Gia nhiệt trước trong hàn là gì? 

Gia nhiệt trước khi hàn giúp đảm bảo chất lượng mối hàn và giảm sự xuất hiện của vết nứt cũng như các vấn đề khác. Quá trình này thường được áp dụng trước khi hàn các ống hoặc tấm thép và thép hợp kim có độ dày từ 1 inch trở lên. Các ngành công nghiệp như dầu khí, đường ống dẫn, nhà máy điện, xây dựng kết cấu, khai thác mỏ, đóng tàu và sản xuất thiết bị hạng nặng thường yêu cầu gia nhiệt trước cả trong xưởng và tại công trường. 

Gia nhiệt trước bao gồm việc làm nóng khu vực xung quanh mối hàn hoặc toàn bộ chi tiết đến một nhiệt độ xác định trước khi hàn. Quá trình này giúp giảm tốc độ làm nguội của mối hàn và loại bỏ hơi ẩm, từ đó ngăn ngừa sự tích tụ hydro và nguy cơ nứt. 

Quá trình gia nhiệt trước có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm gia nhiệt cảm ứng, ngọn lửa trần, gia nhiệt bằng điện trở và lò đối lưu (sử dụng quạt để lưu thông không khí nóng). Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và hạn chế riêng, tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể. Phương pháp gia nhiệt trước phù hợp nhất cho một ứng dụng cụ thể thường phụ thuộc vào độ dày vật liệu, kích thước mối hàn, tiến độ dự án, ngân sách, cũng như nhân lực và chuyên môn. 

Khi nào cần gia nhiệt trước khi hàn? 

Việc xác định một ứng dụng hàn có cần gia nhiệt trước hay không phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại và độ dày của vật liệu cơ bản. Thông thường, tiêu chuẩn hàn sẽ quy định việc sử dụng gia nhiệt trước. Để đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn, quy trình hàn của công việc sẽ nêu rõ nhiệt độ gia nhiệt tối thiểu và tối đa, cũng như thời gian gia nhiệt cần thiết. Một chi tiết thường phải được giữ trong một khoảng nhiệt độ nhất định trong một khoảng thời gian cụ thể — chẳng hạn như từ 250 đến 400 độ F trong 30 phút — trước khi quá trình hàn có thể bắt đầu. 

Thợ hàn thường phải theo dõi nhiệt độ của kim loại cơ bản giữa các đường hàn để đảm bảo vật liệu luôn nằm trong phạm vi nhiệt độ yêu cầu. Các công cụ kiểm tra nhiệt độ phổ biến bao gồm bút đo nhiệt độ, cảm biến nhiệt, nhiệt kế hồng ngoại và camera chụp ảnh nhiệt. 

Phương pháp gia nhiệt trước 

Nhiệt có thể được áp dụng trực tiếp xung quanh khu vực mối hàn hoặc làm nóng toàn bộ chi tiết. Có 4 phương pháp gia nhiệt trước phổ biến trong hàn: 

• Gia nhiệt cảm ứng 

Cách hoạt động: Gia nhiệt cảm ứng tạo ra một từ trường, từ đó sinh ra dòng điện xoáy bên trong kim loại cơ bản, làm nóng nó từ bên trong. Người vận hành đặt các phụ kiện cảm ứng, chẳng hạn như cáp hoặc tấm chăn gia nhiệt, lên chi tiết để tạo ra từ trường. 

Ưu điểm: Gia nhiệt cảm ứng có thiết lập nhanh chóng, thường dưới năm phút, và đạt nhiệt độ mong muốn trong thời gian ngắn. Quá trình này tạo ra vùng gia nhiệt đồng đều, giúp dễ dàng đạt và duy trì trong một khoảng nhiệt độ nghiêm ngặt. Ngoài ra, cảm ứng có hiệu suất cực kỳ cao và không yêu cầu nhân sự giám sát liên tục. Gia nhiệt cảm ứng cũng mang lại lợi ích về an toàn, vì các cuộn dây đầu ra không nóng lên và không tạo ra môi trường quá nóng cho thợ hàn. Phương pháp này còn cung cấp sự linh hoạt trong việc gia nhiệt cho nhiều kích thước và hình dạng chi tiết khác nhau. Hơn nữa, nó mang lại khả năng gia nhiệt cục bộ ngay tại vị trí cần thiết. 

Nhược điểm: Gia nhiệt cảm ứng có thể có chi phí ban đầu cao hơn và yêu cầu đào tạo người vận hành để đảm bảo kỹ thuật quấn dây đúng cách. 

• Ngọn lửa hở 

Cách hoạt động: Người vận hành sử dụng đèn khò khí nhiên liệu và không khí nén để áp ngọn lửa trực tiếp vào chi tiết kim loại. 

Ưu điểm: Nếu quy trình hàn đã có sẵn đèn khò, không cần mua thêm thiết bị để gia nhiệt trước. Phương pháp này cũng yêu cầu ít đào tạo cho người vận hành. 

