Công nghệ hàn vẩy: Các loại vẩy hàn và kỹ thuật hàn vẩy

Công nghệ hàn vẩy là gì?

Công nghệ hàn vẩy là phương pháp hàn để nối các chi tiết kim loại hoặc hợp kim ở trạng thái rắn nhờ một kim loại hoặc hợp kim trung gian gọi là vẩy hàn. Khi hàn vẩy thì kim loại (hoặc hợp kim trung gian) được nung đến trạng thái chảy, còn kim loại vật hàn chỉ cần nung nóng đến một nhiệt độ nhất định, mà ở nhiệt độ đó giữa kim loại vật hàn và vẩy hàn có thể khuếch tán vào nhau.

Hàn vẩy được sử dụng rộng rãi trong ngành kỹ thuật: kỹ thuật điện, điện tử và trong các lĩnh vực khác; hàn các dụng cụ cắt kim loại, dụng cụ nhiệt...

Đặc trưng cơ bản của hàn vẩy là:

Do không gây ra sự thay đổi thành phần hóa học của kim loại vật hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt không tồn tại do vậy vật hàn khi hàn không bị biến dạng.

Có thể hàn được các kết cấu phức tạp mà các phương pháp hàn khác khó có thể thực hiện được. 

Có khả năng hàn các loại vật liệu khác nhau.

Năng suất cao và không đòi hỏi thợ bậc cao.

Hiệu quả kinh tế cao.

Vẩy hàn là gì?

Vẩy hàn là những kim loại hoặc hợp kim có khả năng liên kết các vật liệu kim loại hoặc hợp kim lại với nhau, để tạo nên liên kết hàn bền chắc, thỏa mãn yêu cầu làm việc của kết cấu hàn.

Yêu cầu đối với vẩy hàn

Vẩy hàn cần đáp ứng các yêu cầu sau:

Vẩy hàn khi nóng chảy cần có khả năng khuếch tán tốt vào kim loại vật hàn để tạo nên lớp vẩy hàn bền chắc.

Nhiệt độ nóng chảy của vẩy hàn phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại vật hàn.

Ở nhiệt độ nóng chảy, vẩy hàn phải có tính loãng cao để dễ điền đầy toàn bộ mối hàn.

Hệ số dẫn nhiệt của kim loại vật hàn và vẩy hàn cần phải gần như nhau.

Vẩy hàn cần phải đảm bảo độ dẻo, độ bền, không bị giòn nóng hay giòn nguội. 

Dễ chế tạo, giá thành rẻ.

Phân loại vẩy hàn:

Dựa vào nhiệt độ nóng chảy, người ta chia vẩy hàn thành hai nhóm.

- Nhóm vẩy hàn dễ nóng chảy gọi là vẩy hàn mềm. Nhóm này có nhiệt độ nóng chảy nhỏ hơn 450 độ C.

- Nhóm vẩy hàn khó nóng chảy còn gọi là vẩy hàn cứng. Nhóm này có nhiệt độ nóng chảy lớn hơn 450 độ C.

Các loại vẩy hàn:

- Vẩy hàn mềm

Các loại vẩy hàn mềm là hợp kim chứa Sn, Pb, Cd, Bi và có nhiệt độ làm việc từ (190 ÷ 350)ºC.

Vẩy hàn mềm sử dụng để hàn các sản phẩm làm việc ở nhiệt độ thấp, chịu lực nhỏ.

Vẩy hàn mềm gồm: thiếc hàn và vật liệu hàn đặc biệt.

+ Thiếc hàn

Thiếc hàn là hợp kim thiếc - chì. Thiếc hàn gồm các loại: thiếc hàn 25, thiếc hàn 30, thiếc hàn 33, thiếc hàn 40, thiếc hàn 50, thiếc hàn 60 và thiếc hàn 90 (90%Sn, 30%Pb). Loại thiếc hàn 25 đến 50 sử dụng chủ yếu để hàn sắt tây. Thiếc hàn 60 được sử dụng để hàn đồng hồ điện, thiếc hàn 90 sử dụng để hàn các dụng cụ chứa thức ăn.

