Hàn hồ quang (MIG/MAG, TIG, que hàn)

Hàn nóng chảy: hồ quang điện làm chảy các mép và thường cả vật liệu phụ

Hàn hồ quang nối các chi tiết kim loại bằng cách làm chảy mép của chúng bằng hồ quang điện, để chúng hòa vào nhau và đông lại thành một khối. Đây là cách phổ biến nhất để nối thép, từ khung xe đạp và rơ moóc đến cầu và tàu thủy. Các phương pháp hàn nóng chảy khác trong chương này đều cải tiến cùng một ý tưởng: nóng chảy, hòa trộn, đông đặc lại.

Ảnh: William M. Plate Jr., Public domain, qua Wikimedia Commons

Hàn hồ quang · hình chiếu cạnh MIG/MAG với hình phụ TIG và que hànCác số trong vòng tròn khớp với các bước bên dưới. Hai khung bên phải cho thấy hàn TIG và hàn que thay đổi bước 4 và 5 như thế nào.

Hàn hồ quang (MIG/MAG, TIG, que hàn) trong một phút, bởi MecMade

Cách hoạt động

Khép kín mạch điện. Nguồn điện đưa dòng điện qua cáp đến mỏ hàn, và kẹp mass trên phôi dẫn dòng điện quay về. Thông số thường dùng là vài chục đến vài trăm ampe ở chỉ khoảng 10–35 vôn.
Mồi hồ quang. Khi dây chạm vào kim loại rồi kéo lùi, hồ quang điện (tia lửa liên tục qua chất khí nóng dẫn điện) hình thành. Nó đạt tới vài nghìn độ C.
Tạo vũng chảy. Hồ quang làm chảy mép của cả hai chi tiết thành một vũng kim loại lỏng nhỏ, gọi là vũng hàn. Để so sánh, thép chảy ở khoảng 1.500 °C.
Cấp vật liệu phụ. Trong MIG/MAG, một động cơ liên tục đẩy dây mảnh qua mỏ hàn. Đầu dây chảy trong hồ quang và nhỏ vào vũng, thêm kim loại để lấp đầy mối nối.
Bảo vệ vũng hàn. Khí thoát ra từ chụp khí đẩy không khí đi. Nếu không có khí, oxy và nitơ sẽ gây rỗ khí (các bọt khí bị kẹt) và mối hàn giòn.
Di chuyển và đông đặc. Thợ hàn hoặc robot di chuyển mỏ hàn dọc mối nối. Phía sau, vũng hàn đông lại thành đường hàn (gờ kim loại hàn nổi lên) liền một khối với cả hai chi tiết.

Ba biến thể, một nguyên lý. MIG/MAG (khí trơ kim loại / khí hoạt tính kim loại) cấp dây tự động dưới khí argon hoặc hỗn hợp argon–CO2. TIG (khí trơ vonfram) dùng điện cực vonfram không bị chảy, còn thợ hàn nhúng một que phụ riêng vào vũng hàn. Hàn que dùng que có bọc thuốc hàn (bột hóa chất) cháy tạo khí bảo vệ riêng và một lớp vỏ gọi là xỉ.

Thông số chính

Vật liệu: Thép cacbon và thép không gỉ (cả ba biến thể); hợp kim nhôm, titan, đồng và niken chủ yếu bằng TIG hoặc MIG
Chi tiết thường gặp: Khung thép, khung gầm ô tô, đường ống, bồn chứa, thân tàu, cầu, khung xe đạp
Kích thước chi tiết: Từ tấm dày khoảng 0,5–1 mm (TIG) đến tấm trên 100 mm (nhiều lớp hàn); cụm lắp ráp mọi kích cỡ
Độ chính xác: Khoảng ±1 mm trên một cụm hàn; biến dạng do nhiệt là giới hạn chính, nên các mặt cần chính xác được gia công sau đó
Bề mặt hoàn thiện: Đường hàn nổi gợn sóng; bắn tóe (MIG) hoặc xỉ (hàn que) cần làm sạch; mài phẳng khi cần vẻ đẹp
Số lượng phù hợp: Từ chi tiết đơn chiếc và sửa chữa đến sản xuất hàng loạt bằng robot
Chi phí khuôn dụng cụ và máy: Vài trăm đến vài nghìn đô la cho bộ hàn tay; khoảng 100.000 đô la trở lên cho một cell robot
Tốc độ: Thường 0,1–0,5 m đường hàn mỗi phút khi hàn tay; TIG chậm nhất, robot nhanh nhất

