Hàn vảy siêu âm – Liên kết hợp kim cứng với thép không cần chất trợ hàn

Hàn vảy siêu âm đang cách mạng hóa cách liên kết hợp kim cứng, mang đến một phương pháp thay thế sạch hơn và hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống. Bằng cách sử dụng sóng siêu âm cường độ cao, kỹ thuật tiên tiến này loại bỏ nhu cầu sử dụng các chất trợ hàn độc hại vốn thường được dùng để phá vỡ các oxit và tạo điều kiện hình thành liên kết. Đặc biệt hiệu quả đối với các vật liệu khó hàn như cacbua vonfram, hàn vảy siêu âm tăng độ bền mối hàn đồng thời giảm rủi ro sức khỏe và tác động đến môi trường. Phương pháp đổi mới này đang mở ra những khả năng mới cho các ngành công nghiệp cần các liên kết bền chắc, đáng tin cậy giữa hợp kim cứng và thép.

Thiết bị siêu âm UIP1000hdT dùng cho hàn vảy

Viện RIF đã đạt được những kết quả đột phá trong hàn vảy nhờ sử dụng Hielscher UIP1000hdT, một thiết bị siêu âm dạng đầu dò công suất 1000 oát nổi tiếng về độ chính xác và công suất. Thiết bị hiện đại hàng đầu này tạo ra sóng siêu âm cường độ cao, cho phép các quá trình tiên tiến như xâm thực phá vỡ hiệu quả các oxit và cải thiện khả năng thấm ướt vật liệu. Thiết kế vững chắc của thiết bị bảo đảm hiệu suất ổn định trong các điều kiện khắt khe, trong khi giao diện màn hình cảm ứng thân thiện với người dùng và các cài đặt có thể lập trình cho phép kiểm soát chính xác các thông số quan trọng. Khả năng cung cấp kết quả đáng tin cậy và có thể lặp lại của UIP1000hdT khiến thiết bị trở thành công cụ không thể thiếu cho nghiên cứu tiên phong và các ứng dụng công nghiệp, bao gồm hàn vảy có hỗ trợ siêu âm.

Trong quá trình tìm kiếm các giải pháp sản xuất đổi mới và bền vững, Viện Nghiên cứu và Chuyển giao RIF (Dortmund, Đức) đã đạt được bước đột phá trong hàn vảy có hỗ trợ siêu âm để liên kết hợp kim cứng với thép. Phương pháp tiên phong này loại bỏ nhu cầu sử dụng các chất trợ hàn độc hại, mang lại lợi ích cho cả sức khỏe lẫn môi trường đồng thời duy trì đặc tính bền chắc của mối hàn.

Thách thức khi hàn vảy hợp kim cứng

Các hợp kim cứng, chẳng hạn như cacbua vonfram, vốn rất khó hàn vảy do đặc tính cấu trúc và tính chất hóa học của chúng. Việc hàn vảy truyền thống các vật liệu này với thép gặp trở ngại do hai yếu tố chính:

• Chênh lệch giãn nở nhiệt: Sự chênh lệch mức độ giãn nở của hợp kim cứng và thép trong quá trình hàn vảy có thể làm suy giảm tính toàn vẹn của mối hàn.
• Sự hình thành oxit: Các lớp oxit hình thành tự nhiên trên bề mặt kim loại trong quá trình hàn vảy, cản trở quá trình thấm ướt và làm giảm độ bền liên kết.

Để giải quyết những thách thức này, các phương pháp hàn vảy thông thường phụ thuộc nhiều vào các chất trợ hàn có tính ăn mòn hóa học mạnh. Tuy nhiên, những chất trợ hàn này gây ra rủi ro đáng kể cho sức khỏe và có thể làm hư hại vật liệu theo thời gian. Các phương pháp thay thế như hàn vảy trong chân không hoặc khí bảo vệ có hiệu quả nhưng đi kèm với chi phí thiết bị cao và thời gian xử lý kéo dài.

Giải pháp siêu âm: Hàn vảy không cần chất trợ hàn

Hàn vảy có hỗ trợ siêu âm mang đến một phương pháp thay thế mang tính đột phá. Vốn đã được sử dụng cho kim loại nhẹ, phương pháp này tận dụng sóng siêu âm để nâng cao hiệu quả hàn vảy ở nhiệt độ thấp hơn.

