Giải pháp hàn tàu nhôm

Công nghệ hàn tàu nhôm

Lời giới thiệu

Hợp kim nhôm có ưu điểm là: nhẹ, bền và có khả năng chống ăn mòn tốt trong điều kiện nước biển, bởi vậy nó là vật liệu khả dụng sử dụng trong ngành công nghiệp đóng tàu.

Có 2 điểm chính khiến công nghệ hàn tàu nhôm khác biệt so với hàn tàu thép, và cả 2 điểm này đều liên quan đến điều kiện thực hiện mối hàn đó là hàn ở ngoài trời, đó là:

  • Việc bảo quản và vận chuyển nhôm tấm cần lưu ý cẩn thận để tránh bị oxy-hóa. Vì lớp Oxit nhôm là vấn đề khó khăn nhất cần phải giải quyết khi thực hiện hàn nhôm.
  • Nhôm rất nhạy cảm và dễ bị rỗ khí mối hàn, bởi vậy sử dụng khí bảo vệ đúng, điều kiện bảo vệ mối hàn cần phải được quan tâm chặt chẽ để tránh hiện tượng gió lùa trong khi hàn.

Dưới đây, Double Good JSC xin gửi tới các khuyến cáo cũng như những điểm lưu ý cần quan tâm đến để mối hàn nhôm đạt được chất lượng cao nhất, chi phí hàn tàu nhôm được tối ưu và tiết kiệm nhất.

Hàn tàu nhôm - double good jsc

Các loại hợp kim nhôm sử dụng trong đóng tàu nhôm

Để có thể đưa ra được công nghệ và kỹ thuật hàn nhôm phù hợp nhất, thì việc hiểu biết về thông tin vật liệu cơ bản cũng như lựa chọn đúng loại vật liệu hàn là một việc rất quan trọng. Bạn có thể tham khảo kỹ hơn về phân loại nhôm và hợp kim nhôm trong bài viết: https://doublegood.com.vn/phan-loai-nhom-va-hop-kim-nhom/

Về cơ bản, hợp kim nhôm-magiê (Al-Mg) thuộc nhóm 5XXX như 5052, 5154, 5454, 5083, 5086, 5754… và nhôm-silic-magie (Al-Si-Mg) thuộc nhóm 6XXX như 6063, 6082.. là hai nhóm hợp kim thông dụng thường được sử dụng cho tàu nhôm, bởi chúng có độ bền cao và khả năng chống ăn mòn rất tốt.

Hầu hết các nhóm hợp kim nhôm 1xxx, 3xxx, 4xxx, 5xxx và 6xxx đều có thể thực hiện hàn bằng quá trình hàn hồ quang như: GTAW/TIG, GMAW/MIG; còn các nhóm nhôm 2xxx và 7xxx thì thường không thể hàn bằng quá trình hàn hồ quang (từ hợp kim nhôm 2219,  2519, 7003, 7004, 7005 và 7039 là có thể hàn hồ quang, tuy nhiên vẫn dễ bị nứt). Nhôm 2024 và 7075 do tính khả dụng nên đôi khi vẫn được mua về phục vụ công việc hàn sửa chữa tàu nhôm. Tuy nhiên tính hàn khó và hợp kim nhôm này rất nhạy cảm khi hàn hồ quang.

Một điểm lưu ý là khi hàn hợp kim nhôm, nếu lựa chọn sai loại vật liệu sẽ dẫn đến khuyết tật nứt và phá hỏng liên kết ngay sau khi hàn. Bởi vậy công việc lựa chọn vật liệu hàn nhôm là việc vô cùng quan trọng. Bạn có thể tham khảo thêm về cách chọn vật liệu hàn nhôm qua bài viết: https://doublegood.com.vn/cach-lua-chon-vat-lieu-han-nhom/

Những lưu ý khi bảo quản và sử dụng hợp kim nhôm

Bảo quản nhôm - double good jsc
Bảo quản phôi nhôm tấm ngoài trời

Trong hầu hết các tiêu chuẩn công nghiệp đều khuyến cáo nên  bảo quản nhôm trong nhà xưởng tốt trước khi đem ra sử dụng. Tuy nhiên, với điều kiện thi công thực tế ở bên ngoài công trường thì cần phải có những lưu ý bảo quản khác phù hợp hơn.