+ Vẩy hàn mềm đặc biệt 

Trên cơ sở hợp kim thiếc - chì người ta đưa thêm một số nguyên tố: Cu, Zn, Bi, Cd sẽ tạo ra vật liệu hàn có nhiệt độ nóng chảy thấp để hàn các kết cấu đảm bảo các yêu cầu đặc biệt: hàn tấm kẽm mỏng, dụng cụ bảo hiểm nhiệt...

Vẩy hàn mềm đặc biệt thường sử dụng là:

Hợp kim SN - Pb - Bi

Thành phần của hợp kim gồm: 15,5%Sn + 32,5%Pb + 52%Bi. Hợp kim này có nhiệt độ nóng chảy khoảng 96ºC.

Hợp kim Sn - Pb - Cd - Bi.

Thành phần của hợp kim gồm: 13,3%Sn + 26,7%Pb + 10%Cd + 50Bi. Hợp kim này có nhiệt độ nóng chảy khoảng 60ºC.

- Vẩy hàn cứng

Vẩy hàn cứng có độ cứng và cơ tính tương đối cao, do vậy vẩy hàn cứng thường sử dụng để hàn những liên kết có yêu cầu cơ tính cao và chịu nhiệt cao.

Vẩy hàn cứng thường dùng gồm: Đồng thau, bạc, vật liệu hàn bền nóng...

+ Đồng thau (hợp kim Cu - Zn)

Dùng để hàn các liên kết bằng kim loại đen và kim loại màu có nhiệt độ nóng chảy trên 1000ºC. 

+ Vẩy bạc

Vẩy bạc sử dụng để hàn vẩy thường có chứa thêm các nguyên tố: đồng và kẽm.

Vật liệu hàn này có thể hàn được tất cả các kim loại đen và kim loại màu (trừ những kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của vẩy hàn như: nhôm, magie, kẽm...).

Ưu điểm của vẩy bạc là:

Có độ dẻo, độ bền cao

Tính chống gỉ tốt

Làm việc tốt trong điều kiện chịu uốn và tải trọng va đập

+ Vẩy hàn bền nóng

Vẩy hàn bền nóng là hợp kim có chứa các nguyên tố: (50 ÷ 90)% Cu; (20 ÷ 40)%Zn; (3 ÷ 8)%Ni; (2 ÷ 5)%Mn và nhỏ hơn 2%Fe.

Vẩy hàn bền nóng được sử dụng rộng rãi để hàn các chi tiết làm việc ở nhiệt độ cao và hàn hợp kim bền nóng.

Thuốc hàn vẩy

Yêu cầu đối với thuốc hàn vẩy

Thuốc hàn có tác dụng làm sạch lớp oxit và các chất bẩn khác trong vẩy hàn và kim loại vật hàn.

Thuốc hàn cần đảm bảo các yêu cầu sau:

Tạo điều kiện tốt cho vẩy hàn khuếch tán vào kim loại vật hàn

Bảo vệ bề mặt kim loại vật hàn và vẩy hàn nóng chảy không bị oxy hóa trong quá trình hàn.

Hòa tan được lớp oxit tạo nên trên bề mặt kim loại vật hàn và vẩy hàn.

Không làm thay đổi thành phần và tính chất của kim loại vật hàn và vẩy hàn khi nung nóng.

Không gây nên hiện tượng ăn mòn kim loại mối hàn và không sinh ra khí độc khi hàn.

Vẩy hàn phải rẻ, dễ chế tạo.

Các loại thuốc hàn

Phụ thuộc vào thành phần kim loại vật hàn và yêu cầu kỹ thuật của mối hàn mà sử dụng thuốc hàn cho thích hợp.

+ Thuốc hàn dùng hàn vẩy hàn mềm

Để hàn vẩy hàn mềm, người ta sử dụng thuốc hàn ở thể lỏng. Thuốc hàn sử dụng là dung dịch muối clo: clorua kẽm, clorua amôn và axit photphoric.

+ Thuốc hàn dùng hàn vẩy hàn cứng 

Để hàn vẩy hàn cứng, thường sử dụng thuốc hàn bôrắc, axit bôric.

Các loại liên kết mối hàn vẩy

Hàn vẩy được ứng dụng cho các loại liên kết mối hàn như hình.

