MỸ – Những lời khuyên tưởng chừng như hữu ích đôi khi lại là những chỉ dẫn sai lệch. Trong ngành hàn, có rất nhiều quan niệm chưa chính xác được truyền tai nhau. Các chuyên gia đã chứng kiến vô số phát biểu và giải thích thiếu chính xác về hàng loạt chủ đề khác nhau. Trong bài viết này, các chuyên gia đến từ tập đoàn ESAB chia sẻ một số ngộ nhận phổ biến để các doanh nghiệp cải thiện mối hàn nhằm đạt chất lượng cao.

Làm nóng thép trước (preheat) để loại bỏ độ ẩm
Đây là khái niệm bị hiểu sai nhiều nhất trong ngành hàn. Lý do thực sự của việc làm nóng thép là làm chậm tốc độ nguội của mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ – heat-affected zone) lân cận. Mục đích chính nhằm ngăn chặn sự hình thành cấu trúc vi mô martensite, một cấu trúc rất giòn, dễ xuất hiện ở vùng HAZ trên các đoạn vật liệu dày hoặc thép hợp kim thấp độ bền cao. Martensite có thể dẫn đến hiện tượng gãy giòn, giảm độ dai va đập ở nhiệt độ thấp và dễ nứt do hydro hơn.

Sự hiểu lầm này bắt nguồn từ phương pháp làm nóng thép trước. Hầu hết các nhà máy cơ khí đều sử dụng các loại đèn khò hoặc ngọn lửa trần để làm nóng sơ bộ. Khi một loại nhiên liệu như propan trộn với oxy và xảy ra phản ứng hóa học tạo ra ngọn lửa, các sản phẩm phụ sinh ra là carbon dioxide (CO2) và nước (H2O). Vì nhiệt độ ngọn lửa cao hơn nhiều lần so với điểm sôi của nước, nước được tạo ra dưới dạng hơi với nồng độ rất cao. Khi các khí từ ngọn lửa di chuyển ra xa vùng trung tâm, nhiệt độ không khí sẽ giảm mạnh. Lúc này, nhiệt độ không khí không còn đủ cao để giữ lượng nước hòa tan (dạng hơi) trong không khí, hiện tượng này gọi là điểm sương (dew point), khiến hơi nước ngưng tụ và bám lại trên bề mặt tấm hàn.

Cơ chế này chính là nguyên nhân dẫn đến nhận định sai lệch và cho rằng nước bị giữ lại bên trong thép, điều bất khả thi về mặt vật lý. Hiện tượng này tương tự như việc những ngày hè nóng ẩm thường để lại sương sớm trên thảm cỏ hoặc vỏ xe ô tô.

Các lý do khác về việc làm nóng thép trước, bao gồm: giảm biến dạng, giảm nứt mối hàn ở các liên kết có độ cứng cao, và đốt cháy các tạp chất bề mặt như sơn hoặc dầu mỡ. Nếu quy trình hàn cần làm nóng trước, đừng bao giờ bỏ qua bước quan trọng này!

Mối hàn đạt chuẩn phải có màu xanh, màu vàng rơm, cầu vồng hoặc một màu sắc cụ thể
Cách suy diễn cảm tính này bắt nguồn từ ngành hàn ống công nghệ và ngành hàn các kim loại phản ứng hoặc kim loại khó nóng chảy. Màu sắc của mối hàn có thể là dấu hiệu của một mối hàn hỏng, không phải là bằng chứng của một mối hàn tốt. Màu sắc bề mặt của mối hàn phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc với oxy, nhiệt độ của kim loại tại thời điểm tiếp xúc, và loại kim loại hoặc các nguyên tố hợp kim trong đó.

Màu sắc của mối hàn thường được thảo luận nhiều nhất khi hàn titan và thép không gỉ (inox). Đối với titan, màu xanh lam biểu thị việc có oxy lọt vào trong buồng hàn, nhưng việc mối hàn đó có được chấp nhận hay không còn tùy thuộc vào loại mối hàn (class of the weld) (*) đang thực hiện. Đối với thép không gỉ, màu sắc có thể ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chống ăn mòn.
(*) Class of the weld: Phân cấp mối hàn dựa trên độ tới hạn (criticality). Mỗi sản phẩm hoặc chi tiết máy sẽ được phân vào các “cấp độ” khác nhau dựa trên mức độ nguy hiểm nếu mối hàn bị hỏng. Ví dụ, theo tiêu chuẩn hàng không vũ trụ (như AWS D17.1 hay tiêu chuẩn của NASA), các mối hàn thường được chia thành:
– Class A (cấp độ A – nguy hiểm cao): dành cho các chi tiết nếu bị hỏng sẽ gây thảm họa lớn, đe dọa tính mạng hoặc làm thất bại cả nhiệm vụ (như vỏ tên lửa, ống dẫn nhiên liệu áp suất cao, linh kiện máy bay).
– Class B (cấp độ B – khả năng chịu lực cao): dành cho các bộ phận chịu tải trọng lớn nhưng nếu hỏng không ngay lập tức gây nguy hiểm đến tính mạng hoặc sụp đổ toàn bộ hệ thống.
– Class C (cấp độ C – ứng dụng thông thường): dành cho các kết cấu phụ, ít chịu lực, chỉ cần liên kết cơ học cơ bản.

