Rỗ khí khi hàn nhôm: nguyên nhân và cách khắc phục
Rỗ khí là khuyết tật phổ biến nhất khi hàn hợp kim nhôm. Bài viết trình bày các nguồn sinh hydro, trình tự kiểm tra tại hiện trường và biện pháp xử lý cụ thể, dành cho kỹ sư công nghệ và thợ hàn.
Vì sao nhôm đặc biệt dễ bị rỗ khí
Hầu hết rỗ khí trong mối hàn hợp kim nhôm là rỗ khí hydro. Nguyên nhân nằm ở chỗ độ hòa tan của hydro trong nhôm thay đổi rất mạnh theo nhiệt độ: ở trạng thái nóng chảy, nhôm hòa tan được một lượng hydro đáng kể, nhưng ngay khi đông đặc, độ hòa tan giảm khoảng một bậc độ lớn. Phần hydro không kịp nổi lên và thoát ra sẽ nằm lại bên trong mối hàn, tạo thành các lỗ tròn hoặc gần tròn. Thép các-bon cũng có cơ chế tương tự, nhưng chênh lệch độ hòa tan nhỏ hơn nhiều, nên cùng một mức hơi ẩm và dầu mỡ sẽ gây hậu quả nặng nề hơn hẳn trên mối hàn nhôm.
Vì vậy, hướng xử lý rỗ khí chỉ có một: tìm ra hydro đi vào vũng hàn từ đâu và cắt bỏ từng nguồn một. Việc điều chỉnh thông số hàn nói chung chỉ cải thiện điều kiện để bọt khí thoát ra, chứ không bù đắp được cho chính nguồn nhiễm bẩn.
Bốn nguồn sinh hydro
Được xếp theo tần suất gặp tại hiện trường từ cao xuống thấp. Nên kiểm tra theo đúng trình tự này; phần lớn trường hợp sẽ xác định được nguyên nhân ngay ở hai mục đầu.
Tình trạng bề mặt kim loại nền và dây hàn
Màng oxit trên bề mặt nhôm có cấu trúc xốp và hút ẩm, giữ lại hơi nước từ không khí; dung dịch cắt gọt, chất tách khuôn, dầu mỡ và mồ hôi tay còn sót trên mép vát cũng đều chứa hydro. Đây là nguồn gây rỗ khí lớn nhất tại xưởng.
Khí bảo vệ và đường dẫn khí
Khí không đủ độ tinh khiết, hoặc chai khí đã dùng đến mức áp suất dư quá thấp, đều làm hàm lượng ẩm tăng lên; ống dẫn lão hóa nứt, đầu nối lỏng và khớp nối nhanh bị mòn sẽ hút không khí vào ở đoạn áp thấp. Ống cao su dùng lâu ngày bản thân nó cũng thấm khí.
Môi trường làm việc
Độ ẩm cao, mùa mưa, hơi nước đọng trên bề mặt chi tiết do chênh lệch nhiệt độ ngày đêm, cùng với gió lùa, quạt và luồng khí từ cửa thông gió làm hỏng lớp khí bảo vệ, đều làm tăng rõ rệt tỷ lệ rỗ khí. Hiện tượng này đặc biệt rõ khi thi công ngoài trời và ven biển.
Độ ổn định hồ quang và thông số hàn
Bép hàn mòn, lực cản cấp dây lớn hoặc dây bị rối trên cuộn đều làm chiều dài hồ quang dao động và lớp bảo vệ mất ổn định; tốc độ hàn quá nhanh khiến bọt khí không kịp nổi lên. Các yếu tố này thường làm trầm trọng thêm vấn đề chứ ít khi là nguyên nhân gốc.
