What is metal cutting welding? Current methods and applications

Gia công hàn cắt là một khâu quan trọng trong ngành cơ khí, giúp tạo mối nối hoặc phá vỡ kết cấu của thanh/tấm kim loại một cách nhanh chóng và dễ dàng. Tuy nhiên, hiện nay có nhiều phương pháp hàn cắt với đặc điểm, yêu cầu khác nhau và được ứng dụng trong từng lĩnh vực cụ thể. Hãy cùng RX Tradex tìm hiểu gia công hàn cắt kim loại là gì? Phương pháp, ứng dụng hiện nay trong bài viết dưới đây.

Tìm hiểu gia công hàn cắt kim loại là gì? Phương pháp và ứng dụng hiện nay.

Gia công hàn cắt kim loại là gì?

Gia công hàn kim loại là gì? Trong công nghệ chế tạo cơ khí, hàn là quá trình sử dụng nhiệt độ cao hoặc các nguồn năng lượng: Cơ học, điện, hóa học,… để làm nóng chảy kim loại, giúp chúng kết dính với nhau tạo thành mối hàn với cấu tạo mạng tinh thể kim loại đồng nhất, không thể tháo rời.

Gia công cắt kim loại là gì? Gia công cắt kim loại trong quá trình hàn cắt sẽ sử dụng ngọn lửa khí cháy có nhiệt độ cao, qua đó làm nóng chảy các tấm/thanh kim loại thành các phần theo kích thước cần dùng, hoặc dùng để phá hủy cấu trúc liên kết kim loại. [1]

Gia công hàn cắt kim loại là gì? Hàn cắt kim loại là phương pháp cắt gọt kim loại sẽ sử dụng nhiệt độ cao, áp suất, hoặc cả 2, quá trình này sẽ đốt cháy các chất khí để nung chảy kim loại và tạo ra các mối hàn hay đường cắt. Phương pháp gia công này thường được các doanh nghiệp và thợ lành nghề sử dụng trong ngành cơ khí chế tạo.

Các thành phần chính cần thiết để tạo nên mối hàn, cắt. [2]

• Một số nguồn nhiệt như: Hồ quang điện (được sử dụng phổ biến nhất), ngọn lửa, áp suất hoặc ma sát.
• Tấm chắn (Shielding) là việc sử dụng khí gas hoặc chất khác để bảo vệ mối hàn, ngăn không cho oxy trong không khí tiếp xúc và làm cho mối hàn giòn và xốp, qua đó giúp hạn chế tình trạng biến dạng, đứt gãy.
• Vật liệu hàn được dùng để ghép hai kim loại cần hàn lại với nhau.

Thiết bị hàn cắt bao gồm những gì?

Có rất nhiều loại máy hàn cắt với kết cấu khác nhau, tuy nhiên chúng thường gồm những bộ phận như:

• Bình chứa oxy.
• Bình chứa axetylen.
• Bộ điều chỉnh áp suất.
• Ống hàn hơi đôi.
• Mỏ hàn, mỏ cắt.
• Béc hàn, béc cắt.
• Van giảm áp.
• Van chống cháy ngược.
• Một số dụng cụ phụ trợ khác.

Các phương pháp gia công hàn cắt kim loại phổ biến hiện nay.

Gia công hàn hồ quang điện.

Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn. Trên thực tế, các phương pháp hàn kim loại này đặc trưng bởi điện áp thấp hơn sự phóng điện phát sáng. Chúng hoạt động dựa trên sự chuyển động không ngừng của dòng điện tử trong môi trường đã được ion hóa các electron giữa hai điện cực đi từ cathode đến anode, tạo ra nguồn nhiệt lớn để nung cho vật hàn nóng chảy.

Một số ứng dụng phổ biến của phương pháp hàn hồ quang điện là:

• Công nghiệp sửa chữa và phục hồi chi tiết.
• Xây dựng kết cấu thép, chế tạo công nghiệp,…
• Công nghiệp điện, điện tử: Hàn bảng mạch, main,…

Gia công hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ.

Gia công hàn hồ quang lõi thuốc (FCAW hoặc FCA).

Hàn hồ quang lõi thuốc (Flux-cored arc welding viết tắt là FCAW hoặc FCA) là phương pháp hàn bán tự động hoặc tự động. Trong đó, điện cực nóng chảy là ống kim loại bên trong có thuốc hàn có chức năng tương tự như vỏ bọc que hàn. Phương pháp hàn này thường sử dụng điện áp cố định hoặc đôi khi là dòng điện không đổi hoặc sử dụng nguồn cấp khí bảo vệ.

Một số ứng dụng của phương pháp hàn FCAW:

• Được sử dụng phổ biến nhất cho ứng dụng hàn tự động, bán tự động và hàn robot.
• Các ứng dụng điển hình bao gồm: Kết cấu cầu thép, máy khai thác mỏ, thiết bị khoan xa bờ, đóng tàu, chế tạo kết cấu thép,…
• Dùng để hàn các hợp kim như: Thép hợp kim nhẹ và thấp, thép không gỉ, hợp kim niken,…

Gia công hàn cắt hồ quang kim loại khí (GMAW).

