Những điều nên biết về kỹ thuật hàn đồng và hợp kim đồng

Hàn đồng là kỹ thuật sử dụng nhiệt từ hồ quang để kết nối các chi tiết kim loại bằng đồng hoặc hợp kim đồng lại với nhau. Do đặc tính dẫn nhiệt và dẫn điện cực cao, hàn đồng thường khó hơn so với hàn thép thông thường. Tuy nhiên, nếu chọn đúng phương pháp và kỹ thuật, mối hàn đồng có thể đạt độ chắc, thẩm mỹ và độ bền rất cao.

1. Đặc tính của đồng và các hợp kim của đồng

Đồng và các hợp kim của đồng như đồng thau, đồng thanh,… là những vật liệu kim loại có nhiều đặc tính đặc biệt, ảnh hưởng trực tiếp đến kỹ thuật và phương pháp hàn.

• Tỷ trọng: 8,93g/cm³
• Nhiệt độ nóng chảy: 1.083°C
• Nhiệt độ sôi: 2.360°C
• Dẫn nhiệt & dẫn điện: Rất cao – đứng đầu trong các kim loại công nghiệp thông dụng
• Chống ăn mòn: Tốt, đặc biệt trong môi trường nước, hơi nước và nhiều dung dịch axit yếu

Tác động đến quá trình hàn đồng như:

• Dẫn nhiệt lớn khiến khó giữ nhiệt tại vùng hàn. Vì vậy, cần sử dụng nguồn nhiệt có công suất lớn và tập trung như hàn TIG.
• Nhiệt độ nóng chảy thấp nên dễ quá nhiệt, cháy mép
• Dễ bị oxy hóa khi hàn. Cần làm sạch kỹ bề mặt và sử dụng khí bảo vệ tinh khiết (thường là Argon).
• Một số hợp kim như đồng thau có chứa kẽm, có thể bay hơi ở nhiệt độ cao, tạo lỗ khí nếu thao tác hàn không chuẩn.

2. Phương pháp hàn thích hợp

Đồng dễ bị oxi hóa tạo nên CuO và CuO2. Các oxit này làm mối hàn đồng bị giòn và dễ xuất hiện vết nứt khi nguội. Do vậy, khi hàn phải dùng thuốc hàn và que hàn có chất khử oxy như: P, Si.

3. Kỹ thuật hàn đồng

Một trong những lỗi phổ biến nhất khi hàn đồng là mối hàn bị rỗ khí, cháy mép hoặc không ngấu. Nguyên nhân chủ yếu đến từ đặc tính vật liệu – dẫn nhiệt cao, dễ oxy hóa – và thao tác hàn chưa đúng kỹ thuật. Dưới đây là hướng dẫn giúp bạn hàn đồng đạt chất lượng cao, không lỗi kỹ thuật:

3.1. Chuẩn bị khi hàn đồng

• Tùy thuộc vào chiều dày vật hàn mà có thể: uốn mép, không vát mép hoặc vát mép.
• Uốn mép khi vật hàn có chiều dày nhỏ hơn 2mm.
• Không vát mép khi vật hàn có chiều dày nhỏ hơn 3mm.
• Vát mép khi vật hàn có chiều dày lớn hơn 3mm. Vật hàn có chiều dày 3 đến 10mm, góc vát 45 độ. Vật hàn có chiều dày lớn hơn 10mm, góc vát mép 90 độ.
• Sau khi chuẩn bị xong phải làm sạch cẩn thận cạnh hàn.

3.2. Ngọn lửa hàn với công suất ngọn lửa

W = (190 ÷ 225) S (lít/giờ)

Nếu vật hàn được nung nóng sơ bộ trước khi hàn thì công suất ngọn lửa là:

W = (125 ÷ 150) S (lít/giờ)

Khi hàn đồng có thể sử dụng 2 mỏ hàn: một mỏ dùng để đốt nóng và một mỏ dùng để hàn. Công suất ngọn lửa cho mỗi mỏ là 100 lít/giờ cho 1mm chiều dày vật hàn.

3.3. Que hàn đồng

Que hàn sử dụng là đồng kỹ thuật. Đường kính que hàn được tính theo công thức:

dqh = (0,5 ÷ 0,75) S (mm)

S: chiều dày vật hàn, mm

3.4. Thuốc hàn

Thuốc dùng để hàn đồng có thể sử dụng các loại sau:

• 100% Na2B4O7
• 50% Na2B4O7 + 50%H3BO3
• 78% Na2B4O7 + 13% NaCl + 5%Na2CO3 + 4% H3BO3

3.5. Góc nghiêng mỏ hàn (α)

Mỏ hàn nghiêng với bề mặt vật hàn một góc 90 độ

Chú ý: Để nâng cao cơ tính của mối hàn, sau khi hàn xong nên rèn nhẹ lên bề mặt của mối hàn. Tùy thuộc vào chiều dày vật hàn mà có thể rèn nóng hay rèn nguội.