Trước tiết, nếu có thể không nên sắp xếp các tấm nhôm nằm thành một chồng phẳng đặt lên nhau trên mặt nền đất, vì nếu làm theo cách này, nước đọng giữa các tấm nhôm sẽ làm tăng tốc quá trình ăn mòn vật liệu cơ bản. Thay vào đó, hãy xếp các tấm đặt lệch mép để nước chảy vào giữa khe giữa các tấm. Nếu bắt buộc các tấm phải đặt chồng phẳng lên nhau thì cần loại bỏ tất cả các giấy hoặc nilon xen kẽ giữa các tấm, vì nếu để nguyên các giấy này thì chúng trở thành chất thấm hút nước giữa các tấm. Thay vào đó, nên đặt ở giữa các tấm nhôm bằng các miếng gỗ hoặc nhôm nhỏ để tạo khe thoát nước. Mục đích cuối cùng là để loại bỏ hoặc tránh lớp oxit nhôm dày bám lên bề mặt phôi, nếu có các lớp oxit này cần phải được loại bỏ trước khi hàn.

Chuẩn bị trước khi hàn

làm sạch nhôm trước khi hàn -double good jsc
Bàn chải thép không gỉ, acetone và đĩa mài chuyên dụng cho việc làm sạch nhôm

Cần bảo đảm rằng trước khi hàn các chi tiết phải được làm sạch kỹ lưỡng. Có 2 cách làm sạch căn bản cần phải tuân thủ đó là; Thứ nhất, làm sạch các loại dầu mỡ, bụi bẩn, chất làm mát hoặc bôi trơn… bất kể các tạp chất nào đặc biệt là hydrocacbon còn tồn tại ở bề mặt sẽ trở thành tác nhân gây rỗ do Hydro trong mối hàn. Cách loại bỏ hydrocacbon có thể được thực hiện bằng cách dùng giẻ sạch tẩm dung môi tẩy rửa dầu mỡ (axeton, toluene, mek…loại trừ chất cồn vì không phù hợp để sử dụng làm sạch nhôm), hoặc nhung nhôm vào bể chứa dung dịch kiềm nhẹ, sau đó rửa sạch và làm khô. Thứ hai, loại bỏ các lớp oxit nặng khỏi bề mặt nhôm trước khi hàn thông qua biện pháp gia công cơ như mài bằng tay hoặc máy sử dụng bàn chải thép không gỉ. Trong trường hợp lớp oxit quá dày và có màu xám thì có thể cần phải sử dụng đĩa nhám hoặc đĩa mài.

Khi nào thì cần nung sơ bộ (preheat) trước khi hàn?

gia nhiệt khi hàn nhôm - double good jsc

Thông thường, nhiều người nghĩ rằng với vật liệu nhôm thì cả khi hàn TIG và MIG đều nên nung nóng sơ bộ trước khi hàn. Nhưng điều này không đúng. Thực tế, nếu bạn sử dụng thiết bị hàn phù hợp và đúng cách thì nhiều khi không cần phải nung nóng sơ bộ nữa. Mặt khác, nếu bạn nung nóng sơ bộ ở nhiệt quá lớn sẽ làm giảm cơ tính của nhôm. Đặc biệt, nếu bạn nung nong qua dải nhiệt độ già hóa nhôm (160-200 oC) bạn sẽ làm phá hỏng tính chất cơ học vốn có của hợp kim nhôm. Tuy nhiên, không phải tất cả các trường hợp nung nóng sơ bộ đều là xấu, nếu khu vực hàn có nhiệt độ thấp và độ ẩm cao thì nên nung nóng sơ bộ tới khoảng 93 oC để khử ẩm. Nhưng lưu ý không được lạm dụng việc nung nóng sơ bộ vì vượt quá nhiệt độ này lớp oxit nhôm có xu thế hình thành nhanh hơn.

Sử dụng thiết bị hàn như thế nào là đúng?

Trước mỗi ca làm việc, các thợ hàn cần lưu ý chắc chắn rằng đã chuyển cài đặt thiết bị hàn sang chế độ hàn nhôm, việc này đặc biệt cần thiết đối với các thiết bị đa chức năng sử dụng để hàn cho nhiều loại vật liệu khác nhau. Đặc biệt, đối với quá trình hàn GMAW/MIG:

