Mặc dù công nghệ hàn quỹ đạo không phải là mới, nhưng nó vẫn tiếp tục phát triển, trở nên mạnh mẽ và linh hoạt hơn, đặc biệt là trong việc hàn ống. Một cuộc phỏng vấn với Tom Hammer, một thợ hàn lành nghề của Axenics ở Middleton, Massachusetts, đã tiết lộ nhiều cách mà kỹ thuật này có thể được sử dụng để giải quyết các vấn đề hàn khó khăn. Ảnh do Axenics cung cấp.
Hàn quỹ đạo đã xuất hiện khoảng 60 năm, bổ sung thêm tính tự động hóa vào quy trình hàn GMAW. Đây là một phương pháp đáng tin cậy và thiết thực để thực hiện nhiều mối hàn, mặc dù một số nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) và nhà sản xuất vẫn chưa tận dụng hết sức mạnh của máy hàn quỹ đạo, mà vẫn dựa vào hàn tay hoặc các chiến lược khác để nối ống kim loại.
Nguyên lý hàn quỹ đạo đã tồn tại hàng thập kỷ, nhưng khả năng của các máy hàn quỹ đạo thế hệ mới khiến chúng trở thành công cụ mạnh mẽ hơn trong bộ dụng cụ của người thợ hàn, vì nhiều máy hiện nay có các tính năng "thông minh" giúp dễ dàng lập trình và xử lý trước khi hàn thực tế. Bắt đầu bằng những điều chỉnh nhanh chóng, chính xác để đảm bảo các mối hàn nhất quán, tinh khiết và đáng tin cậy.
Đội ngũ thợ hàn của Axenics tại Middleton, Massachusetts, là một nhà sản xuất linh kiện theo hợp đồng, hướng dẫn nhiều khách hàng của mình về các kỹ thuật hàn quỹ đạo nếu có đủ các yếu tố cần thiết cho công việc.
“Ở những nơi có thể, chúng tôi muốn loại bỏ yếu tố con người trong quá trình hàn, vì máy hàn quỹ đạo thường tạo ra các mối hàn chất lượng cao hơn,” Tom Hammer, một thợ hàn lành nghề tại Axenics, cho biết.
Mặc dù kỹ thuật hàn sớm nhất được thực hiện cách đây 2000 năm, nhưng hàn hiện đại là một quy trình cực kỳ tiên tiến, là một phần không thể thiếu của các công nghệ và quy trình hiện đại khác. Ví dụ, hàn quỹ đạo có thể được sử dụng để tạo ra các hệ thống đường ống có độ tinh khiết cao dùng để sản xuất các tấm bán dẫn được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử ngày nay.
Một trong những khách hàng của Axenics là một phần của chuỗi cung ứng này. Họ đã tìm kiếm một nhà sản xuất theo hợp đồng để giúp mở rộng năng lực sản xuất, cụ thể là tạo ra và lắp đặt các kênh thép không gỉ sạch cho phép khí đi qua quy trình chế tạo tấm bán dẫn.
Mặc dù tại Axenics, chúng tôi có sẵn các thiết bị hàn quỹ đạo và bàn xoay với kẹp mỏ hàn cho hầu hết các công việc hàn ống, nhưng điều này không loại trừ việc thỉnh thoảng phải hàn bằng tay.
Hammer và nhóm thợ hàn đã xem xét các yêu cầu của khách hàng và đặt ra các câu hỏi, có tính đến các yếu tố về chi phí và thời gian:
Các máy hàn quỹ đạo kín quay được Hammer sử dụng là Swagelok M200 và Arc Machines Model 207A. Chúng có thể hàn ống có đường kính từ 1/16 đến 4 inch.
“Đầu hàn siêu nhỏ cho phép chúng tôi tiếp cận những vị trí rất chật hẹp,” ông nói. “Một hạn chế của hàn quỹ đạo là liệu chúng ta có đầu hàn phù hợp với mối nối cụ thể hay không. Nhưng ngày nay, bạn cũng có thể quấn một sợi xích quanh ống cần hàn. Máy hàn có thể di chuyển trên sợi xích, và về cơ bản không có giới hạn về kích thước mối hàn mà bạn có thể thực hiện. Tôi đã thấy một số thiết lập có thể hàn trên ống 20 inch. Thật ấn tượng về những gì các máy móc này có thể làm được ngày nay.”
