Tìm hiểu cách lựa chọn hệ thống hàn MIG và vật liệu hàn phù hợp để hàn nhôm trong các ứng dụng công nghiệp. 

Vật liệu hàn nhôm và hệ thống hàn 

Dù được sử dụng trong sản xuất công nghiệp hay bởi những người đam mê làm việc tại nhà, nhôm vẫn là một vật liệu được ưa chuộng trong các ứng dụng hàn. Nguyên nhân chính là vì nhôm có độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tốt, ngay cả ở độ dày mỏng, làm cho nó trở nên lý tưởng trong những ứng dụng yêu cầu trọng lượng nhẹ. 

Tuy nhiên, do tính chất của nhôm khác biệt đáng kể so với thép, việc làm việc với vật liệu này đặt ra một số thách thức cụ thể. Những thách thức đó bao gồm: độ nhạy cao hơn với nhiệt lượng đầu vào và dễ biến dạng; khó đạt được mối hàn có hình dạng đẹp; cần làm sạch và chuẩn bị vật liệu cẩn thận hơn trước khi hàn; và có khả năng xảy ra hiện tượng hàn không ngấu hoặc hàn quá mức. Việc bảo quản dây hàn nhôm cũng cần cẩn trọng, do chúng dễ bị oxy hóa và nhiễm ẩm. Với đặc tính mềm hơn, dây hàn nhôm cũng khó cấp dây hơn và thường yêu cầu súng hàn và hệ thống cấp dây chuyên dụng. 

Dù có những thách thức đó, hàn nhôm không quá khó nếu sử dụng đúng hệ thống hàn và vật liệu hàn phù hợp. Trên thực tế, việc sử dụng một hệ thống được thiết kế riêng cho hàn nhôm sẽ giúp tạo ra mối hàn chất lượng cao một cách dễ dàng và hiệu quả hơn. 

Mặc dù nhiều người chọn phương pháp hàn TIG khi làm việc với nhôm, nhưng những tiến bộ trong công nghệ và thiết bị hàn MIG hiện nay khiến nó trở thành một lựa chọn thay thế tuyệt vời. Phương pháp hàn MIG mang lại nhiều lợi thế như tốc độ đắp kim loại cao hơn, yêu cầu đào tạo thợ hàn ít hơn, năng suất cao hơn mà vẫn đảm bảo chất lượng mối hàn. 

Các nhà sản xuất hiện cung cấp nhiều hệ thống hàn MIG khác nhau phục vụ cho việc hàn nhôm ở nhiều cấp độ: từ người dùng cá nhân hoặc thợ sửa chữa nhỏ làm việc với nhôm mỏng, cho đến các ứng dụng công nghiệp nhẹ, và cả lĩnh vực công nghiệp nặng. Bài viết này sẽ tập trung vào cách lựa chọn hệ thống hàn MIG để sử dụng với nhôm trong các ứng dụng công nghiệp và lợi ích mà các hệ thống đó mang lại. 

Bạn cần chọn cấp độ nào? 

Khi di chuyển dọc theo thang đo từ người dùng cá nhân đến công nghiệp nặng, các hệ thống hàn nhôm sẽ có công suất đầu ra cao hơn, chu kỳ tải lớn hơn, có thể sử dụng dây hàn có đường kính lớn hơn và thực hiện được các mối hàn dài hơn trên vật liệu dày hơn. Các nhà sản xuất chế tạo nguồn điện hàn thuộc phân khúc công nghiệp và công nghiệp nặng để phục vụ cho các ứng dụng hàn liên tục, sử dụng hàng ngày. 

Bên cạnh việc xem xét nhu cầu về dòng điện, chu kỳ tả và độ dày vật liệu, một yếu tố khác cần cân nhắc là công việc có yêu cầu tính di động hay không. Một số hệ thống là máy hàn tích hợp "tất cả trong một", bao gồm nguồn điện, bộ cấp dây và cuộn dây hàn được tích hợp trong cùng một thiết bị. Thông thường, các máy này có bánh xe để thợ hàn có thể di chuyển dễ dàng trong xưởng. Những hệ thống khác có tính cơ động cao hơn, với tay cầm trên bộ nguồn và bộ cấp dây, rất tiện lợi cho thợ hàn khi cần mang bộ cấp dây đến vị trí làm việc hoặc đưa vào các không gian hẹp. 

Chọn chế độ chuyển dịch 

Chế độ chuyển dịch đề cập đến cách mà dây hàn được chuyển vào vật liệu nền trong quá trình hàn MIG. Hai phương pháp phổ biến khi hàn nhôm bằng MIG là chuyển dịch dạng phun và chuyển dịch dạng phun xung, thường được gọi là hàn MIG xung. 