  • Bảo đảm rằng siết cuộn dây không được quá chặt, bởi nếu lực siết quá chặt sẽ dẫn đến vấn đề khi cấp dây. Lực hãm siết cuộn dây cũng phải bảo đảm để khi dừng cấp dây thì cuộn dây không bị trượt.
  • Bảo đảm rằng các con lăn đẩy dây là các con lăn chuyên dụng sử dụng cho hàn nhôm, và phải có đường kính phù hợp với kích thước dây. Dùng con lăn rãnh U thay vì con lăn rãnh chữ-V trên thép, vì rãnh V sẽ bóp méo dây nhôm và gây khó khăn cho quá trình kéo đẩy dây khi hàn.
  • Đặt lực kẹp cho con lăn đẩy dây đủ lớn để dây không bị trượt, nhưng không được kẹp quá mạnh vì sẽ làm biến dạng dây nhôm.
  • Sử dụng dẫn hướng vào-ra bằng nhựa (Teflon, nylon) thay vì loại bằng thép khi hàn thép, vì nó sẽ gây sước bề mặt dây và gây ra vấn đề trong quá trình đẩy dây.
  • Sử dụng ruột gà dẫn hướng bằng nhựa (Teflon, nylon) để tránh bị xước dây nhôm trong quá trình đẩy dây gây ra hiện tượng rối dây khi hàn nhôm.
chọn ruột gà khi hàn nhôm - double good jsc
Dẫn hướng vào-ra và ruột gà nhựa khi hàn nhôm
  • Bảo đảm rằng sử dụng đúng kích thước bép hàn phù hợp với kích thước dây hàn. Một số người có ý tưởng dùng bép có đường kính lớn hơn kích thước dây (ví dụ bép 1/16’’ cho dây 3/64’’. Nhưng TUYỆT ĐỐI KHÔNG NÊN LÀM VẬY. vì bép hàn lớn quá sẽ gây tiếp xúc điện không tốt dẫn đến dòng hàn không ổn định và dễ bị cháy cụt dây hàn.

Luôn luôn giữ vùng cần hàn được sạch sẽ

Một khi các chi tiết hàn đã được làm sạch, cần gá lắp và hàn ngay. Vấn đề không phải là lớp oxit nhôm sẽ hình thành ngay ở điều kiện phòng, lớp oxit sẽ hình thành chậm nếu giữ ở điều kiện khô ráo. Điều cần quan tâm đó là các bụi bẩn, dầu mỡ, hơi hẩm… ở xung quanh vùng hàn sẽ dễ xâm nhập và làm nhiễm bẩn bề mặt chi tiết đã được làm sạch. Bởi vậy, khi chi tiết đã được làm sạch thì cần tiết hành gá đặt và hàn sớm nhất có thể. Trong trường hợp chi tiết chưa được hàn ngay, thì cần được dán/ phủ bằng lớp giấy thủ công lên đường hàn để bảo vệ. Lưu ý không để các phần đã làm sạch qua đêm hoặc cuối tuần, và cần phải làm sạch lại nếu để thời gian quá lâu.

Bảo quản vật liệu hàn đúng cách

vật liệu hàn nhôm - double good jsc

Giống như vật liệu cơ bản, vật liệu hàn nhôm cần được bảo quản trong môi trường khô ráo, sạch sẽ, và khuyến cáo nên giữ đóng gói nguyên  bản của nhà sản xuất nếu chưa sử dụng đến (nếu bảo quản đúng cách như vậy, thì dây hàn nhôm có thể giữ và sử dụng sau vài năm). Mặc dù không nhất thiết phải bảo quản trong phòng điều hòa, nhưng do dây nhôm dễ bắt ẩm nên khuyến cáo bảo quản nơi có độ ẩm thấp. Cách đơn giản nhất là giữ các hộp vật liệu ở trong cabin kim loại kín và có thắp 1 bóng chiếu sáng khoảng 60 watt. Cường độ chiếu sáng này đủ để giữ nhiệt độ trong cabin tối thiểu -12 oC, làm giảm độ ẩm tương đối. Đôi khi, việc bảo quản vật liệu hàn nhôm trong phòng lạnh lại phát sinh vấn đề không mong muốn. Ví dụ, sau khi đem cuộn dây được bảo quản từ phòng lạnh ra sử dụng ngay, trong điều kiện thời tiết nóng và ẩm, sự chênh lệch nhiệt độ sẽ tạo điều kiện xúc tác để hơi ẩm từ không khí xâm nhập vào vật liệu hàn. Bởi vậy, nếu vật liệu được bảo quản từ trong phòng lạnh, khi đem ra sử dụng cần phải chờ một thời gian để cân bằng nhiệt độ với môi trường, sau đó mới mở cuộn dây ra để sử dụng.

