Hàn nhiệt hạch và hàn trạng thái rắn: Sự khác biệt và so sánh

Các nội dung chính

1. Hàn nóng chảy liên quan đến việc làm nóng chảy các kim loại cơ bản được nối, trong khi hàn ở trạng thái rắn không làm nóng chảy các kim loại cơ bản. Các kỹ thuật hàn nhiệt hạch như MIG, TIG và hàn que làm tan chảy kim loại bằng cách sử dụng hồ quang hoặc ngọn lửa để tạo thành vũng hàn nguội dần thành mối nối. Giống như hàn ma sát khuấy và hàn siêu âm, hàn trạng thái rắn tạo ra một liên kết thông qua áp suất và ma sát cực lớn mà không bị nóng chảy.
2. Mối hàn nóng chảy có độ bền và tính linh hoạt cao hơn so với mối hàn ở trạng thái rắn. Kim loại nóng chảy và trộn lẫn trong vũng hàn tạo ra sự liên kết luyện kim và mối nối đồng nhất. Các mối hàn ở trạng thái rắn có ít sự pha trộn của kim loại gốc dẫn đến độ bền của mối hàn thấp hơn.
3. Hàn trạng thái rắn có lợi cho các vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ cao như nhôm và magie. Việc không nóng chảy cho phép kiểm soát nhiều hơn vùng bị ảnh hưởng nhiệt và tránh các vấn đề như thay đổi thành phần hợp kim, độ xốp và độ giòn. Hàn nóng chảy có thể làm thay đổi các thành phần hợp kim trong khu vực mối hàn dẫn đến điểm yếu.

Hàn Fusion là gì?

Hàn nhiệt hạch là một loại quy trình hàn liên quan đến việc nối hai hoặc nhiều mảnh kim loại bằng cách làm nóng chảy chúng tại mối nối và cho phép chúng đông đặc thành một mảnh duy nhất, liên tục. Thuật ngữ “hợp nhất” dùng để chỉ sự tan chảy và pha trộn của các vật liệu cơ bản để tạo ra mối hàn.

Trong hàn nhiệt hạch, một nguồn nhiệt được đưa vào vật liệu để tăng nhiệt độ của chúng đến mức chúng trở nên nóng chảy. Tùy thuộc vào phương pháp hàn cụ thể, nguồn nhiệt này có thể là ngọn lửa trần, hồ quang điện, tia laser hoặc chùm tia điện tử. Sau khi các vật liệu nóng chảy, chúng được tập hợp lại với nhau và khi nguội và đông đặc lại, chúng tạo thành một liên kết bền chắc và mang tính luyện kim.

Hàn trạng thái rắn là gì?

Hàn trạng thái rắn là một nhóm các quá trình hàn tạo ra liên kết giữa hai vật liệu mà không làm nóng chảy chúng thành trạng thái lỏng hoàn toàn. Không giống như hàn nhiệt hạch, trong đó các vật liệu cơ bản được nấu chảy để tạo thành mối hàn, hàn trạng thái rắn đạt được sự liên kết thông qua sự kết hợp giữa áp suất, nhiệt độ và thời gian, tất cả đều nằm trong pha trạng thái rắn của vật liệu liên quan. Quá trình này còn được gọi là “liên kết trạng thái rắn” hoặc “nối liên kết trạng thái rắn”.

Việc không có hiện tượng nóng chảy hoàn toàn trong hàn ở trạng thái rắn có một số ưu điểm, bao gồm bảo toàn các đặc tính của vật liệu và nối các vật liệu khác nhau có thể không tương thích với các phương pháp hàn nhiệt hạch truyền thống. Quá trình này xảy ra ở nhiệt độ dưới điểm nóng chảy của vật liệu gốc, giúp giảm nguy cơ tạo ra các khuyết tật và cho phép kiểm soát chính xác quá trình liên kết.