Hãy đẩy mỏ hàn để đạt được độ thấu tốt hơn
Ý kiến này thường xuất hiện đối với quy trình hàn hồ quang kim loại trong môi trường khí bảo vệ (Gmaw/ Mig-Mag) và hàn dây liên tục. Đôi khi, nó lại được phát biểu ngược lại: bạn nên hàn kéo để có độ thấu tốt hơn.

Điều quan trọng nhất là luôn giữ ngọn lửa hồ quang ở mép trước của vũng hàn để đảm bảo độ thấu sâu vào kim loại nền tốt. Điều này có thể đạt được bằng cả kỹ thuật hàn đẩy hoặc hàn kéo. Tuy nhiên, kỹ thuật kéo đảm bảo sẽ ở mép trước vũng hàn, trong khi kỹ thuật đẩy có thể khiến vũng hàn bị chảy cuộn tràn lên trước hồ quang. Nếu điều này xảy ra, vũng hàn sẽ đóng vai trò như một lớp cách nhiệt giữa hồ quang và vật liệu nền, từ đó làm giảm độ thấu.

Kết quả điển hình của kỹ thuật hàn kéo bao gồm: đường hàn hẹp hơn, độ nhô (độ lồi) mối hàn cao hơn và độ thấu sâu. Ngược lại, khi dùng kỹ thuật đẩy, bề mặt mối hàn sẽ phẳng hơn, rộng hơn và nông hơn một chút, nhưng điều đó không đồng nghĩa với việc độ thấu không đạt yêu cầu.

Nhận định sai lệch này xuất phát từ kinh nghiệm truyền miệng và trình độ của từng thợ hàn. Nếu một thợ hàn dành phần lớn thời gian làm việc trong ngành kết cấu thép hoặc thiết bị áp lực, họ có xu hướng ủng hộ kỹ thuật kéo. Nếu thợ hàn có kinh nghiệm làm việc với các vật liệu mỏng hơn như đồ nội thất kim loại, khung trọng lượng nhẹ hoặc kết cấu tôn tấm, họ sẽ bảo vệ kỹ thuật đẩy. Những thợ hàn có kinh nghiệm đa dạng ở nhiều ngành thép khác nhau sẽ hiểu rõ sự khác biệt này và biết cách vận dụng linh hoạt để đạt kết quả như mong muốn. Nếu muốn thấu sâu, họ sẽ chọn hàn kéo. Nếu muốn giảm nguy cơ cháy thủng phôi hoặc khi liên kết hàn có độ hở lớn (khe hở hàn), họ sẽ chọn hàn đẩy.

Quy tắc cần ghi nhớ: Khi quy trình hàn có tạo xỉ (như hàn que hoặc hàn dây lõi thuốc), cần hàn kéo. Điều này giúp ngăn chặn xỉ hàn bị kẹt lại ở chân mối hàn, vốn là nguyên nhân gây hỏng mối hàn khi đưa vào vận hành.

Que hàn điện và dây hàn lõi thuốc có độ bền cao hơn dây hàn đặc
Quan niệm sai lầm này xuất phát từ việc các thợ hàn từng chứng kiến mối hàn bị nứt gãy khi sử dụng dây hàn đặc phối hợp với quy trình Gmaw. Có hai lý do chính dẫn đến nhận định sai lệch này.

