Hiểu biết về khác biệt hàn nhôm so với hàn thép

Hàn nhôm có một số thách thức độc đáo so với hàn thép hoặc các vật liệu thông thường khác, đặc biệt là về tính chất hóa học và độ nhạy của vết nứt.

Trong nhiều trường hợp, hàn nhôm đòi hỏi phải tuân theo một số quy trình đặc biệt. Các yếu tố quan trọng khi hàn vật liệu bao gồm: chọn đúng kim loại hàn; bảo quản thích hợp và làm sạch kỹ lưỡng vật liệu nền; và kỹ thuật hàn thích hợp.

Dưới đây là một số thách thức phổ biến khi hàn nhôm và các phương pháp hay nhất để giải quyết chúng.

Đặc điểm của nhôm

Một mối hàn âm là tất cả về hóa học, khử hydrocacbon và kỹ thuật thích hợp. Các đặc tính của nhôm khác với thép theo một số cách. Điểm nóng chảy của nhôm thấp hơn nhiều so với thép – 1.221 độ F đối với nhôm, so với 2.500 độ đối với thép. Nhôm cũng có một lớp oxit nóng chảy ở khoảng 3.700 độ. Lớp oxit này cứng hơn nhiều so với nhôm và giúp vật liệu chống lại sự ăn mòn và mài mòn. Tuy nhiên, nó cũng hoạt động như một chất cách điện có thể tạo ra các vấn đề trong quá trình hàn.

Bởi vì độ bền của nhôm có xu hướng tăng khi nhiệt độ phục vụ giảm – không giống như thép, trở nên giòn hơn khi nhiệt độ làm việc giảm – nhôm thường được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ lạnh, chẳng hạn như nhiệt lạnh và vận chuyển khí tự nhiên lỏng.

Trong khi sắt là hợp kim chính trong thép, vật liệu nhôm chủ yếu là nhôm với sự bổ sung của nhiều nguyên tố.

Hợp kim rèn, như nhôm sê-ri 1xxx, là nhôm nguyên chất không có nguyên tố hợp kim nào được thêm vào một cách có chủ ý. Các nguyên tố hợp kim chính trong các loại nhôm khác là đồng ở dòng 2xxx, mangan ở dòng 3xxx, silicon ở dòng 4xxx, magiê trong dòng 5xxx, magiê và silicon ở dòng 6xxx, kẽm trong dòng 7xxx và các nguyên tố khác trong dòng 8xxx.

Những thách thức của hàn nhôm

Các đặc tính khác nhau của nhôm trở nên rõ ràng trong quá trình hàn. Tính dẫn nhiệt và các vấn đề về độ xốp là hai điểm khác biệt lớn nhất trong hàn nhôm so với thép.

Hydro rất dễ tan trong nhôm lỏng. Khi vật liệu độn và kim loại cơ bản nhôm trở thành chất lỏng trong quá trình hàn, chúng hấp thụ hydro và có thể giữ nó trong dung dịch. Một khi vật liệu nóng chảy bắt đầu đông đặc, nó không thể giữ hydro trong một hỗn hợp đồng nhất nữa. Hydro tạo thành các bong bóng bị giữ lại trong kim loại, dẫn đến hiện tượng xốp.

Hỗn hợp khí che chắn helium / argon có thể được sử dụng để chống lại các vấn đề về độ xốp nếu tất cả các phương án khác đã được thử. Cần biết rằng với hỗn hợp heli, phải tăng điện áp để khắc phục khả năng ion hóa của khí này cao hơn so với argon. Điện áp tăng sẽ gây ra nhiệt đầu vào cao hơn và thâm nhập bổ sung, đó là lý do tại sao hỗn hợp này được sử dụng trên vật liệu cơ bản nhôm dày hơn.

 

Làm sạch kỹ vật liệu nền trước khi hàn để loại bỏ dầu, bụi bẩn, cặn và hơi ẩm. Điều này giúp đảm bảo kết quả tốt nhất và giảm khả năng bị xốp.

Không giống như thép, sự hiện diện của hydro không gây nứt mối hàn nhôm. Tuy nhiên, nứt nóng, có thể xảy ra khi mối hàn đông đặc, là một mối đe dọa đối với nhôm. Giải pháp cho điều này trở lại với hóa học. Nếu nứt nóng là một vấn đề, hãy tham khảo biểu đồ lựa chọn kim loại phụ nhôm để tìm kim loại phụ giải quyết tốt nhất vấn đề này.