Sự khác biệt giữa hàn nhiệt hạch và hàn trạng thái rắn

1. Sự khác biệt cơ bản nằm ở trạng thái của vật liệu nền trong quá trình hàn. Trong hàn nhiệt hạch, vật liệu được nung nóng đến trạng thái nóng chảy và nóng chảy hoàn toàn tại mối nối, tạo thành sự kết hợp của vật liệu gốc. Ngược lại, hàn ở trạng thái rắn đạt được sự liên kết mà không làm nóng chảy vật liệu đến trạng thái lỏng hoàn toàn, bảo toàn các đặc tính vật liệu ban đầu.
2. Hàn nóng chảy đòi hỏi nhiệt độ tương đối cao để làm nóng chảy các vật liệu cơ bản và tạo ra mối hàn. Trong hàn trạng thái rắn, nhiệt độ thấp hơn vì quá trình này phụ thuộc vào sự gia nhiệt cục bộ thông qua ma sát, rung siêu âm hoặc các phương pháp khác mà không đạt đến điểm nóng chảy của vật liệu.
3. Hàn nóng chảy có thể gây ra biến dạng đáng kể và ứng suất dư trong các bộ phận hàn do nhiệt độ cao. Mặt khác, hàn ở trạng thái rắn tạo ra mức độ biến dạng và ứng suất dư thấp hơn do nó xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn và lượng nhiệt đầu vào ít hơn.
4. Hàn nóng chảy tạo ra mối nối liên tục, đồng nhất với sự kết hợp hoàn toàn của các vật liệu cơ bản. Chất lượng mối nối có thể khác nhau khi hàn ở trạng thái rắn tùy thuộc vào quy trình cụ thể được sử dụng. Một số phương pháp hàn trạng thái rắn, như hàn ma sát khuấy, có thể tạo ra các mối nối có đặc tính cơ học tuyệt vời và khuyết tật tối thiểu, trong khi các phương pháp khác có thể có những hạn chế trong các ứng dụng cụ thể.
5. Hàn nóng chảy rất phù hợp để nối các vật liệu tương tự với điểm nóng chảy tương thích. Tuy nhiên, có thể gặp khó khăn khi hàn các vật liệu khác nhau một cách hiệu quả do tính chất nhiệt khác nhau của chúng. Mặt khác, hàn trạng thái rắn mang lại lợi thế trong việc nối các vật liệu khác nhau vì nó tránh được sự nóng chảy hoàn toàn, cho phép liên kết các vật liệu có đặc tính khác nhau đáng kể.

So sánh giữa hàn nhiệt hạch và hàn trạng thái rắn

Tham số so sánh	Hàn hợp	Hàn trạng thái rắn
Đầu vào nhiệt	Nhiệt lượng đầu vào cao, dẫn đến sự nóng chảy hoàn toàn của vật liệu	Giảm nhiệt đầu vào, giảm nguy cơ biến dạng và bảo toàn đặc tính vật liệu
Sức mạnh chung	Nói chung mối nối chắc chắn do sự kết hợp hoàn toàn của vật liệu	Các khớp nối chắc chắn, đặc biệt là trong một số quy trình ở trạng thái rắn nhất định
Khả năng áp dụng cho sự khác biệt	Khó hàn các vật liệu khác nhau do sự khác biệt về điểm nóng chảy	Thuận lợi cho việc nối các vật liệu khác nhau với các đặc tính khác nhau
Thay đổi luyện kim	Có thể gây ra những thay đổi về luyện kim và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt	Tối thiểu hoặc không có thay đổi luyện kim do không xảy ra nóng chảy hoàn toàn
Khiếm khuyết khớp	Dễ bị các khuyết tật như độ xốp, vết nứt và tạp chất	Thường tạo ra ít khuyết tật hơn do lượng nhiệt đầu vào thấp hơn và quá trình được kiểm soát

dự án

1. https://www.cambridge.org/core/journals/mrs-bulletin/article/phenomenological-modeling-of-fusion-welding-processes/04984333CB143DBF4886530F36102D5E
2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924013617304181