Bảng tra: triệu chứng — nguyên nhân — biện pháp
Dựa vào cách phân bố của các lỗ rỗ trên mối hàn có thể sơ bộ khoanh vùng nguyên nhân. Bảng dưới đây dùng để tra cứu tại hiện trường.
| Triệu chứng | Nguyên nhân có thể | Biện pháp xử lý |
|---|---|---|
| Rỗ nhỏ, dày đặc suốt chiều dài mối hàn | Kim loại nền hoặc dây hàn nhiễm bẩn, bị ẩm trên diện rộng | Tẩy dầu và làm sạch cơ học lại mép vát cùng vùng hai bên; hàn thử bằng cuộn dây mới để so sánh |
| Tập trung ở đoạn mồi hồ quang, về sau giảm dần | Thời gian cấp khí trước chưa đủ, còn không khí trong đường dẫn | Kéo dài thời gian cấp khí trước và xả sạch đường dẫn khí trước khi hàn |
| Rỗ thành chuỗi tại chỗ kết thúc đường hàn | Thời gian cấp khí sau quá ngắn, vũng hàn đông đặc khi không còn được bảo vệ | Kéo dài thời gian cấp khí sau, kết thúc bằng chế độ giảm dòng và giữ mỏ tại chỗ |
| Xuất hiện đột ngột trên một đoạn nhất định | Đoạn đó có gió, có đọng sương, hoặc chụp khí bị bám xỉ văng tóe | Bố trí che chắn gió, vệ sinh chụp khí, kiểm tra xem chi tiết có bị đọng sương không |
| Rỗ khí kèm hồ quang không ổn định, cấp dây giật cục | Bép hàn mòn, ống dẫn dây bám phoi hoặc dây hàn bị rối | Thay bép hàn, vệ sinh ống dẫn dây, chuyển sang cuộn dây quấn lớp nhả dây êm |
| Nhiều hơn ở các lớp trung gian khi hàn nhiều lớp trên tấm dày | Làm sạch giữa các lớp chưa đạt, oxit và cặn bẩn của lớp trước bị nấu chảy vào | Làm sạch sau mỗi lớp hàn và kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp |
Quy trình làm sạch trước khi hàn
Trình tự đúng là tẩy dầu trước, sau đó mới chải bỏ màng oxit. Nếu làm ngược lại, bàn chải sẽ ép dầu bẩn vào phần kim loại vừa lộ ra.
- Tẩy dầu: lau mép vát và vùng rộng ít nhất 25 mm về mỗi bên bằng axeton hoặc cồn tuyệt đối, cho đến khi giẻ lau không còn dính bẩn, rồi để dung môi bay hơi hoàn toàn.
- Chải bỏ màng oxit: dùng bàn chải thép không gỉ dành riêng cho nhôm, chải theo một chiều duy nhất. Bàn chải này tuyệt đối không được dùng chung với chi tiết thép các-bon, nếu không sẽ đưa hạt sắt lên bề mặt nhôm.
- Hàn ngay sau khi làm sạch: màng oxit bắt đầu hình thành trở lại và hút ẩm ngay khi ngừng làm sạch, nên cần hàn càng sớm càng tốt. Nếu công việc bị gián đoạn, phải lau lại vùng hàn trước khi gây hồ quang.
- Xử lý đọng sương: khi môi trường ẩm hoặc bề mặt chi tiết bị đọng sương, có thể nung nóng nhẹ trong thời gian ngắn để đuổi hơi ẩm, thường không quá 120°C. Kim loại nền nhóm 5xxx có hàm lượng magiê cao cần tránh giữ lâu ở vùng nhiệt độ cao, do đó nhiệt độ nung nóng sơ bộ và nhiệt độ giữa các lớp phải được kiểm soát chặt.
Kiểm tra khí bảo vệ và đường dẫn khí
- Hàn nhôm thường dùng argon độ tinh khiết cao; với chi tiết dày, tùy yêu cầu công nghệ có thể dùng hỗn hợp argon–heli để tăng nhiệt lượng đưa vào.
- Cần thay chai khí khi áp suất dư xuống thấp, không nên dùng cạn — ở giai đoạn áp suất dư thấp, hàm lượng ẩm tăng lên tương đối.
- Kiểm tra định kỳ ống dẫn khí xem có lão hóa nứt không, đầu nối có lỏng không, và thay các khớp nối nhanh đã mòn; ống cao su dùng lâu ngày tự nó thấm khí nên cần thay theo chu kỳ.
- Lưu lượng không phải càng lớn càng tốt. Lưu lượng quá lớn tạo dòng rối tại miệng chụp khí và cuốn không khí vào vùng bảo vệ. Lưu lượng cần phù hợp với đường kính chụp khí, dạng liên kết hàn và tốc độ gió tại hiện trường; nơi có gió lùa thì che chắn hiệu quả hơn là tăng lưu lượng.