Kim loại cơ bản 6061-nhôm là một ví dụ về vật liệu có độ nhạy nứt cao nhất về mặt hóa học hiện tại, khiến nó rất khó hàn tự động hoặc với vật liệu phụ hóa học tương tự. Sử dụng kim loại độn với các nguyên tố như magiê (ER5XXX) hoặc silicon (ER4XXX) có thể giúp đẩy vật liệu ra ngoài phạm vi dễ bị nứt.

Một thách thức khác với nhôm là nó dẫn nhiệt gấp 5 lần thép. Các vùng nguội của kim loại cơ bản cố gắng kéo nhiệt ra khỏi vũng hàn, điều này có thể gây ra sự thiếu thẩm thấu trong mối hàn. Do sự khác biệt về độ dẫn nhiệt này, nhôm đòi hỏi nhiệt đầu vào cao hơn nhiều so với thép trong quá trình hàn.

Chọn một kim loại độn

Điều quan trọng là sử dụng biểu đồ lựa chọn khi chọn kim loại phụ cho nhôm. Mỗi tổ hợp ký hiệu nhôm đều có các tùy chọn kim loại phụ được đề xuất, tùy thuộc vào đặc tính mối hàn theo yêu cầu của ứng dụng.

Một biểu đồ lựa chọn bao gồm tám đặc điểm quan trọng trong các ứng dụng hàn khác nhau: độ nhạy vết nứt, độ bền, độ dẻo, khả năng chống ăn mòn, dịch vụ nhiệt độ cao, độ phù hợp màu sau khi anot hóa, xử lý nhiệt sau hàn và độ dẻo dai. Bằng cách phân tích nhu cầu của thành phần cuối, có thể xác định đặc tính nào là quan trọng nhất trong ứng dụng cụ thể và chọn kim loại phụ phù hợp nhất với các đặc tính cần thiết. Điều quan trọng cần lưu ý là nhiệt độ dịch vụ cao với nhôm là 150 độ đến 350 độ F. Điều này và các định nghĩa khác về các đặc tính có thể được tìm thấy trên biểu đồ lựa chọn nhôm.

Một tùy chọn khác là sử dụng ứng dụng bộ chọn kim loại phụ, chẳng hạn như ứng dụng này. Bạn có thể tìm thấy thông tin tương tự trên biểu đồ lựa chọn đầy đủ trong ứng dụng, nhưng nó chỉ hiển thị kim loại phụ cho các vật liệu cơ bản đã chọn.

Lựa chọn kim loại phụ phù hợp luôn là chìa khóa. Ví dụ: nếu vật liệu cơ bản được hàn là nhôm 6061, các tùy chọn kim loại phụ tốt bao gồm 4043, 4943 và 5356. Dây hàn hồ quang kim loại khí (GMAW) 4043/4943 hoặc que hàn hồ quang vonfram khí có thể giảm độ xốp và mang lại khả năng hàn tốt hơn và tăng tính lưu động của vũng nước, trong khi sản phẩm 5356 cung cấp độ dẻo dai và sức mạnh cao hơn.

Thực hành tốt nhất

Cùng với việc chọn kim loại phụ phù hợp nhất cho ứng dụng, việc tuân theo một số phương pháp thực hành tốt nhất chính cũng có thể giúp đạt được thành công khi hàn nhôm.

• • Đừng thêu dệt. Trong khi một kỹ thuật dệt thường được sử dụng để hàn thép, nó không nên được sử dụng với nhôm. Thay vào đó, hãy sử dụng loại hạt xâu chuỗi hơn, giúp đảm bảo độ xuyên thấu và hợp nhất thích hợp. Đối với GMAW bằng nhôm, hãy đảm bảo sử dụng đầu vào nhiệt cao hơn và tốc độ di chuyển nhanh để ở phía trước vũng nước.

• • Làm sạch kim loại. Làm sạch kỹ vật liệu nền trước khi hàn để loại bỏ dầu, bụi bẩn, cặn bẩn và hơi ẩm. Điều này giúp đảm bảo kết quả tốt nhất và giảm khả năng bị xốp. Chất tẩy rửa axeton hoặc nhôm hoạt động tốt để loại bỏ các hydrocacbon có thể bám trên bề mặt vật liệu. Khi chuẩn bị sơ bộ các mối hàn, không thổi chúng bằng khí nén, vì điều này có thể gây nhiễm bẩn từ hơi ẩm và dầu nếu sử dụng các dụng cụ của cửa hàng.

• • Loại bỏ lớp oxit. Sau khi làm sạch, sử dụng bàn chải thép không gỉ – loại mới hoặc chỉ được sử dụng trên nhôm để loại bỏ lớp oxít nhôm trước khi hàn. Như đã đề cập trước đây, nhôm oxit có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiều so với nhôm. Nó hoạt động như một chất cách điện có thể gây ra các vấn đề khởi động hồ quang và nhiệt rất cao được yêu cầu để hàn qua lớp oxit. Điều này có thể gây cháy vật liệu nền và tạo độ xốp, vì lớp oxit có xu hướng giữ ẩm.