Hàn hồ quang kim loại khí (Gas metal arc welding hay GMAW) đôi khi được gọi bằng các phân nhóm khí trơ kim loại (MIG) và khí hoạt tính kim loại (MAG). Chúng sử dụng khí trơ: Ar, He,… và điện cực dây MIG tiêu hao làm nóng chảy kim loại phôi tạo thành mối hàn. Khi hồ quang điện xảy ra, điện cực nóng chảy ngay lập tức và khí bảo vệ, chẳng hạn như: Aragon, carbon dioxide hoặc heli,… được cung cấp qua đầu mỏ hàn.

Một số ứng dụng của phương pháp hàn cắt GMAW:

• Ứng dụng máy hàn hồ quang kim loại khí thường được sử dụng phổ biến trong sản xuất: Bàn ghế, khung xe đạp, mô tô, các hàng cơ khí,…
• Ngoài ra, các phương pháp hàn kim loại này có khả năng tự động hóa để ứng dụng trong hàn lắp ráp robot, các thiết bị hàn tự động,…

Gia công hàn cắt hồ quang Vonfram.

Gia công hàn cắt hồ quang vonfram (Gas tungsten arc welding viết tắt là GTAW) hay còn được gọi là hàn “TIG” sử dụng khí bảo vệ là khí trơ: Ar, He,… và điện cực không nóng chảy Vonfram để tạo ra mối hàn. Khu vực mối hàn và điện cực được bảo vệ khỏi quá trình oxy hóa hoặc ô nhiễm không khí khác bằng khí bảo vệ trơ: Argon hoặc helium.

Một số ứng dụng của phương pháp hàn cắt TIG:

• Ứng dụng hàn TIG được sử dụng trong nhiều thiết bị sản xuất: Hàn thép hợp kim cao, kim loại màu và hợp kim của chúng, sửa chữa các chi tiết bị hỏng, đặc biệt là các chi tiết làm bằng nhôm và magie,…
• Hàn TIG đặc biệt áp dụng trong chi tiết hàn khó bao gồm: Chi tiết máy, vỏ máy photo,….
• Sử dụng trong thiết bị điện tử điện lạnh như: Máy lạnh, máy điều hòa, các loại máy trong bệnh viện như máy X-Quang, máy chiếu,…
• Ứng dụng nhiều trong công nghệ: Hàn tàu, hàn ống tàu, hàn ống dẫn ga, dẫn dầu, bồn inox công nghiệp lắp ghép chứa nước,…

Gia công hàn hồ quang tay (hàn que).

Hàn que hay còn gọi là hàn hồ quang kim loại có che chắn (Shielded metal arc welding còn gọi là SMAW). Trong đó, một dòng điện được sử dụng để tạo ra hồ quang giữa vật liệu cơ bản và thanh que điện cực tiêu hao được bao phủ bởi vật liệu thuốc hàn hay còn gọi là que hàn. Thông thường, thanh điện cực được làm bằng chất liệu tương thích với kim loại cần hàn và phủ bên trên lớp chất trợ dung, tạo ra hơi dùng làm khí bảo vệ cùng một lớp xỉ.

Ứng dụng của gia công hàn que:

• Sử dụng nhiều trong đời sống: Hàn cửa sắt, bàn ghế, lan can hoặc bàn ghế, tủ quần áo, giường,…
• Lĩnh vực xây dựng, nhà xưởng, dân dụng: Hàn cố định mái, cầu thang sắt, hàn tại xưởng ô tô, nhôm kính, kết cấu thép, công nghiệp chế tạo,…
• Dùng để hàn các thiết bị, linh kiện, phụ kiện điện tử,…
• Hàn các đầu mối trong dây chuyền sản xuất gồm có: Ô tô, xe máy, tàu, máy bay,…
• Hàn các loại máy móc, robot hàn công nghiệp,…
• Sản xuất các loại gang, thép, niken,…

Gia công hàn cắt gió đá.

Hàn cắt gió đá [1] còn gọi là hàn cắt kim loại bằng khí (Hay một số tên khác như: Hàn cắt oxy gas, hàn cắt hơi, Oxy-fuel welding and cutting) là một trong những phương pháp hóa học dùng nhiệt lượng từ phản ứng cháy của quá trình đốt nhiên liệu như: xăng hoặc xăng, dầu diesel, dầu diesel sinh học, dầu hỏa,… và các khí như: Oxy, axetylen, metylaxetilen (khí MAPP), hydro, propan hoặc propylen,… để nung chảy các kim loại.

