Cách hàn nhôm đúc: Kỹ thuật, chuẩn bị và những lỗi thường gặp

Đúng, nhôm đúc có thể được hàn - nhưng nó đòi hỏi sự chuẩn bị cẩn thận, quy trình phù hợp và sự hiểu biết về lý do tại sao nó hoạt động khác với nhôm rèn. Phương pháp đáng tin cậy nhất là hàn TIG (GTAW) bằng dòng điện xoay chiều, sử dụng ER4043 hoặc ER5356 dây phụ, sau khi làm sạch kỹ lưỡng và làm nóng bộ phận trước ở nhiệt độ 150–230°C (300–450°F). Bỏ qua bất kỳ bước nào trong số này và bạn có nguy cơ bị nứt, xốp hoặc kết hợp không hoàn toàn.

Tại sao nhôm đúc khó hàn hơn nhôm rèn

Hợp kim nhôm đúc chứa hàm lượng silicon cao hơn (tới 12% ở một số loại đúc khuôn) và thường có khí bị giữ lại, tạp chất oxit và độ xốp bên trong từ quá trình đúc ban đầu. Khi bạn tác dụng nhiệt, các khí bị giữ lại này sẽ nở ra và thoát ra ngoài vũng hàn, gây ra bong bóng và lỗ rỗng. Cấu trúc hạt không đồng đều cũng làm cho vật liệu dễ bị nứt nóng gần vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ).

Các hợp kim nhôm đúc phổ biến bạn sẽ gặp bao gồm:

• A356/356.0 - đầu xi lanh, ống nạp (dễ hàn nhất)
• A380 - vỏ, giá đỡ đúc khuôn (rất khó, hàm lượng kẽm cao)
• 319 - khối động cơ (độ khó vừa phải)
• 535 - các bộ phận hàng hải (có thể hàn, magiê cao)

Nếu bạn không biết chính xác về hợp kim, hãy coi nó như một công việc đầy thử thách và cần phải chuẩn bị nhiều hơn.

Sự chuẩn bị cần thiết trước khi bạn bắt đầu một vòng cung

Khâu chuẩn bị chiếm khoảng 80% mối hàn nhôm đúc thành công. Chuẩn bị kém là nguyên nhân chính khiến mối hàn thất bại.

Bước 1 - Xác định và loại bỏ ô nhiễm

Dầu, mỡ, sơn và vật liệu đệm cũ phải được loại bỏ trước khi áp dụng nhiệt. Dùng a-xê-tôn hoặc chất tẩy nhôm chuyên dụng trên vải không có xơ. Không sử dụng dung môi gốc dầu mỏ - nó để lại cặn. Đối với các bộ phận động cơ, ngâm bình nóng hoặc máy rửa bộ phận bằng chất tẩy nhờn an toàn bằng nhôm, sau đó rửa sạch là thông lệ tiêu chuẩn ở các cửa hàng chuyên nghiệp.

Bước 2 - Làm sạch cơ học lớp oxit

Nhôm tạo thành lớp oxit nhôm (Al₂O₃) gần như ngay lập tức khi tiếp xúc với không khí. Oxit này có điểm nóng chảy khoảng 2.050°C - cao hơn nhiều so với điểm nóng chảy 660°C của chính nhôm. Nếu bạn hàn lên nó, oxit sẽ ngăn cản phản ứng tổng hợp. Sử dụng bàn chải dây thép không gỉ chuyên dụng (không bao giờ dùng bàn chải thép nếu không nó sẽ làm nhiễm bẩn nhôm) để chà sạch khu vực mối nối ngay trước khi hàn. Đĩa đệm có độ nhám 80 grit trên máy mài góc cũng hoạt động tốt cho các khu vực lớn hơn.

Bước 3 - Rãnh chữ V hoặc vát mép vết nứt

Đối với các vết nứt, hãy mài hoặc tạo rãnh chữ V đầy đủ xuống để làm sạch kim loại. Rãnh phải rộng ít nhất 3–4 mm ở đỉnh và đạt đến độ sâu tối đa của vết nứt. Ở cuối mỗi vết nứt, khoan một lỗ khoan chặn 3–4 mm để ngăn vết nứt tiếp tục dưới nhiệt. Nếu bạn bỏ qua bước dừng khoan, vết nứt thường sẽ mở rộng ra ngoài nơi bạn có thể nhìn thấy từ 10–15 mm trong khi hàn.

Bước 4 - Làm nóng trước bộ phận

Làm nóng trước làm giảm sốc nhiệt và loại bỏ độ ẩm. Sử dụng lò nướng, súng nhiệt hoặc đèn khò propan để nâng nhiệt độ bộ phận lên tới 150–230°C (300–450°F). Xác minh nhiệt độ bằng nhiệt kế tiếp xúc hoặc que chỉ nhiệt độ (Tempilstik). Đối với vật đúc có thành mỏng dưới 6 mm, giới hạn dưới của phạm vi này (150°C) là đủ. Các bộ phận dày như khối động cơ được hưởng lợi từ sự cao cấp hơn. Không vượt quá 260°C - trên mức này, một số hợp kim bắt đầu mất độ bền vĩnh viễn.

Lựa chọn quy trình hàn phù hợp

Đối với phần lớn công việc sửa chữa - ống góp bị nứt, giá đỡ bị gãy, vật đúc bị hư hỏng - hàn TIG bằng AC là lựa chọn phù hợp. Đặt máy của bạn ở chế độ AC khi khởi động tần số cao, sử dụng khí bảo vệ 100% argon ở tốc độ 10–15 L/phút và chọn điện cực vonfram nguyên chất hoặc vonfram zirconia (không phải loại thorated dùng cho thép).