Nguyên lý hoạt động của hàn vảy siêu âm

Khi sóng siêu âm được áp dụng trong quá trình hàn vảy, chúng tạo ra một hiện tượng gọi là xâm thực. Hiện tượng này bao gồm sự hình thành các bọt khí vi mô trong kim loại hàn, sau đó các bọt khí này sụp đổ dưới áp suất và nhiệt độ cao. Hoạt động sụp đổ này mang lại một số lợi ích:

• Phá vỡ và loại bỏ các lớp oxit khỏi bề mặt kim loại.
• Phân bố các mảnh oxit khắp đường hàn.
• Tăng khả năng thấm ướt hợp kim cứng của kim loại hàn.

Bằng cách loại bỏ nhu cầu sử dụng chất trợ hàn, hàn vảy siêu âm giảm đáng kể các mối nguy hóa chất đồng thời tạo ra các liên kết chất lượng cao.

Công nghệ hàn vảy tiên tiến

Tại Viện RIF, các nhà nghiên cứu đã tối ưu hóa quá trình hàn vảy siêu âm bằng thiết bị siêu âm Hielscher mẫu UIP1000hdT cho các ứng dụng liên kết hợp kim cứng với thép. Các tiến bộ chính bao gồm:

• Trạm hàn vảy được tùy chỉnh: Một hệ thống chuyên dụng trong đó các chi tiết cần liên kết được gia nhiệt cảm ứng đồng thời sóng siêu âm được áp dụng một cách chính xác.
• Giám sát quá trình: Các hệ thống đo lường và điều khiển tiên tiến bảo đảm kết quả có thể tái lập với nhiều tổ hợp thép và hợp kim cứng khác nhau.
• Kiểm tra toàn diện: Các mối hàn vảy trải qua quá trình kiểm tra nghiêm ngặt bằng kỹ thuật tạo ảnh không phá hủy và thử nghiệm cơ học để xác nhận độ bền và độ tin cậy.

Thông qua thử nghiệm tỉ mỉ, Viện RIF đã xác định các thông số quá trình then chốt như nhiệt độ hàn vảy và thời gian kích hoạt siêu âm. Kết quả rất đáng chú ý:

• Tăng độ bền: Hàn vảy siêu âm tạo ra các mối hàn có độ bền lên đến 368 MPa – tăng 347% so với hàn vảy không sử dụng chất trợ hàn hoặc siêu âm (106 MPa).
• Hiệu năng cạnh tranh: Độ bền mối hàn đạt được bằng hàn vảy siêu âm sánh ngang với các phương pháp thông thường sử dụng chất trợ hàn.

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 mang tính quyết định của các thông số quá trình. Bằng cách tinh chỉnh nhiệt độ và thời gian kích hoạt siêu âm, chúng tôi đã khai thác toàn bộ tiềm năng của hàn vảy siêu âm cho các liên kết giữa hợp kim cứng và thép.”

Tương lai của hàn vảy siêu âm

Với khả năng tạo ra các mối hàn bền chắc mà không cần chất trợ hàn, các thiết bị siêu âm Hielscher dùng cho hàn vảy là một bước tiến đầy hứa hẹn cho nhiều ngành công nghiệp, từ ô tô đến hàng không vũ trụ.
Công trình của Viện RIF chứng minh rằng đổi mới và tính bền vững có thể song hành, thiết lập một tiêu chuẩn mới cho công nghệ hàn vảy.

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

Các thiết bị siêu âm Hielscher nổi tiếng với các tiêu chuẩn chất lượng và thiết kế cao nhất. Độ bền vững và khả năng vận hành dễ dàng cho phép tích hợp thuận lợi các thiết bị siêu âm của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Các thiết bị siêu âm Hielscher dễ dàng đáp ứng những điều kiện khắc nghiệt và môi trường có yêu cầu cao.

Hielscher Ultrasonics là công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt chú trọng các thiết bị siêu âm hiệu năng cao có công nghệ hiện đại hàng đầu và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, các thiết bị siêu âm Hielscher tuân thủ CE và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.