Mối hàn liên kết giáp mối 

Mối hàn liên kết chồng

Mối hàn liên kết góc

Kỹ thuật hàn vẩy

1. Chọn vẩy hàn

Độ bền của mối hàn vẩy phụ thuộc vào loại vẩy hàn, do vậy khi chọn vẩy hàn cần căn cứ vào yêu cầu kỹ thuật của mối hàn và điều kiện làm việc của liên kết hàn để chọn loại vẩy hàn cho thích hợp.

2. Chế độ hàn vẩy 

Chế độ hàn vẩy gồm các thông số chủ yếu sau:

- Nhiệt độ hàn

Nhiệt độ khi hàn vẩy có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng mối hàn. Nếu nhiệt độ hàn tăng sức căng bề mặt của vẩy hàn nóng chảy giảm, làm tăng khả năng khuếch tán của vẩy hàn vào kim loại vật hàn. Nhưng nếu nhiệt độ hàn tăng quá cao sẽ làm tổ chức kim loại vẩy hàn và kim loại vật hàn thay đổi, do đó làm thay đổi cơ tính của mối hàn. Vì vậy, khi hàn phải chọn nhiệt độ hàn cho thích hợp.

Nhiệt độ khi hàn vẩy phải lấy cao hơn nhiệt độ nóng chảy của vẩy hàn khoảng 25 đến 50 độ C.

- Thời gian nung: 

Thời gian nung có ảnh hưởng lớn đến năng suất của quá trình hàn cũng như chất lượng của mối hàn. Thời gian nung càng dài thì chiều sâu lớp khuếch tán của vẩy hàn và kim loại vật hàn tăng, làm liên kết mối hàn tốt hơn. Tuy nhiên nếu thời gian nung quá dài sẽ làm cho hạt tinh thể phát triển, làm cơ tính mối hàn giảm và hiệu quả kinh tế thấp. Do vậy, khi hàn phải chọn thời gian nung cho thích hợp.

Thời gian nung phụ thuộc vào:

+ Chiều dày kim loại vật hàn

+ Khe hở giữa các chi tiết hàn

+ Thành phần của kim loại vật hàn và vẩy hàn

+ Tốc độ nung

Xác định tốc độ nung nóng cần căn cứ vào: kích thước của vật hàn, độ dẫn nhiệt của kim loại vật hàn. Kích thước vật hàn cáng lớn, tính dẫn nhiệt của vật hàn kém thì tốc độ nung nóng phải chậm để tránh hiện tượng cong vênh và nứt vật hàn khi hàn.

Kỹ thuật hàn vẩy

Chuẩn bị

Trước khi hàn phải chuẩn bị đầy đủ thiết bị, dụng cụ và các vật tư cần thiết cho quá trình hàn:

- Dây hàn vẩy

- Thuốc hàn

- Vật hàn

Trước khi hàn phải làm sạch cẩn thận bề mặt vật hàn. Làm sạch có thể bằng phương pháp cơ học hay hóa học.

Gá chi tiết

Gá phải đảm bảo khe hở đều giữa các chi tiết. Khe hở giữa các chi tiết phải đạt đến mức tối thiểu để làm tăng khả năng khuếch tán của vẩy hàn và làm tăng độ bền cho liên kết hàn.

Hàn

Trình tự tiến hành các bước khi hàn như sau:

- Bôi thuốc hàn lên bề mặt mối hàn 

- Nung nóng

Nung nóng khi hàn là nhân tố rất quan trọng vì nó quyết định đến chất lượng của liên kết hàn. Khi nung phải nung nóng đều vật hàn và vẩy hàn ở tất cả các phía.

Chú ý trong kỹ thuật hàn vẩy

- Hàn bằng vẩy mềm chỉ nên sử dụng để liên kết mối hàn chồng.

Khoảng chồng giữa các chi tiết hàn phụ thuộc vào: chiều dày vật hàn và điều kiện làm việc của  liên kết hàn. Thông thường khoảng chồng là (3 ÷ 60)mm.

Với những liên kết hàn có chiều dày (2 ÷ 5)mm và áp lực làm việc 5at thì chiều dài phần chồng không nhỏ hơn 40mm.