Hàn siêu âm – Nối kim loại cứng với thép không chất trợ dung

Hàn siêu âm đang cách mạng hóa cách các kim loại cứng được nối, cung cấp một giải pháp thay thế sạch hơn, hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống. Bằng cách áp dụng sóng siêu âm cường độ cao, kỹ thuật tiên tiến này loại bỏ nhu cầu về các chất trợ dung độc hại, thường được sử dụng để phá vỡ oxit và cho phép liên kết. Đặc biệt hiệu quả đối với các vật liệu khó khăn như cacbua vonfram, hàn siêu âm tăng cường độ bền của mối nối đồng thời giảm rủi ro sức khỏe và tác động đến môi trường. Cách tiếp cận sáng tạo này đang mở ra những khả năng mới cho các ngành công nghiệp đòi hỏi kết nối mạnh mẽ, đáng tin cậy giữa kim loại cứng và thép.

Bộ siêu âm UIP1000hdT để hàn

Viện RIF đã đạt được kết quả hàn đột phá bằng cách sử dụng Hielscher UIP1000hdT, một máy siêu âm kiểu đầu dò 1000 watt nổi tiếng về độ chính xác và sức mạnh. Thiết bị hiện đại này tạo ra sóng siêu âm cường độ cao, cho phép các quy trình tiên tiến như xâm thực để phân hủy hiệu quả oxit và tăng cường độ ẩm vật liệu. Thiết kế mạnh mẽ của nó đảm bảo hiệu suất nhất quán trong các điều kiện khắt khe, trong khi giao diện màn hình cảm ứng thân thiện với người dùng và cài đặt có thể lập trình giúp kiểm soát chính xác các thông số chính. Khả năng mang lại kết quả đáng tin cậy, có thể lặp lại của UIP1000hdT khiến nó trở thành một công cụ không thể thiếu cho các ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu tiên tiến, bao gồm cả hàn hỗ trợ siêu âm.

Trong nhiệm vụ tìm kiếm các giải pháp sản xuất sáng tạo và bền vững, Viện Nghiên cứu và Chuyển giao RIF (Dortmund, Đức) đã đạt được bước đột phá trong hàn hỗ trợ siêu âm để nối kim loại cứng với thép. Cách tiếp cận tiên tiến này loại bỏ nhu cầu về chất trợ dung độc hại, mang lại cả lợi ích cho sức khỏe và môi trường trong khi vẫn duy trì hiệu suất khớp mạnh mẽ.

Thách thức của việc hàn kim loại cứng

Kim loại cứng, chẳng hạn như cacbua vonfram, nổi tiếng là khó hàn do đặc tính cấu trúc và hành vi hóa học của chúng. Hàn truyền thống bằng thép bị cản trở bởi hai yếu tố chính:

• Sự giãn nở nhiệt vi sai: Tốc độ giãn nở không phù hợp của kim loại cứng và thép trong quá trình hàn có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của mối nối.
• Sự hình thành oxit: Các lớp oxit hình thành tự nhiên trên bề mặt kim loại trong quá trình hàn, cản trở quá trình làm ướt và làm giảm độ bền liên kết.

Để giải quyết những thách thức này, các phương pháp hàn thông thường phụ thuộc nhiều vào các chất trợ dung tích cực về mặt hóa học. Tuy nhiên, những chất trợ dung này gây ra rủi ro sức khỏe đáng kể và có thể làm hỏng vật liệu theo thời gian. Các lựa chọn thay thế như hàn chân không hoặc hàn khí bảo vệ có hiệu quả nhưng đi kèm với chi phí thiết bị cao và thời gian xử lý lâu dài.

Giải pháp siêu âm: Hàn không thông lượng

Hàn hỗ trợ siêu âm là một giải pháp thay thế đột phá. Đã được sử dụng cho kim loại nhẹ, phương pháp này tận dụng sóng siêu âm để nâng cao hiệu suất hàn ở nhiệt độ thấp hơn.

Cách hoạt động của hàn siêu âm

Khi sóng siêu âm được áp dụng vào quá trình hàn, chúng tạo ra một hiện tượng gọi là xâm thực. Điều này liên quan đến sự hình thành các bong bóng khí cực nhỏ trong hàn, sụp đổ dưới áp suất và nhiệt độ cao. Hành động nổ tung này đi kèm với một số lợi ích:

• Phá vỡ và loại bỏ các lớp oxit khỏi bề mặt kim loại.
• Phân phối các mảnh oxit khắp đường hàn.
• Tăng cường làm ướt kim loại cứng bằng chất hàn.

Bằng cách loại bỏ nhu cầu về chất trợ dung, hàn siêu âm làm giảm đáng kể các nguy cơ hóa học trong khi đạt được liên kết chất lượng cao.

Công nghệ hàn tiên tiến

Tại Viện RIF, các nhà nghiên cứu đã tối ưu hóa hàn siêu âm bằng cách sử dụng máy siêu âm Hielscher model UIP1000hdT cho các ứng dụng kim loại cứng với thép. Những tiến bộ chính bao gồm:

• Trạm hàn tùy chỉnh: Một thiết lập chuyên biệt trong đó các đối tác tham gia được làm nóng cảm ứng trong khi sóng siêu âm được áp dụng chính xác.
• Giám sát quy trình: Hệ thống đo lường và điều khiển tiên tiến đảm bảo kết quả có thể tái tạo trên các kết hợp khác nhau của thép và kim loại cứng.
• Kiểm tra kỹ lưỡng: Các mối hàn đã trải qua quá trình kiểm tra cơ học và hình ảnh không phá hủy nghiêm ngặt để xác nhận độ bền và độ tin cậy.

Thông qua thí nghiệm tỉ mỉ, viện RIF đã xác định các thông số quy trình quan trọng như nhiệt độ hàn và thời gian kích hoạt siêu âm. Kết quả rất đáng chú ý:

• Tăng cường sức mạnh: Hàn siêu âm tạo ra các mối nối có độ bền lên đến 368 MPa — tăng 347% so với hàn không có chất trợ dung hoặc siêu âm (106 MPa).
• Hiệu suất cạnh tranh: Độ bền khớp đạt được bằng hàn siêu âm cạnh tranh với các phương pháp dựa trên chất trợ dung thông thường.

Henrik Ulitzka, một nhà nghiên cứu hàng đầu tại RIF, nhấn mạnh tầm quan trọng của những phát hiện này:
“Các thử nghiệm của chúng tôi cho thấy ảnh hưởng quan trọng của các thông số quy trình. Bằng cách tinh chỉnh nhiệt độ và thời gian kích hoạt siêu âm, chúng tôi đã mở khóa toàn bộ tiềm năng hàn siêu âm cho các kết nối kim loại cứng với thép.”

Tương lai của hàn siêu âm

Với khả năng tạo ra các mối nối chắc chắn, không có chất trợ dung, máy siêu âm Hielscher để hàn đại diện cho một tiến bộ đầy hứa hẹn cho các ngành công nghiệp từ ô tô đến hàng không vũ trụ.
Công việc của Viện RIF chứng minh rằng sự đổi mới và tính bền vững có thể đi đôi với nhau, thiết lập một tiêu chuẩn mới cho công nghệ hàn.

Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng Sản xuất tại Đức

Hielscher ultrasonicators nổi tiếng với chất lượng cao nhất và tiêu chuẩn thiết kế của họ. Mạnh mẽ và hoạt động dễ dàng cho phép tích hợp trơn tru của ultrasonicators của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi dễ dàng được xử lý bởi Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics là một công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt nhấn mạnh vào ultrasonicators hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, Hielscher ultrasonicators là CE tuân thủ và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.