Thứ nhất, đường kính của que hàn trong hàn hồ quang tay (Smaw) (1) hoặc dây hàn lõi thuốc (Fcaw) (2) thường lớn hơn so với dây hàn đặc, yêu cầu dòng điện cao hơn để duy trì hồ quang so với dây hàn Gmaw (3) (vốn chủ yếu dùng đường kính 0,9 hoặc 1,2 mm). Dòng điện chính là biến số quyết định đến chiều sâu ngấu của mối hàn. Thứ hai, loại khí bảo vệ được sử dụng cho quy trình Gmaw và chế độ dịch chuyển kim loại (transfer mode) (4) sẽ ảnh hưởng đến độ thấu sâu.
(1) Smaw (shielded metal arc welding – hàn hồ quang tay/ hàn que): Sử dụng một que hàn có lõi kim loại được bọc một lớp thuốc hàn (vỏ bọc) bên ngoài. Hồ quang được tạo ra khi quẹt đầu que hàn vào vật liệu nền.
(2) Fcaw (flux-cored arc welding – hàn lõi thuốc): Tương tự hàn Gmaw vì cũng dùng cuộn dây cấp liên tục, nhưng sợi dây này có cấu tạo dạng ống, chứa thuốc hàn ở lõi bên trong. Quá trình bảo vệ đến từ thuốc hàn cháy tạo xỉ (có thể kết hợp thêm bình khí ngoài hoặc không).
(3) Gmaw (gas metal arc welding – hàn Mig/ Mag): Sử dụng một cuộn dây hàn đặc (solid wire) được cấp liên tục qua súng hàn. Vũng hàn được bảo vệ hoàn toàn bằng luồng khí trơ (Mig) hoặc khí hoạt tính (Mag) cấp từ bình khí ngoài.
(4) Transfer mode: Mô tả cách thức kim loại nóng chảy từ đầu sợi dây hàn (vật liệu bù) được tách ra và di chuyển xuyên qua cột hồ quang để đi vào vũng hàn (kim loại nền).

Quy trình Smaw tự tạo ra khí bảo vệ carbon dioxide (CO2) trong quá trình hàn. Hàn Fcaw có khí bảo vệ sử dụng CO2 nguyên chất hoặc hỗn hợp CO2 và Argon, cả hai đều tạo ra mối hàn ngấu sâu. Trong khi đó, quy trình Gmaw thường sử dụng các hỗn hợp có hàm lượng khí Argon cao hơn, làm giảm tổng độ thấu sâu. Thêm vào đó, quy trình Gmaw có thể thiết lập các thông số hàn đủ thấp để đạt được chế độ dịch chuyển ngắn mạch (short-circuiting transfer), một chế độ dịch chuyển có điện áp và dòng điện thấp. Chế độ này có thể tạo ra các mối hàn trông có vẻ bám dính tốt nhưng thực tế độ thấu lại ít, dễ dẫn đến hiện tượng bong và hỏng mối hàn.

Nếu độ thấu của mối hàn được đảm bảo, tất cả các quy trình hàn đều cho ra mối hàn có độ bền tương đương nhau, tuân theo phân loại điện cực của hiệp hội hàn Mỹ (AWS). Ví dụ, một dây hàn đặc ER70S-6 dùng cho quy trình Gmaw, một dây lõi thuốc E70T-1 dùng cho quy trình Fcaw, và một que hàn E7018 dùng cho quy trình Smaw đều sẽ có độ bền kéo tới hạn tối thiểu của kim loại mối hàn là 70.000 Psi.

Do đó, bất kể quy trình hàn nào được sử dụng, chỉ cần độ ngấu đạt yêu cầu đối với mối hàn ngấu không hoàn toàn hoặc mối hàn ngấu hoàn toàn, chính mã phân loại điện cực (que hàn/ dây hàn) mới là yếu tố quyết định độ bền của mối hàn.

Mối hàn tốt có hình dạng như những đồng xu xếp chồng
Sự hiểu lầm này nảy sinh từ hình dạng lượn sóng đẹp mắt được hình thành trong một số quy trình hàn hồ quang cực ván vonfram bảo vệ bằng khí trơ (Gtaw/ Tig) trên vật liệu nhôm bằng tay. Mặc dù trông rất thẩm mỹ, cấu trúc gợn sóng lồi lõm này thực chất có thể dẫn đến hiện tượng tập trung ứng suất (stress risers) và làm sai lệch kích thước mối hàn.

Do nhiệt độ đông đặc thấp hơn và kỹ thuật thao tác thủ công trong hàn Gtaw, các gợn sóng trên hợp kim nhôm thường nổi rõ hơn so với các kim loại khác. Những gợn sóng quá cao có thể làm tăng kích thước mối hàn một cách không cần thiết do phần họng mối hàn thực tế phải đo ở những vị trí thấp nhất. Những điểm lõm này có thể trở thành nơi tập trung ứng suất, gây ra hiện tượng mỏi và phá hủy sớm trong các kết cấu chịu tải trọng chu kỳ. Đối với hàn nhôm bằng quy trình Gmaw (Mig), mối hàn không nên có bề ngoài dạng gợn sóng này; nếu xuất hiện, đó rất có thể là dấu hiệu của hiện tượng thiếu độ thấu.

Để xem các tin bài khác về “Hàn”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: The Fabricator