Lưu ý các cuộn dây hàn không nên để qua đêm trên thiết bị hàn mà không che phủ. Sau khi hàn, cuộn dây nên được đặt vào trong hộp bảo quản như trạng thái đóng gói ban đầu. Ngoài ra, có thể dùng nylon bọc để cuốn kín cuộn dây còn dở đặt ở trên các bộ đẩy dây, khi đó thì có thể giữ cuộn dây ở nguyên trên bộ đẩy dây cho tới khi hàn hết cuộn dây.

Khuyến cáo kỹ thuật thực hiện khi hàn nhôm

kỹ thuật hàn nhôm - double good jsc

Mặc dù chúng ta đều biết, việc hàn lắc ngang sẽ tạo ra nhiều nhiệt và không nên sử dụng, nhưng trong một số lĩnh vực công nghiệp, thợ hàn sử dụng kiểu đi thẳng hoặc hỗn hợp (shuffle). Mục đích của việc dao động hỗn hợp để tạo ra mối hàn có biên dạng giống như các đồng xu nằm chồng lên nhau nếu mối hàn không quá lớn. Ưu điểm chính của kỹ thuật này là tạo ra mối hàn có vân đều nhau giông như hàn TIG. Tuy nhiên, kỹ thuật này không giúp tăng chiều sâu ngấu, hay làm sạch mối hàn hoặc tăng chât lượng mối hàn. Nó đơn thuần là tạo mối hàn có thẩm mỹ đẹp hơn.

Việc dao động hỗn hợp cần lưu ý kiểm soát biên độ dao động không nên vượt quá 3-5mm. nếu biên độ lớn hơn sẽ tạo ra những điểm thấp giữa các vảy hàn, làm giảm kích thước thực tế của mối hàn (weld throat), và điều này là không được chấp nhận.

Sử dụng lưu lượng khí bảo vệ đúng

Lưu lượng khí bảo vệ với khí Argon tối thiểu là 17 lít/phút khi hàn MIG, và tối thiểu 12 lít/phút khi hàn TIG. Nếu dùng chụp khí có kích thước lớn thì cần tăng lưu lượng khí cho cả 2 quá trình trên. Nếu hàn thực hiện ngoài trời thì lưu lượng khí khi hàn MIG tối thiểu là 22 lít/phút và 17 lít/phút khi hàn TIG, vì khí Argon nhẹ hơn không khí nên dễ bị gió lùa. Thiếu khí bảo vệ sẽ dẫn đến khuyết tật rỗ khí trong mối hàn. Nếu khí bảo vệ là khí trộn He/Ar thì cần tăng hàm lượng khí bảo vệ lên tối thiểu 25% vì khí He làm sạch mối hàn ít hơn so với Ar.

Demo tại cơ sở khách hàng

Vừa qua, Double Good JSC đã thực hiện demo công nghệ hàn nhôm tại một cơ sở chuyên sản xuất và đóng tàu nhôm, sử dụng nguồn hàn Power wave S500 và vật liệu hàn của Lincoln electric.

Với công nghệ powerwave điều chỉnh xung mới nhất của LE, kết hợp với vật liệu hàn của hãng Lincoln. So sánh với thiết bị hiện có và hiện tại khách hàng đang sử dụng khí trộn Ar+He, chất lượng mối hàn khi áp dụng công nghệ và thiết bị hàn của hãng Lincoln electric sử dụng khí 100% Argon cho kết quả tốt hơn. Như vậy, với giải pháp hàn toàn diện từ hãng Lincoln Electric, sử dụng công cụ DCR chúng tôi ước tính có thể giảm chi phí tới 500 triệu đồng/ tháng cho khách hàng (với sản lượng 3 tấn dây hàn/ tháng) khi họ áp dụng chuyển giao công nghệ của chúng tôi, thông qua việc tiết kiệm đang kể chi phí từ sử dụng khí trộn (Ar+He) chuyển qua sử dụng 100% khí Argon mà vẫn bảo đảm chất lượng mối hàn. Dưới đây là hình ảnh thực tế demo tại cơ sở khách hàng.

demo hàn tàu nhôm - double good jsc
Demo hàn nhôm tại cơ sở khách hàng chuyên sản xuất tàu nhôm
chất lượng hàn tàu nhôm - double good jsc
Hàn trên nguồn power wave S500, công nghệ xung nhôm (LE-P) và xoay chiều (LE-CV) so với công nghệ hiện tại của khách hàng (KP)