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm

Nối được gần như mọi loại thép, và hầu hết kim loại khác bằng TIG
Thiết bị rẻ, di động; hàn que dùng được ngoài trời và khi có gió
Một mối hàn tốt có thể bền bằng chính các chi tiết nó nối
Dùng được ở mọi quy mô, từ khung xe đạp đến tàu thủy

Hạn chế

Nhiệt làm cong vênh chi tiết mỏng và làm đổi tính chất kim loại cạnh mối hàn (vùng ảnh hưởng nhiệt)
Chất lượng phụ thuộc vào tay nghề thợ hàn hoặc robot được chỉnh tốt
Khói, tia UV mạnh và bắn tóe đòi hỏi thông gió và đồ bảo hộ
Các lỗi ẩn (rỗ khí, nứt, không ngấu) cần kiểm tra ở các chi tiết quan trọng

Ứng dụng

Xây dựngDầm thép, cột, dầm cầu
Ô tôKhung gầm, càng treo, hệ thống ống xả (MIG bằng robot)
Năng lượngĐường ống dẫn, bình chịu áp, đoạn tháp điện gió
Đóng tàuTấm vỏ tàu, boong và sườn
Hàng không vũ trụ và thiết bị thực phẩmChi tiết thép không gỉ và nhôm mỏng (TIG)
Sửa chữa và nông nghiệpSửa chữa máy móc tại hiện trường bằng hàn que

Cách nhận biết

Đường hàn nổi dọc mối nối với các gợn sóng hình bán nguyệt mịn; đường hàn TIG đẹp trông như một hàng đồng xu xếp chồng.
Những hạt kim loại nhỏ (bắn tóe) dính cạnh mối hàn MIG.
Màu nhiệt vàng rơm, xanh hoặc cầu vồng trên thép không gỉ cạnh mối hàn.
Đường hàn thô hơn với xỉ thủy tinh còn sót lại ở mối hàn que.

So sánh với

Hàn điểm điện trở7.2kẹp các tấm chồng lên nhau và hàn tại các điểm bằng dòng điện và áp lực; không hồ quang, không vật liệu phụ, chỉ một phần giây mỗi điểm.Hàn laser7.4một chùm tia hội tụ tạo ra mối hàn hẹp, sâu với ít nhiệt và ít biến dạng hơn nhiều, nhưng thiết bị đắt hơn rất nhiều.Hàn đồng và hàn thiếc7.3các chi tiết không bao giờ chảy; vật liệu phụ có nhiệt độ chảy thấp hơn chảy vào khe hở, nên mối nối yếu hơn nhưng hư hại do nhiệt nhỏ.

Xem video

TimWelds · Các biến thể khác nhau thế nào, so sánh cạnh nhau

Miller Welders · Cận cảnh mỏ hàn MIG, cấp dây và vũng hàn

DIY PRO · Cận cảnh vonfram, que phụ và hồ quang

FANUC America · Robot hàn một chi tiết lớn trong cell nhà máy

Xem ảnh thật

Wikipedia: Hàn hồ quang — tổng quan kèm ảnh thợ hàn, mỏ hàn và đường hàn
Wikipedia: Hàn hồ quang kim loại trong khí bảo vệ — Mỏ hàn MIG/MAG, cách thiết lập và cận cảnh mối hàn
Wikipedia: Hàn hồ quang vonfram trong khí bảo vệ — Mỏ hàn TIG, điện cực vonfram và ảnh hồ quang
Tìm ảnh trên Wikimedia Commons

Ghi nhớ

Hồ quang điện làm chảy cả hai mép, thường cùng vật liệu phụ, thành một vũng đông lại thành mối nối.
Khí bảo vệ hoặc thuốc hàn giữ không khí tránh xa kim loại nóng; nếu không, mối hàn sẽ rỗ và giòn.
MIG/MAG nhanh và dễ, TIG chậm và chính xác, hàn que chắc chắn và di động.