Xét đến yêu cầu về độ tinh khiết, số lượng mối hàn cần thiết và độ dày thành mỏng, hàn quỹ đạo là một lựa chọn thông minh cho loại dự án này. Đối với công việc lắp đặt đường ống điều khiển quy trình lưu lượng khí, Hammer thường xuyên hàn trên thép không gỉ 316L.
“Đó là lúc mọi thứ trở nên thực sự tinh tế. Chúng ta đang nói về việc hàn trên kim loại mỏng như giấy. Với hàn tay, chỉ cần điều chỉnh nhỏ nhất cũng có thể làm đứt mối hàn. Đó là lý do tại sao chúng tôi thích sử dụng đầu hàn quỹ đạo, nơi chúng tôi có thể điều chỉnh từng phần của ống và làm cho nó hoàn hảo trước khi đặt chi tiết vào. Chúng tôi giảm công suất xuống một mức cụ thể để biết khi đặt chi tiết vào đó, nó sẽ hoàn hảo. Bằng tay, việc điều chỉnh được thực hiện bằng mắt, và nếu chúng ta điều chỉnh quá nhiều, nó có thể xuyên thẳng qua vật liệu.”
Công việc này bao gồm hàng trăm mối hàn phải giống hệt nhau. Máy hàn quỹ đạo được sử dụng cho công việc này có thể hàn một mối trong ba phút; khi Hammer làm việc ở tốc độ tối đa, anh ta có thể hàn thủ công cùng một ống thép không gỉ trong khoảng một phút.
“Tuy nhiên, máy không hề chậm lại. Bạn vận hành nó ở tốc độ tối đa ngay từ sáng sớm, và đến cuối ngày, nó vẫn chạy ở tốc độ tối đa,” Hammer nói. “Tôi vận hành nó ở tốc độ tối đa ngay từ sáng sớm, nhưng cuối cùng thì không phải vậy.”
Việc ngăn chặn các chất gây ô nhiễm xâm nhập vào ống thép không gỉ là vô cùng quan trọng, đó là lý do tại sao việc hàn có độ tinh khiết cao trong ngành công nghiệp bán dẫn thường được thực hiện trong phòng sạch, một môi trường được kiểm soát nhằm ngăn chặn các chất gây ô nhiễm xâm nhập vào khu vực cần hàn.
Hammer sử dụng cùng loại vonfram đã được mài sắc sẵn trong các mỏ hàn cầm tay của mình như ông dùng trong máy hàn quỹ đạo. Trong khi khí argon tinh khiết cung cấp khí làm sạch bên ngoài và bên trong trong hàn thủ công và hàn quỹ đạo, thì việc hàn bằng máy quỹ đạo cũng có lợi thế khi được thực hiện trong không gian kín. Khi vonfram được lấy ra, vỏ sẽ chứa đầy khí và bảo vệ mối hàn khỏi quá trình oxy hóa. Khi sử dụng mỏ hàn cầm tay, khí chỉ được thổi vào một phía của ống đang được hàn.
Các mối hàn quỹ đạo thường sạch hơn vì khí bao phủ ống lâu hơn. Khi quá trình hàn bắt đầu, khí argon sẽ bảo vệ cho đến khi thợ hàn chắc chắn rằng mối hàn đã đủ nguội.
Axenics hợp tác với một số khách hàng trong lĩnh vực năng lượng thay thế, những người sản xuất pin nhiên liệu hydro cung cấp năng lượng cho nhiều loại phương tiện. Ví dụ, một số xe nâng được chế tạo để sử dụng trong nhà dựa vào pin nhiên liệu hydro để ngăn chặn các sản phẩm phụ hóa học làm hỏng thực phẩm. Sản phẩm phụ duy nhất của pin nhiên liệu hydro là nước.
Một trong những khách hàng có nhiều yêu cầu tương tự như nhà sản xuất chất bán dẫn, chẳng hạn như độ tinh khiết và tính nhất quán của mối hàn. Họ muốn sử dụng thép không gỉ 321 để hàn thành mỏng. Tuy nhiên, công việc là chế tạo nguyên mẫu một cụm van đa tầng, mỗi cụm nhô ra theo một hướng khác nhau, khiến không gian hàn rất hạn chế.