Một số ứng dụng phổ biến của phương pháp gia công hàn cắt gió đá là:

• Các phương pháp hàn kim loại này dùng để hàn cắt các sản phẩm có chiều dày hoặc mỏng và sửa chữa các chi tiết đúc bằng các kim loại khác nhau như: Gang, đồng thanh, nhôm, magie,…
• Hàn hoặc cắt các chi tiết bằng kim loại màu, kim loại đen hay hợp kim cứng,…
• Hàn cắt kim loại bằng khí ứng dụng để chế tạo máy móc, thiết bị trong: Giao thông, thủy lợi, công trình xây dựng,…

Gia công hàn cắt Plasma – hồ quang.

Gia công hàn cắt Plasma (Plasma Arc Welding còn gọi là PAW) là quá trình sử dụng vòi phun với áp suất cao thổi các khí trơ (hoặc không khí nén) cùng dòng hồ quang điện lên bề mặt vật cắt. Quá trình này sử dụng hai khí trơ, một tạo thành plasma hồ quang và khí thứ hai để che chắn mỏ hàn/cắt giúp điều chỉnh nhiệt độ một cách dễ dàng. Phương pháp cắt gọt kim loại này có nhiệt độ cao làm nóng chảy kim loại vật cần hàn hoặc cắt. [3]

Một số ứng dụng của phương pháp hàn cắt Plasma là:

• Áp dụng trong các chi tiết bộ phận như: Tàu biển, kỹ thuật hạt nhân, điện tử, không gian và nhiều lĩnh vực công nghiệp khác,…
• Các bộ phận của động cơ turbine, ống thép không gỉ và ống titan (hàn đường dọc).
• Vỏ hộp rơle,..

Gia công hàn cắt Laser.

Đây là một kỹ thuật hàn (Laser beam welding hay LBW) được sử dụng để nối các mảnh kim loại hoặc nhựa nhiệt dẻo thông qua việc sử dụng tia laser. Chùm tia cung cấp nguồn nhiệt tập trung, cho phép hàn sâu, hẹp và tốc độ hàn cao. Các mối hàn với có các cạnh với chất lượng bề mặt nét, các phương pháp hàn kim loại này còn dùng để cắt tạo ra đường cắt đẹp và độ chính xác tuyệt đối.

Ứng dụng của hàn cắt Laser:

• Áp dụng được trên nhiều loại vật liệu kim loại như: Inox, sắt, đồng, thép, nhôm,… và phi kim như: Gỗ, mica, vải,…
• Ứng dụng trong quân sự, công nghiệp vũ trụ, y tế,… như: Vành bánh răng, thân bánh răng, trục bậc, đồ trang sức, thiết bị chính xác, hàn giáp mối phụ kiện đường ống, linh kiện điện tử, kim loại màu,…

Những lưu ý đảm bảo an toàn khi hàn cắt kim loại.

Trong quá trình hàn cắt, kim loại cần được che chắn bằng các vật liệu không cháy, hoặc di chuyển chúng ra khỏi khu vực gia công. Dưới đây là một số lưu ý giúp hạn chế cháy, nổ như:

• Sử dụng các dụng cụ bảo hộ lao động khi hàn cắt để đảm bảo an toàn, không để vảy hàn có nhiệt độ cao tiếp xúc với các vật liệu dễ cháy.
• Thợ hàn phải được tập huấn về nghiệp vụ phòng cháy chữa cháy, biết sử dụng thành thạo các loại phương tiện phòng cháy chữa cháy tại chỗ.
• Chuẩn bị đầy đủ các loại trang bị bảo hộ cá nhân như: Kính hàn, giày, găng tay,…
• Sắp xếp nơi làm việc gọn gàng, kiểm tra tình trạng nước, cát, bình chữa cháy trang bị cho khu vực hàn.
• Kiểm tra tình trạng bình khí, mỏ hàn và các vật dụng liên quan đến hàn cắt trước khi sử dụng.

Tổng kết.

Thông qua bài viết trên, RX Tradex hy vọng doanh nghiệp có thể hiểu rõ gia công hàn cắt kim loại là gì cũng như các phương pháp và ứng dụng phổ biến hiện nay. Bên cạnh đó, doanh nghiệp có thể quan tâm đến những sự kiện lớn trong ngành cơ khí sản xuất như Triển lãm METALEX Việt Nam 2023, do công ty RX Tradex Vietnam tổ chức, qua đó các đơn vị tham gia hay tham quan sẽ được tiếp cận các máy móc, công nghệ hàn cắt tiên tiến nhất hiện nay. Ngoài ra, cũng trong năm 2023, RX Tradex còn tổ chức các Triển lãm Quốc tế hàng đầu khu vực như: Vietnam Manufacturing Expo, NEPCON Vietnam và Waste and Recycling Vietnam, các sự kiện sẽ mở ra cơ hội học hỏi, kết nối giao thương hay nắm bắt những xu hướng mới trong ngành.

Chú thích:

[1] Nguồn: https://vandat.com.vn/.

[2] Nguồn: https://ehs.umass.edu/.

[3] Nguồn: https://www.ehss.vt.edu/.