- Xỉ văng tóe bám trong lòng chụp khí làm nhiễu dòng khí nên phải vệ sinh định kỳ; chụp khí bị biến dạng hoặc hư hỏng cần thay ngay.
Bảo quản và sử dụng dây hàn
Tình trạng bề mặt của dây hàn phụ thuộc trực tiếp vào điều kiện bảo quản — khâu này thường bị bỏ qua tại hiện trường.
- Bảo quản kín và khô: giữ nguyên bao bì kín, để trong kho khô ráo, nhiệt độ ổn định, tránh xếp ngoài trời hoặc đặt sát tường ngoài và nền nhà.
- Cất giữ đúng cách sau khi mở bao: cuộn dùng chưa hết cần bọc kín lại, hoặc che phủ cùng với bộ cấp dây, tránh phơi lâu trong không khí xưởng.
- Nhận biết dây bị ẩm: dây hàn nhôm bị ẩm thường mất ánh kim, bề mặt xuất hiện lớp oxit dạng bột màu trắng hoặc trắng xám, nặng hơn thì sờ thấy ráp. Dây đã có bột trắng rõ rệt không nên dùng cho mối hàn yêu cầu kín khí hoặc phải chụp ảnh kiểm tra.
- Vai trò của cuộn dây quấn lớp: cuộn dây quấn lớp đều đặn nhả dây êm, không rối, giúp giảm dao động hồ quang do cấp dây giật cục, nhờ đó giảm rỗ khí phát sinh từ việc lớp bảo vệ mất ổn định.
Những hiểu lầm thường gặp
- Chỉ chỉnh thông số mà không kiểm tra khâu làm sạch: thông số chỉ cải thiện điều kiện để bọt khí thoát ra, không bù được cho nguồn nhiễm bẩn; cần xác nhận khâu làm sạch và đường dẫn khí trước.
- Mở lưu lượng lên mức tối đa: lưu lượng quá lớn gây dòng rối, ngược lại làm rỗ khí tăng lên.
- Dùng chung một bàn chải cho cả thép và nhôm: điều này đưa hạt sắt lên bề mặt nhôm, vừa tạo điều kiện sinh rỗ khí, vừa ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn của liên kết hàn.
- Dùng nung nóng ở nhiệt độ cao để đối phó với ẩm: hợp kim nhôm thường không cần nung nóng sơ bộ ở nhiệt độ cao, và kim loại nền nhóm 5xxx nhiều magiê còn có xu hướng nhạy hóa nếu giữ lâu trong vùng nhiệt độ cao.
Nội dung trên được tổng hợp theo thực hành phổ biến trong ngành, mang tính tham khảo về công nghệ; quy định làm sạch, khí bảo vệ và thông số cụ thể phải tuân theo WPS do quý vị lập cho chi tiết và yêu cầu nghiệm thu tương ứng.
Mã dây hàn liên quan và đọc thêm
ER4047
Hàm lượng silic khoảng 12%, gần thành phần cùng tinh, độ chảy loãng tốt và khoảng đông đặc hẹp, giúp tạo mối hàn đặc chắc; thường dùng cho liên kết đòi hỏi độ kín cao.
Thông số kỹ thuật → Ứng dụng kín khíKhay pin và vỏ hộp
Trường hợp điển hình đòi hỏi mối hàn kín khí và đặc chắc, đặc biệt nhạy cảm với việc tuân thủ quy trình làm sạch và chất lượng khí bảo vệ.
Tìm hiểu thêm → Chọn mãKim loại nền → dây hàn
Tra dây hàn khuyến nghị và mã thay thế theo kim loại nền, có xét đến độ bền, khả năng chống ăn mòn, nhiệt độ làm việc và anod hóa.
Xem bảng tra →Cần hỗ trợ xử lý vấn đề chất lượng mối hàn?
Vui lòng cho biết mã kim loại nền, chiều dày, dạng liên kết hàn, mã dây hàn đang dùng và điều kiện thi công. Đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi có thể hỗ trợ phân tích nguyên nhân, đưa ra hướng xử lý về làm sạch và công nghệ hàn, đồng thời hỗ trợ kỹ thuật tại hiện trường khi cần.
Liên hệ đội ngũ kỹ thuật →