Trong chế độ chuyển dịch dạng phun, các giọt kim loại nóng chảy được chuyển từ dây hàn vào vũng hàn. Hồ quang hoạt động ổn định và mượt, cho mối hàn đẹp với độ ngấu tốt ở hai bên. Tuy nhiên, do phương pháp này sử dụng lượng nhiệt lớn nên rất dễ xảy ra hiện tượng thủng, đặc biệt khi hàn những chi tiết nhôm có độ dày mỏng. Do đó, chế độ hàn này yêu cầu người thợ phải tăng tốc độ hàn và sử dụng dây hàn đường kính nhỏ hơn để hạn chế nhiệt lượng đưa vào vật liệu. 

Nguồn hàn MIG xung là lựa chọn tối ưu hơn khi hàn nhôm và đặc biệt cải thiện khả năng hàn ở các vị trí khó. Là phiên bản cải tiến từ chế độ chuyển dịch dạng phun, phương pháp MIG xung hoạt động bằng cách chuyển đổi nhanh giữa dòng hàn đỉnh (dòng cao) và dòng nền (dòng thấp). Trong pha dòng đỉnh, một giọt kim loại nóng chảy được ngắt ra và đẩy vào vùng hàn. Trong pha dòng nền, hồ quang vẫn được duy trì nhưng mức dòng đủ thấp để không xảy ra hiện tượng chuyển dịch kim loại dạng phun liên tục. Kết quả là nhiệt lượng đưa vào vật liệu thấp hơn, giảm nguy cơ gây ra các vấn đề như thủng mối hàn. 

Phương pháp MIG xung tạo ra đường hàn đẹp và gần như không có văng bắn. Ngoài ra, do vũng hàn nguội đi giữa các xung, vũng hàn đông đặc nhanh hơn. Vũng hàn ít bị chảy xệ hoặc trông quá lồi khi hàn ở các vị trí khó. Do người thợ có khả năng kiểm soát tốt nhiệt lượng, nên có thể dễ dàng hàn các vật liệu nhôm mỏng hơn, đồng thời sử dụng dây hàn đường kính lớn hơn (tới khoảng 1.2 mm – 3/64 inch). Điều này giúp tăng tốc độ đắp và nâng cao năng suất, đồng thời giảm đáng kể nguy cơ thủng và biến dạng sản phẩm. 

Một số hệ thống hàn nhôm hiện đại còn cung cấp chế độ MIG xung đồng bộ thân thiện hơn với người sử dụng, cho phép liên kết giao tiếp giữa nguồn hàn, bộ cấp dây và súng hàn. Với một hệ thống thông thường không có đồng bộ, khi thợ hàn điều chỉnh tốc độ cấp dây thì họ cũng phải điều chỉnh thêm các thông số khác. Nhưng với chế độ MIG xung đồng bộ, khi người vận hành thay đổi tốc độ cấp dây, máy sẽ tự động điều chỉnh các thông số liên quan. Khi tốc độ cấp dây tăng hay giảm, nguồn điện cũng tăng hay giảm tương ứng để duy trì hồ quang ổn định. 

Các nhà sản xuất cũng cung cấp các công nghệ MIG xung mới hơn, sử dụng quá trình hàn MIG xung để tạo ra những mối hàn đẹp mắt với kiểu vảy cá giống như mối hàn TIG nhưng có tốc độ nhanh hơn của hàn MIG. Chế độ này thường thay đổi các thông số xung hoặc tốc độ cấp dây, luân phiên giữa mức cao và thấp để tạo ra kiểu gợn sóng (vảy cá). Hầu hết các thiết bị hàn cho phép người thợ điều chỉnh kiểu dáng của vảy cá thông qua việc thay đổi tần số xung. 

Các tùy chọn cấp dây 

Có ba cách để cấp dây hàn nhôm: 1) chỉ đẩy (push-only) sử dụng hệ thống tiêu chuẩn; 2) sử dụng súng cấp dây cuộn (spool gun); hoặc 3) sử dụng hệ thống đẩy-kéo (push-pull system). 

Việc cấp dây hàn nhôm bằng phương pháp chỉ đẩy, đòi hỏi sử dụng ruột dẫn dây chuyên dụng dành riêng cho nhôm—thường là loại bằng nylon—có thể gặp nhiều khó khăn. Hiện tượng "rối dây", tức là dây nhôm bị rối giữa con lăn đẩy và ruột dẫn dây, là một vấn đề thường gặp gây tốn nhiều thời gian. 

Súng cấp dây cuộn và hệ thống đẩy-kéo là những giải pháp tốt hơn rất nhiều khi cấp dây nhôm. Trong đó, hệ thống đẩy-kéo được coi là tiêu chuẩn vàng trong kỹ thuật cấp dây hàn. 

Có nhiều cấp độ khác nhau đối với súng cấp dây cuộn. Một số loại được thiết kế cho các máy nhỏ với chu kỳ tải thấp, số khác lại dành cho các hệ thống công nghiệp và công nghiệp nặng hoạt động ở dòng hàn cao hơn nhiều. Súng cấp dây cuộn loại bỏ hoàn toàn nguy cơ rối dây bằng cách đặt một cuộn dây nhỏ khoảng 0,45 kg (1-pound) ngay phía sau súng hàn, dây hàn chỉ phải di chuyển vài inch để đến được hồ quang. Các súng cấp dây cuộn này có thể dùng dây nhôm có đường kính từ 0,58 mm đến 1,6 mm (.023 đến 1/16 inch), đồng thời cho phép người vận hành sử dụng cáp hàn dài hơn. 