Một máy hàn quỹ đạo phù hợp cho công việc này có giá khoảng 2.000 đô la, và nó có thể được sử dụng để chế tạo một số lượng nhỏ các bộ phận, với chi phí ước tính là 250 đô la. Về mặt tài chính, điều này không hợp lý. Tuy nhiên, Hammer có một giải pháp kết hợp các kỹ thuật hàn thủ công và hàn quỹ đạo.
“Trong trường hợp này, tôi sẽ sử dụng bàn xoay,” Hammer nói. “Về cơ bản, thao tác tương tự như máy hàn quỹ đạo, nhưng bạn xoay ống chứ không phải điện cực vonfram quanh ống. Tôi sử dụng đèn hàn cầm tay, nhưng tôi có thể giữ đèn hàn cố định bằng kẹp để đặt ở vị trí rảnh tay, tránh làm hỏng mối hàn do tay người rung lắc. Điều này giúp loại bỏ nhiều lỗi do con người. Nó không hoàn hảo như hàn quỹ đạo vì không được thực hiện trong môi trường kín, nhưng loại hàn này có thể được thực hiện trong môi trường phòng sạch để loại bỏ chất gây ô nhiễm.”
Mặc dù công nghệ hàn quỹ đạo mang lại độ tinh khiết và tính lặp lại cao, Hammer và các thợ hàn đồng nghiệp của ông biết rằng tính toàn vẹn của mối hàn là rất quan trọng để ngăn ngừa thời gian ngừng hoạt động do lỗi mối hàn. Công ty sử dụng phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT), và đôi khi là kiểm tra phá hủy, cho tất cả các mối hàn quỹ đạo.
“Mỗi mối hàn chúng tôi thực hiện đều được kiểm tra bằng mắt thường,” Hammer nói. “Sau đó, các mối hàn được kiểm tra bằng máy đo quang phổ heli. Tùy thuộc vào thông số kỹ thuật hoặc yêu cầu của khách hàng, một số mối hàn được kiểm tra bằng phương pháp chụp X-quang. Kiểm tra phá hủy cũng là một lựa chọn.”
Kiểm tra phá hủy có thể bao gồm kiểm tra độ bền kéo để xác định độ bền kéo tối đa của mối hàn. Để đo ứng suất tối đa mà mối hàn trên vật liệu như thép không gỉ 316L có thể chịu được trước khi bị hỏng, thử nghiệm sẽ kéo căng kim loại đến điểm đứt.
Các mối hàn của khách hàng sử dụng năng lượng tái tạo đôi khi được kiểm tra không phá hủy bằng siêu âm đối với các mối hàn cấu thành của bộ trao đổi nhiệt ba kênh dùng trong pin nhiên liệu hydro được sử dụng trong máy móc và phương tiện năng lượng tái tạo.
“Đây là một bài kiểm tra quan trọng vì hầu hết các linh kiện chúng tôi vận chuyển đều có khả năng chứa các loại khí độc hại. Điều rất quan trọng đối với chúng tôi và khách hàng là thép không gỉ phải hoàn hảo, không có điểm rò rỉ nào”, Hammer cho biết.
Tạp chí Tube & Pipe Journal ra đời năm 1990, trở thành tạp chí đầu tiên chuyên phục vụ ngành công nghiệp ống kim loại. Ngày nay, nó vẫn là ấn phẩm duy nhất ở Bắc Mỹ chuyên về ngành này và đã trở thành nguồn thông tin đáng tin cậy nhất cho các chuyên gia trong ngành ống.
Giờ đây, với quyền truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của The FABRICATOR, bạn có thể dễ dàng tiếp cận các nguồn tài nguyên quý giá trong ngành.
Phiên bản điện tử của Tạp chí Tube & Pipe Journal hiện đã hoàn toàn có thể truy cập được, giúp người dùng dễ dàng tiếp cận các nguồn tài liệu quý giá trong ngành.
Tận hưởng quyền truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của tạp chí STAMPING Journal, nơi cung cấp những tiến bộ công nghệ mới nhất, các phương pháp thực hành tốt nhất và tin tức ngành cho thị trường dập kim loại.
Giờ đây, với quyền truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của The Fabricator en Español, bạn dễ dàng tiếp cận các nguồn tài liệu quý giá trong ngành.