Kỹ thuật hàn nhiệt và các phương pháp hàn nhiệt

Hàn nhiệt là phương pháp hàn dựa trên cơ sở của phản ứng tỏa nhiệt giữa một oxit kim loại với một kim loại khác có ái lực hóa học với oxy mạnh hơn.

Thông dụng nhất là phản ứng giữa nhôm và oxit sắt từ Fe2O3:

Phản ứng xảy ra khi nung nóng một lượng nhỏ hỗn hợp đến nhiệt độ khoảng 1.200 - 1.300ºC, sau đó phản ứng tiếp tục được duy trì nhờ nhiệt độ của phản ứng và lan  nhanh ra toàn khối hỗn hợp làm nhiệt độ tăng lên đến 3.000ºC, nung nóng chảy sắt tạo thành thép lỏng và làm nóng chảy các tạp chất tạo thành xỉ lỏng. Thông thường hỗn hợp nhiệt nhôm gồm (20 - 220)% Al và (78 - 80)% Fe2O3.

Theo nguyên tắc tạo thành mối hàn, người ta phân ra hàn nhiệt nóng chảy và hàn nhiệt áp lực.

a) Phương pháp hàn nhiệt nóng chảy

Hàn nhiệt nóng chảy là đặt hai chi tiết hàn cách nhau một khoảng hẹp tạo thành khe hàn và sử dụng khuôn cát bao quanh mép hàn. Phản ứng nhiệt nhôm được  tiến hành trong nồi chứa riêng. 

Sau khi nung nóng khuôn và mép hàn, tiến hành mồi phản ứng, khi thép lỏng nóng chảy tốt và xỉ nổi lên hết, tiến hành mở lỗ rót ở đáy nồi phản ứng để rót thép lỏng vào khuôn. Thép lỏng có nhiệt độ cao nung chảy mép hàn, sau đó đông đặc tạo thành mối hàn.

b) Hàn nhiệt áp lực

Hàn nhiệt áp lực là đặt hai chi tiết sắt nhau và cũng được bao quanh nhờ một khuôn cát. Đầu tiên, người ta rót xỉ lỏng vào khuôn trước để nung nóng sơ bộ, sau đó rót thép lỏng vào khuôn tiếp tục nung mép hàn lên đến trạng thái hàn và tiến hành ép hai chi tiết vào nhau với áp lực đủ lớn để tạo thành mối hàn.

Hàn nhiệt được sử dụng để hàn các đường ray, đường ống bằng thép trong lắp đặt và sửa chữa ở những nơi không thể tiến hành bằng các phương pháp khác.

Hàn điện xỉ là phương pháp hàn sử dụng nhiệt sinh ra khi cho dòng điện có cường độ lớn đi qua một lớp xỉ có điện trở lớn để nung kim loại mép hàn và làm nóng chảy điện cực hàn.

Sơ đồ nguyên lý của phương pháp hàn điện xỉ:

Hai tấm hàn được đặt theo phương thẳng đứng cách nhau một khoảng bằng khe hở hàn.

Mặt dưới của khe hàn được chắn bởi tấm đệm (7). Hai bên được bao kín bởi hai hộp làm nguội (8). Khi hàn, cấp thuốc hàn vào khe hàn, đưa điện cực hàn (2) đi xuống và gây ra hồ quang. Nhiệt của ngọn hồ quang làm nóng chảy kim loại và thuốc hàn tạo thành vũng hàn và xỉ lỏng.

Khi xỉ lỏng dâng lên tiếp xúc với điện cực hàn làm tắt hồ quang, dòng điện tiếp tục chạy qua lớp xỉ lỏng. Do điện trở của lớp xỉ cao, nhiệt tỏa ra lớn, làm cho kim loại điện cực và kim loại mép hàn tiếp tục nóng chảy.

Nhờ sự làm nguội nhanh của các hộp làm nguội, kim loại lỏng ở phần dưới vũng hàn liên tục đông đặc, đồng thời hệ thống hộp làm nguội dịch chuyển lên phía trên theo tốc độ hình thành mối hàn.

Hàn điện xỉ được áp dụng để hàn các tấm dày, kích thước lớn theo các đường hàn thẳng đứng trong chế tạo vỏ tàu thủy, thân máy cỡ lớn,...