• • Lưu trữ nó đúng cách. Thực hành bảo quản đối với vật liệu cơ bản và kim loại phụ cũng đóng một vai trò trong việc ngăn ngừa hiện tượng xốp. Lưu trữ các tấm nhôm bên trong khi có thể. Nếu chúng phải được bảo quản ở ngoài trời, hãy dựng các tấm theo chiều thẳng đứng thay vì chồng lên nhau để tránh đọng nước, điều này sẽ góp phần hình thành một lớp nhôm oxit ngậm nước dày hơn. Đối với các vật liệu và kim loại đắp được lưu trữ bên ngoài hoặc trong phần có điều hòa không khí của tòa nhà, hãy mang chúng vào bên trong cửa hàng trước khi hàn tốt nhất là vào ngày hôm trước để nhiệt độ kim loại ổn định và giúp ngăn hơi ẩm trong không khí tạo ra sự ngưng tụ trên nhôm.

• • Kiểm tra vật tư tiêu hao. Một số vấn đề với hàn nhôm đặc biệt là khi sử dụng GMAW có thể xuất phát từ vật tư tiêu hao. Để giúp giảm nguy cơ bị xốp, hãy sử dụng các đường ống dẫn khí và ống dẫn khí mới hoặc trong tình trạng tốt và đảm bảo rằng tất cả các đầu nối ống đều chặt chẽ để chúng không kéo không khí vào đường ống.Điều quan trọng là sử dụng các tấm lót và cuộn ổ đĩa thích hợp. Lót nhựa và thanh dẫn đầu vào có thể mang lại lợi ích hơn lót thép trong hàn nhôm vì các thanh dẫn đầu vào bằng kim loại hoặc đồng thau và ống lót bằng thép có thể mài mòn dây nhôm mềm hơn khi nó đi qua hệ thống truyền động và ống lót. Điều này có thể dẫn đến các phoi dây làm tắc nghẽn lớp lót và gây ra các vấn đề cho ăn. Tương tự, cuộn ổ đĩa rãnh chữ U là tiêu chuẩn cho các ứng dụng nhôm vì các loại cuộn ổ đĩa khác có thể đập hoặc làm biến dạng dây.

• Theo dõi nhiệt độ. Tham khảo hướng dẫn hoặc mã kim loại phụ nhôm để xác định phạm vi nhiệt độ nung nóng sơ bộ và nhiệt độ ngắt thích hợp. Gia nhiệt sơ bộ có thể được sử dụng để giảm ảnh hưởng nhiệt của kích thước mặt cắt khi hàn các kim loại cơ bản dày hoặc có độ dày khác nhau, nhưng giữ nhiệt sơ bộ ở mức tối thiểu đối với các ứng dụng nhôm.Kim loại cơ bản có thể xử lý nhiệt và kim loại cơ bản dòng 5xxx có chứa hơn 3 phần trăm magiê không được nung nóng sơ bộ hoặc nhiệt độ ngắt trên 250 độ F trong hơn 15 phút. Thời gian ở nhiệt độ cao có thể làm giảm độ bền của vật liệu và góp phần gây nứt.

Giải quyết thách thức khi hàn nhôm

Giải quyết các thách thức của hàn nhôm thường liên quan đến hóa học. Việc tạo ra vật liệu cơ bản phù hợp và khớp kim loại phụ sẽ giúp bạn đạt được thành công và giảm thiểu các vấn đề một cách lâu dài. Điều quan trọng là tuân theo các phương pháp thực hành tốt nhất được khuyến nghị để hàn nhôm. Và hãy nhớ rằng, các kỹ thuật và thực hành tốt nhất để hàn nhôm rất khác so với hàn thép.

Công Ty Cổ Phần Thiết Bị và Giải Pháp Cơ Khí Automech – nhà cung cấp các dòng máy gia công kim loại tấm, hàn laser, giải pháp tự động từ những nhà cung cấp nổi tiếng JFY , Han’s laser, Hawacheon, EKO, Yadon, JQ laser,…. Automech đã hợp tác với nhiều đối tác lớn ở trong và ngoài nước nhằm phục vụ nhu cầu sản xuất đa dạng. Hệ sinh thái sản phẩm đa dạng cùng mức giá hợp lí là điểm cộng giúp Automech ngày càng chiếm được lòng tin của khách hàng.

Email: info@demowebvn.com

Website: automech.vn