Nhược điểm: Nhược điểm của gia nhiệt bằng ngọn lửa hở bao gồm sự không đồng đều về nhiệt độ, thời gian làm nóng lâu hơn do quá trình này không hiệu quả, và các vấn đề về an toàn, do tạo ra muội than, khói và khí khi sử dụng ngọn lửa hở. Ngoài ra, phương pháp này yêu cầu chi phí bổ sung cho việc lưu trữ và phân phối khí đến các khu vực hàn. Đặc biệt, cần có nhân sự giám sát cháy nổ trong quá trình thực hiện. Chi phí nhiên liệu tiêu hao có thể từ 40 đến 60 USD mỗi giờ.  

• Gia nhiệt điện trở 

Cách hoạt động: Gia nhiệt điện trở sử dụng các tấm gốm được làm nóng bằng điện và đặt lên kim loại cơ bản. Các tấm gốm truyền nhiệt cho chi tiết thông qua bức xạ nhiệt và dẫn nhiệt tại điểm tiếp xúc. 

Ưu điểm: Phương pháp này có thể duy trì nhiệt độ ổn định nếu không có tấm gia nhiệt nào bị hỏng. Đây cũng là một phương pháp tốt cho các dự án và chi tiết có kích thước lớn. 

Nhược điểm: Phương pháp này thường được thuê ngoài cho bên thứ ba, dẫn đến phụ thuộc vào lịch trình và tiến độ của họ, đồng thời làm tăng chi phí. Việc thiết lập có thể mất hơn một giờ để sắp xếp và cố định các tấm gia nhiệt vào chi tiết, và thời gian làm mát cần thiết cũng kéo dài quá trình lắp đặt và tháo dỡ. Các bộ phận gia nhiệt điện trở cũng cần được cách nhiệt để duy trì nhiệt độ, làm tăng chi phí do các vật liệu cách nhiệt và tấm gốm là vật tư tiêu hao cần thay thế theo thời gian. Môi trường làm việc cũng có thể gây ảnh hưởng đến độ bền của các tấm gốm dễ vỡ, và khi bị hỏng, chúng có thể gây ra vùng nóng và lạnh trên chi tiết. 

Ngoài ra, các phần tử gia nhiệt điện trở có thể trở nên cực kỳ nóng, có thể gây nguy hiểm cho người vận hành và ảnh hưởng đến sự thoải mái do làm tăng nhiệt độ môi trường. Phương pháp này cũng yêu cầu thợ điện và một hệ thống điện có chi phí cao. Trong quá trình gia nhiệt, nguồn điện có thể trở thành một "thiết bị tạo tia lửa", đòi hỏi giám sát và bảo trì liên tục từ các nhà thầu cơ khí. 

• Lò nung  

Cách hoạt động: Lò nung sử dụng nguyên lý đối lưu nhiệt. Người vận hành đặt toàn bộ chi tiết vào bên trong lò để gia nhiệt trước. 

Ưu điểm: Phương pháp này giúp làm nóng đồng đều vì toàn bộ chi tiết nằm bên trong lò. Đây cũng là một lựa chọn tốt khi cần gia nhiệt toàn bộ chi tiết lớn hoặc khi cần gia nhiệt hàng loạt nhiều chi tiết cùng lúc. 

Nhược điểm: Lò nung thường có kích thước lớn và yêu cầu kết nối với nguồn điện, khiến chúng thường được lắp đặt cố định một chỗ và không linh hoạt di chuyển. Vì vậy, người vận hành phải mang chi tiết đến lò để gia nhiệt, điều này có thể khó khăn nếu chi tiết có kích thước quá lớn. Hệ thống này cũng thường yêu cầu một kết nối hệ thống điện đủ tải, làm tăng chi phí đầu tư. Hơn nữa, lò nung có thể cần được làm nóng trước trong vài giờ trước khi sử dụng, và có thể tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh, gây ảnh hưởng đến sự thoải mái của người lao động. Nếu gia nhiệt bằng lò được thuê ngoài, doanh nghiệp sẽ mất quyền kiểm soát kế hoạch và tiến độ. 

Các lựa chọn phương pháp gia nhiệt trước khi hàn 

Nhiều ứng dụng hàn — đặc biệt là các mối hàn quan trọng trong các ngành như xây dựng kết cấu, dầu khí và đóng tàu — yêu cầu gia nhiệt trước. Việc giảm thiểu sự chênh lệch nhiệt độ giữa hồ quang và vật liệu cơ bản giúp làm chậm tốc độ làm mát của mối hàn và giảm lượng hydro, hai yếu tố quan trọng giúp giảm nguy cơ nứt và tránh hàn lỗi. 

Có nhiều phương pháp gia nhiệt trước khi hàn khác nhau. Việc hiểu rõ sự khác biệt giữa các phương pháp này sẽ giúp bạn lựa chọn phương pháp phù hợp nhất để tối ưu hóa hiệu suất, giảm chi phí và hạn chế việc làm lại, đồng thời đảm bảo chất lượng mối hàn cao nhất cho ứng dụng của bạn.