Với hệ thống đẩy-kéo, một động cơ nằm trong súng hàn sẽ kéo dây hàn qua ruột dẫn dây hàn, trong khi một động cơ khác nằm trong bộ cấp dây đóng vai trò hỗ trợ đẩy dây. Nhờ duy trì liên tục và ổn định việc cấp dây vào ruột dẫn dây, hệ thống đẩy-kéo giúp loại bỏ hoàn toàn hiện tượng rối dây. Ngoài ra, nó cũng thuận tiện và thân thiện hơn với người sử dụng, vì người thợ không phải chịu trọng lượng của cuộn dây trong quá trình thao tác. 

Với hệ thống đẩy-kéo, người thợ sẽ ít phải thay cuộn dây hơn (thường là loại có đường kính khoảng 12 inch – 30 cm). Đồng thời, các xưởng hàn có thể mua các cuộn dây lớn này với giá ưu đãi hơn, giúp giảm thiểu thời gian ngưng máy khi phải thay cuộn dây thường xuyên. 

Một nhược điểm của hệ thống đẩy-kéo là giá thành ban đầu tương đối cao. Tuy nhiên, hiệu quả tăng năng suất và lợi ích kinh tế khi mua các cuộn dây lớn thường giúp nhanh chóng thu hồi lại chi phí đầu tư ban đầu. 

Các hệ thống hàn nhôm chuyên dụng 

Cần lưu ý rằng một số hệ thống công nghiệp và công nghiệp nặng cung cấp các dòng máy chuyên dụng, được thiết kế riêng chỉ để hàn nhôm. Những máy hàn nhôm chuyên biệt này giúp đơn giản hóa tối đa quá trình hàn, giảm bớt các vấn đề phức tạp, bởi vì mọi bộ phận của hệ thống từ súng hàn, bộ cấp dây, nguồn hàn, phần mềm bên trong và chương trình hàn đều được tối ưu hóa riêng biệt cho việc hàn nhôm. 

Một số hệ thống hàn chuyên dụng cho nhôm còn tích hợp công nghệ giúp đảm bảo độ ngấu hoàn hảo ngay khi bắt đầu mối hàn, bằng cách cung cấp năng lượng cao hơn tại thời điểm người thợ kích hoạt hồ quang. Ngoài ra, máy còn có chức năng điền đầy vũng hàn, trong đó máy sẽ tự động giảm dần các thông số hàn về mức thấp hơn khi gần kết thúc mối hàn. Điều này giúp điền vũng hàn, tránh hiện tượng nứt tại vị trí kết thúc mối hàn nhôm. 

Mặc dù có rất nhiều lựa chọn và phương án để hàn nhôm, nhưng rõ ràng một hệ thống hàn chuyên dụng cho nhôm sẽ giúp tránh các khuyết tật mối hàn, sự cố cấp dây và hiện tượng thủng mối hàn – vốn là những vấn đề thường làm tăng lượng tiêu hao dây hàn cũng như gây mất thời gian ngừng máy.  

Bổ sung: Lựa chọn vật liệu hàn nhôm 

Khi chọn vật liệu hàn thép, các nhà sản xuất thường lựa chọn dựa trên độ bền kéo tương ứng, nhưng khi chọn vật liệu hàn nhôm, độ bền chỉ là một trong nhiều yếu tố cần cân nhắc. Thông thường, có thể dùng một số loại dây hàn hợp kim nhôm khác nhau để hàn cùng hoặc khác loại vật liệu nền. Khi lựa chọn dây hàn nhôm, người thợ cần xem xét các yếu tố như: thành phần của kim loại cơ bản, kiểu thiết kế mối nối, độ bền mối hàn mong muốn, và các yêu cầu đặc thù khi sử dụng sản phẩm. 

Không có một loại dây hàn nhôm nào phù hợp cho tất cả các ứng dụng, tuy nhiên, hai loại dây phổ biến nhất và chiếm phần lớn doanh số trên thị trường là 4043 và 5356. Dây hàn nhôm 4043 được các thợ hàn ưa chuộng hơn nhờ hàm lượng silicon cao hơn, giúp kim loại nóng chảy có khả năng chảy tốt hơn, kiểm soát vũng hàn dễ dàng hơn, đường hàn sáng bóng hơn, đẹp hơn và đồng thời dễ điều chỉnh thông số hàn. Tuy nhiên, dây hàn 5356, mặc dù kém hơn 4043 một chút về khả năng thao tác, lại có độ bền kéo cao hơn. Đồng thời, dây 5356 có độ cứng và độ chắc cao hơn, giúp việc cấp dây dễ dàng hơn.