sản xuất hàng loạt; hàn hồ quang chìm (SAW), với dòng điện cao và độ xuyên sâu, thích hợp cho các tấm dày; hàn TIG tạo ra các mối hàn đẹp mắt với độ biến dạng tối thiểu, thích hợp cho thép không gỉ và hợp kim nhôm. Trong quá trình hàn, các thông số như dòng điện, điện áp, tốc độ và nhiệt độ giữa các lớp hàn phải được kiểm soát để ngăn ngừa các khuyết tật như thiếu liên kết hoặc nứt. Đối với các chi tiết lớn, phức tạp, các chuỗi hàn phân đoạn hoặc đối xứng có thể giảm thiểu biến dạng và đảm bảo độ chính xác khi tạo hình. Các bước sau hàn bao gồm loại bỏ xỉ, xử lý nhiệt, nắn thẳng và hoàn thiện: loại bỏ xỉ và mài mối hàn, sử dụng phương pháp ủ giảm ứng suất để loại bỏ ứng suất, áp dụng phương pháp nắn thẳng cơ học hoặc bằng ngọn lửa để hiệu chỉnh biến dạng và gia công chính xác để đạt được kích thước bề mặt phù hợp chính xác.

Kiểm tra và kiểm soát chất lượng là yếu tố không thể thiếu trong toàn bộ quy trình gia công, đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa khuyết tật. Kiểm tra trước khi hàn bao gồm xác minh chứng chỉ vật liệu, hiệu quả xử lý sơ bộ và các thông số. Trong quá trình hàn, việc giám sát thời gian thực được thực hiện thông qua kiểm tra trực quan và thước đo mối hàn. Sau khi hàn, các phương pháp kiểm tra không phá hủy như siêu âm, chụp X-quang và kiểm tra từ tính được sử dụng để phát hiện các khuyết tật bên trong và trên bề mặt, trong khi máy đo tọa độ (CMM) đảm bảo xác minh dung sai kích thước và hình học chính xác. Đối với các bộ phận trong các ứng dụng có rủi ro cao như bình áp lực hoặc tháp tuabin gió, việc tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn như GB/T 19869 và khả năng truy xuất nguồn gốc chất lượng đầy đủ là bắt buộc để đảm bảo an toàn vận hành.

Công nghệ hàn hiện đại đang nhanh chóng tiến tới tự động hóa và thông minh. Các công nghệ tiên tiến như robot hàn, hàn laser và hàn chùm tia điện tử được sử dụng rộng rãi, giúp tăng năng suất đáng kể và đảm bảo độ chính xác cũng như chất lượng mối hàn ổn định. Hơn nữa, các nguồn năng lượng hàn ngày càng đa dạng, bao gồm ngọn lửa khí, hồ quang, laser, ma sát và siêu âm, thích ứng với các môi trường đặc biệt như hoạt động ngoài trời, dưới nước hoặc trong không gian. Ngoài ra, mô phỏng kỹ thuật số có thể dự đoán biến dạng và khuyết tật, tối ưu hóa quy trình hàn. Trong tương lai, quá trình hàn sẽ tích hợp nhiều ưu điểm công nghệ, tập trung vào độ chính xác và hiệu quả, kết hợp với các quy trình tổng hợp để cung cấp các linh kiện chất lượng cao, phù hợp cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau.