Hàn điểm điện trở

Nóng chảy: một xung dòng điện làm chảy một nhân hàn giữa các tấm được kẹp

Hàn điểm điện trở nối hai tấm kim loại chồng lên nhau tại các điểm nhỏ bằng cách ép chúng giữa các điện cực đồng và cho dòng điện rất lớn chạy qua. Mỗi điểm hàn mất chưa tới một giây và không cần kim loại bù hay khí. Đó là cách thân xe ô tô được chế tạo: nhìn vào khung cửa xe bất kỳ, bạn sẽ thấy từng hàng vết lõm tròn nhỏ.

Ảnh: BMW Werk Leipzig, CC BY-SA 2.0 de, qua Wikimedia Commons

Hàn điểm điện trở · một điểm hàn ở bốn thời điểm: ép, hàn, giữ, nhảĐọc các khung từ trái sang phải: chúng cho thấy một điểm hàn ở bốn thời điểm trong chu trình, và số của chúng khớp với các bước bên dưới.

Cách hoạt động

Ép. Một robot hoặc máy ép đóng hai điện cực hợp kim đồng làm mát bằng nước lên các tấm chồng nhau. Chúng ép với lực vài kilonewton, xấp xỉ trọng lượng vài trăm kilôgam.
Hàn. Dòng điện khoảng 5.000–20.000 ampe chạy trong một phần mười đến vài phần mười giây, chỉ với vài vôn. Điện trở (sự cản trở dòng điện của vật liệu) biến nó thành nhiệt, như dây của máy nướng bánh mì. Chỗ tiếp xúc giữa hai tấm có điện trở lớn nhất nên nóng lên trước. Tại đó hình thành một nhân hàn dạng thấu kính (một ổ kim loại nóng chảy nhỏ), thường rộng 4–8 mm.
Giữ. Dòng điện ngắt, nhưng các điện cực vẫn tiếp tục ép trong lúc nhân hàn nguội và đông đặc. Nước chảy bên trong điện cực hút nhiệt đi, nên đồng luôn mát và không bị dính hàn vào tấm.
Nhả khuôn. Các điện cực mở ra, để lại một vết lõm nông trên mỗi mặt. Robot di chuyển đến điểm kế tiếp, thường cách vài centimet dọc theo mép gờ (mép phẳng chồng lên nhau).

Vì sao chỉ phần giữa nóng chảy. Đồng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt hơn thép nhiều lần, nên các điện cực hầu như không nóng lên. Chỗ tiếp xúc giữa hai tấm là điểm nóng nhất, nên nhân hàn lớn dần từ trong ra ngoài, khuất khỏi tầm nhìn.

Thông số chính

Vật liệu: Thép tấm cacbon thấp và mạ kẽm, thép không gỉ; nhôm với máy dòng điện cao đặc biệt; dải niken cho pin
Chi tiết thường gặp: Thân xe, cửa và nắp capô, vỏ thiết bị gia dụng, kệ thép, bộ pin
Kích thước chi tiết: Mỗi tấm thường dày 0,5–3 mm; cụm lắp ráp lớn đến cả thân xe ô tô
Độ chính xác: Điểm hàn được đặt trong khoảng ±1 mm bởi robot; độ chính xác chung của chi tiết đến từ đồ gá kẹp
Bề mặt hoàn thiện: Một vết lõm tròn nhỏ trên mỗi mặt; thường được giấu trong mép gờ hoặc sơn phủ lên
Số lượng phù hợp: Sản xuất hàng loạt; máy để bàn nhỏ cũng phục vụ xưởng sửa chữa và người làm bộ pin
Chi phí khuôn dụng cụ và máy: Vài trăm USD cho máy để bàn nhỏ; khoảng 100.000 USD trở lên cho robot kèm kìm hàn
Tốc độ: Chưa tới một giây mỗi điểm; robot làm khoảng một điểm sau mỗi 1–3 giây, kể cả di chuyển

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm

Rất nhanh và dễ tự động hóa
Không cần kim loại bù, khí hay thuốc hàn: chi phí mỗi mối hàn rất thấp
Nhiệt chỉ tập trung cục bộ nên chi tiết hầu như không biến dạng
Lặp lại tốt khi đã chỉnh xong dòng điện, lực và thời gian

Hạn chế

Chỉ dùng cho mối nối chồng (lap) trên tấm mỏng
Nối tại các điểm, không phải đường hàn liên tục, nên không kín khít chống rò rỉ
Nhân hàn nằm khuất bên trong nên khó kiểm tra chất lượng nếu không thử phá hủy
Đầu điện cực mòn và phải được mài lại (tạo hình lại); nhôm cần dòng điện cao hơn nhiều

Ứng dụng

Ô tôThân xe thô (khung vỏ xe hàn trần), cửa, nắp capô, khung ghế
Thiết bị gia dụngVỏ máy giặt, lò nướng và tủ lạnh
PinLá niken nối các cell trong bộ pin xe đạp điện và dụng cụ điện
Đồ nội thất kim loại và vỏ tủKệ thép, tủ khóa, tủ điện
Đường sắtTấm thân toa tàu bằng thép không gỉ

Cách nhận biết

Các hàng vết lõm tròn nhỏ, rộng khoảng 5–8 mm, cách đều nhau dọc theo mép gờ.
Cùng một vết lõm xuất hiện trên cả hai mặt của mối nối.
Trên kim loại trần hoặc thép không gỉ, có một vòng màu nhiệt mờ quanh mỗi điểm hàn.
Mở cửa hoặc nắp capô xe ra: các mép của khung vỏ xe được xếp đầy những điểm này.

So sánh với

Hàn hồ quang7.1tạo đường hàn liên tục và xử lý được tấm dày, nhưng cần thêm kim loại bù và nhiều nhiệt hơn hẳn.Hàn laser7.4có thể thay các hàng điểm hàn bằng đường hàn liền nét để thân xe cứng hơn, với chi phí thiết bị cao hơn nhiều.Hàn siêu âm7.7cũng nối các chi tiết mỏng chồng lên nhau tại các điểm, nhưng bằng rung động và không nóng chảy; phù hợp với lá mỏng, dây và nhựa.

Xem video

Welding Fabrication World · Quy trình, ưu điểm và ứng dụng, dành cho người mới bắt đầu

The Weld Nugget · Dòng điện, lực và thời gian tạo nên nhân hàn như thế nào

FANUC America Corporation · Robot hàn một bên thân xe, tia lửa bắn ra ở mỗi điểm hàn

ABB Robotics · Một dây chuyền thân xe thực tế tại Volvo

Xem ảnh thật

Wikipedia: Spot welding — ảnh robot và máy hàn điểm, kèm sơ đồ quy trình
Tìm ảnh trên Wikimedia Commons

Ghi nhớ

Dòng điện, lực ép và thời gian là ba thông số cài đặt của mọi điểm hàn.
Nhiệt sinh ra tại nơi các tấm tiếp xúc, vì chỗ tiếp xúc đó cản dòng điện nhiều nhất.
Một thân xe được giữ với nhau bằng vài nghìn điểm hàn như vậy, gần như tất cả đều do robot thực hiện.