Chọn dây phụ đúng

Hai hợp kim phụ bao gồm hầu hết các công việc nhôm đúc:

• ER4043 (4% silicon) - sự lựa chọn phổ biến nhất cho nhôm đúc. Nó chảy tốt, giảm thiểu hiện tượng nứt và dễ chịu. Sử dụng điều này cho các thành phần động cơ, vỏ và các hợp kim không xác định.
• ER5356 (5% magie) - mạnh hơn và cứng hơn, nhưng dễ bị nứt nóng hơn trên vật đúc có hàm lượng silicon cao. Sử dụng khi độ bền sau hàn là ưu tiên hàng đầu và bạn biết hợp kim cơ bản tương thích (ví dụ: đúc dòng 535 hoặc 5xxx).

Đường kính chất độn thường phải phù hợp với độ dày vật liệu: dây 1,6 mm cho các phần lên đến 4 mm, 2,4 mm cho các phần 4–8 mm và 3,2 mm cho các phần nặng hơn.

Nhôm đúc hàn TIG: Cài đặt và kỹ thuật

Việc cài đặt đúng là rất quan trọng. Sử dụng những điểm này làm điểm bắt đầu và điều chỉnh độ dày vật liệu và máy cụ thể của bạn:

• Loại hiện tại: AC (dòng điện xoay chiều)
• Cường độ dòng điện: khoảng 1 amp trên 0,025 mm (0,001 inch) độ dày - do đó, vật đúc 6 mm cần khoảng 240 amps ở mức cao nhất
• Tần số AC: 80–120 Hz (tần số cao hơn tạo ra vòng cung hẹp hơn, tập trung hơn)
• Cân bằng AC: 65–70% điện cực âm (EN) - điều này làm sạch oxit mà không làm vonfram quá nóng
• Khí bảo vệ: 100% argon, 10–15 L/phút
• Vonfram: 2–3 mm nguyên chất (màu xanh lá cây) hoặc được zircon hóa, đầu tròn trên AC

Giữ tốc độ di chuyển ổn định và di chuyển đủ nhanh để tránh tích tụ nhiệt ở một khu vực. Tạm dừng và để bộ phận nguội trở lại nhiệt độ làm nóng trước nếu bạn thấy vũng nước trở nên chậm chạp hoặc kim loại xung quanh biến màu quá mức. Sử dụng chuyển động dệt tới lui trên các rãnh rộng hơn thay vì xếp nhiều đường chuyền trên cùng một đường.

Xử lý sau hàn

Sau khi hàn xong, không làm nguội bộ phận trong nước hoặc làm nguội nhanh bộ phận đó bằng khí nén. Để nó nguội từ từ trong không khí tĩnh lặng hoặc bọc nó trong chăn hàn để làm chậm tốc độ làm mát. Làm mát nhanh sẽ tạo ra ứng suất nhiệt và có thể làm nứt mối hàn hoặc vật đúc liền kề.

Sau khi làm nguội, kiểm tra mối hàn bằng chất thẩm thấu thuốc nhuộm (PT) để kiểm tra các vết nứt trên bề mặt. Đối với các bộ phận chịu áp suất (đường làm mát, hệ thống nhiên liệu), nên kiểm tra áp suất ở áp suất làm việc 1,5 × trước khi đưa bộ phận đó trở lại hoạt động.

Nếu vật đúc sẽ được gia công sau khi hàn, hãy để vật đúc nghỉ trong 24 giờ để ứng suất dư có thể phân bổ lại trước khi thực hiện các vết cắt hoàn thiện.

Nguyên nhân phổ biến gây ra lỗi hàn trên nhôm đúc

• độ xốp - hầu như luôn luôn do độ ẩm, ô nhiễm hoặc lượng khí bao phủ không đủ. Đảm bảo kim loại cơ bản khô hoàn toàn, làm sạch dây phụ bằng axeton và kiểm tra các luồng gió làm xáo trộn khí bảo vệ.
• Nứt nóng - xảy ra khi vũng hàn đông đặc dưới ứng suất kéo. Giảm hạn chế trên bộ phận nếu có thể, sử dụng ER4043 (chống nứt tốt hơn) và cho phép làm mát chậm hơn.
• Thiếu sự hợp nhất — thường do nhiệt độ không đủ hoặc lớp oxit không được loại bỏ. Tăng cường độ dòng điện lên một chút và làm sạch lại khớp.
• Đốt cháy - vấn đề thường gặp nhất trên các phần mỏng dưới 3 mm. Sử dụng thanh đỡ (tấm đỡ bằng đồng hoặc không gỉ phía sau khớp nối giúp tản nhiệt) và giảm cường độ dòng điện.

Khi hàn không phải là lựa chọn phù hợp

Một số hợp kim nhôm đúc - đặc biệt là loại đúc có hàm lượng kẽm cao như A380 - về cơ bản là không thể hàn được bằng các phương pháp thông thường. Hàm lượng kẽm gây ra nứt nóng và độ xốp nghiêm trọng bất kể kỹ thuật. Trong những trường hợp này, hãy xem xét:

• Hàn nhôm hoặc hàn - để sửa chữa thẩm mỹ hoặc ít ứng suất ở nhiệt độ dưới 450°C
• Khâu kim loại (lock-n-stitch) - kỹ thuật sửa chữa nguội sử dụng các chốt và phích cắm kim loại lồng vào nhau; không cần nhiệt, bảo quản các đặc tính hợp kim ban đầu
• Hợp chất sửa chữa Epoxy — chẳng hạn như JB Weld KwikWeld hoặc Belzona 1111, thích hợp cho việc sửa chữa phi cấu trúc nơi áp suất và nhiệt độ thấp
• Đúc thay thế — nếu vật đúc ban đầu bị xuống cấp nghiêm trọng hoặc bị tổn hại về mặt cấu trúc