• Vật hàn có chiều dày nhỏ hơn 5mm có thể rèn ở trạng thái nguội.
• Vật hàn có chiều dày lớn phải rèn ở nhiệt độ (200 ÷ 300) độ C
• Không được rèn mối hàn ở nhiệt độ 500 độ C, vì ở nhiệt độ đó độ bền của đồng thấp dễ gây rạn nứt.

4. Kỹ thuật hàn đồng thau

Đồng thau là hợp kim của đồng với kẽm. Do đó khi hàn đồng thau rất dễ bốc hơi kẽm khi hàn, sinh khí và gây rỗ khí. Để có một đường hàn đẹp, bạn lưu ý kỹ thuật hàn đồng thai như sau.

4.1. Ngọn lửa hàn đồng thau

• Dùng ngọn lửa oxy hóa để lượng oxy dư sẽ oxy hóa kẽm trong vũng hàn tạo thành lớp màng ZnO, lớp màng này sẽ ngăn cản sự bốc hơi của kẽm.
• Công suất ngọn lửa: W = (100 ÷ 150) S (lít/giờ)

4.2. Que hàn đồng thau

Tốt nhất nên dùng que hàn có chất khử oxy: Al, Si, Mn.

4.3. Thuốc hàn đồng thau

Thuốc sử dụng để hàn đồng thau là borax (bôrắc).

4.4. Góc nghiêng mỏ hàn

Mỏ hàn nghiêng với bề mặt vật hàn một góc (80 ÷ 90) độ và khi hàn phải giữ khoảng cách từ đầu nhân ngọn lửa đến bề mặt vật hàn (7 ÷ 10)mm.

Chú ý: Để nâng cao độ bền mối hàn, sau khi hàn nên rèn nhẹ lên bề mặt mối hàn. Phụ thuộc vào hàm lượng đồng trong kim loại vật hàn mà có thể rèn ở trạng thái nóng hay trạng thái nguội.

• Rèn ở trạng thái nóng (700 độ C) khi vật hàn có hàm lượng đồng nhỏ hơn 60%.
• Nếu vật hàn có hàm lượng đồng lớn hơn 60% thì có thể hàn ở trạng thái nguội.
• Sau khi rèn xong đem nung nóng vật hàn ở nhiệt độ (500 ÷ 700) độ C và làm nguội chậm để mối hàn không bị giòn.

5. Kỹ thuật hàn đồng thanh

Khi hàn đồng thanh, các nguyên tố hợp kim trong đồng thanh dễ bị oxy hóa do vậy mối hàn đồng thanh thường bị rỗ và lẫn xỉ.

Ví dụ: Hàn đồng thanh thiếc, mối hàn hay bị rỗ do khi hàn thiếc dễ cháy. Hàn đồng thanh nhôm dễ tạo ra oxit nhôm (Al2O3) có nhiệt độ nóng chảy cao, rất khó loại trừ ra khỏi mối hàn do vậy làm cho mối hàn bị lẫn xỉ.

Sau đây là kỹ thuật hàn đồng thanh bạn cần lưu ý. Cụ thể:

5.1. Ngọn lửa hàn đồng thanh

Ngọn lửa để hàn là ngọn lửa bình thường.

Công suất ngọn lửa khi hàn đồng thanh chọn như sau:

• Không nung sơ bộ: W = (125 ÷ 175) S (lít/giờ)
• Nung sơ bộ: W = (100 ÷ 150) S (lít/giờ)

Khi hàn, đầu nhân ngọn lửa cách bề mặt vật hàn 7 – 10mm.

5.2. Que hàn đồng thau

Sử dụng que hàn thành phần giống với thành phần kim loại vật hàn.

5.3. Thuốc hàn đồng thau

Căn cứ vào thành phần kim loại vật hàn mà sử dụng thuốc hàn cho thích hợp.

Hàn đồng thanh nhôm nên dùng thuốc hàn có thành phần:

• 45%KCL + 20%BaCl + 20%NaCl + 15%NaF
• Hàn đồng thanh Niken dùng thuốc hàn có thành phần: Na2B4O7, H3BO3 và NaCl
• Các loại đồng thanh khác sử dụng thuốc hàn: Na2B4O7

Với thông tin Jasic gửi đến trên đây, có thể thấy hàn đồng là một kỹ thuật không đơn giản, đòi hỏi sự hiểu biết sâu về đặc tính vật liệu, lựa chọn đúng phương pháp hàn và thao tác chính xác. Do đồng và các hợp kim của nó có khả năng dẫn nhiệt mạnh và dễ oxy hóa, nên nếu không kiểm soát tốt sẽ rất dễ gặp lỗi như: rỗ khí, cháy mép, nứt nguội.

Nếu bạn là thợ cơ khí, kỹ sư kỹ thuật hay chủ xưởng đang tìm giải pháp hàn đồng hiệu quả, đừng ngần ngại đầu tư máy hàn TIG phù hợp và luyện tập tay nghề đều đặn – vì đó là chìa khóa tạo nên mối hàn đẹp, bền và đạt tiêu chuẩn kỹ thuật.