Hàn TIG là gì và nó hoạt động như thế nào?

Hàn TIG là gì?

Hàn TIG là viết tắt của Tungsten Inert Gas (trong tiếng Việt thường gọi là hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ), 

Hàn TIG là một quy trình hàn nóng chảy sử dụng điện cực vonfram không tiêu hao để tạo mối hàn. Vùng hàn được bảo vệ khỏi sự nhiễm bẩn từ khí quyển bởi một loại khí trơ, thường là argon hoặc heli, được dẫn qua mỏ hàn.

Khác với các phương pháp hàn khác, hàn TIG không cần chất trợ dung hoặc các điện cực tiêu hao khác, góp phần tạo nên các mối hàn sạch hơn. Hàn TIG tạo ra các mối hàn sạch, chính xác với lượng bắn tóe tối thiểu, lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi chất lượng mối hàn vượt trội. 

- Vai trò của khí trơ trong hàn TIG

Khí trơ đóng vai trò quan trọng trong hàn TIG bằng cách bảo vệ vùng hàn khỏi quá trình oxy hóa và các chất gây ô nhiễm khác trong khí quyển. Argon, loại khí được sử dụng phổ biến nhất, tạo ra hồ quang ổn định và các mối hàn mịn, sạch.

Mặc dù đắt hơn, khí heli có thể được sử dụng để tăng độ xuyên thấu và tốc độ hàn cao hơn, đặc biệt là với các vật liệu dày hơn. Một số thợ hàn cũng sử dụng hỗn hợp khí argon và heli để cân bằng ưu điểm của cả hai loại khí, đạt được kết quả tối ưu tùy thuộc vào điều kiện hàn.
 

Các thành phần chính của hệ thống TIG:

 

• Nguồn điện hàn: Có thể là dòng một chiều (DC) hoặc xoay chiều (AC).
• Mỏ hàn (Torch): Nơi giữ điện cực Tungsten và dẫn khí bảo vệ.
• Điện cực Tungsten: "Trái tim" tạo ra hồ quang.
• Bình khí bảo vệ: Thường là khí Argon, Heli hoặc hỗn hợp cả hai.
• Que hàn phụ (Filler rod): Được đưa vào bằng tay để đắp thêm vào mối hàn (nếu cần).

 

Nguyên lý hoạt động của hàn TIG

Máy hàn TIG hoạt động bằng cách tạo ra một hồ quang giữa điện cực vonfram và vật hàn. Hồ quang này tạo ra nhiệt lượng lớn, làm tan chảy kim loại và tạo thành vũng hàn. Người thợ hàn có thể kiểm soát chính xác chiều dài hồ quang, lượng nhiệt đầu vào và lượng kim loại phụ được sử dụng để đạt được mối hàn chất lượng cao.

Đặc tính không tiêu hao của điện cực vonfram có nghĩa là người thợ hàn không cần phải thay thế điện cực trong suốt quá trình hàn, không giống như các quy trình hàn sử dụng điện cực tiêu hao như hàn MIG.
 

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hàn TIG

Chất lượng của mối hàn TIG được quyết định bởi các yếu tố như hình dạng mối hàn, độ xuyên thấu và sự vắng mặt của các khuyết tật như rỗ khí, nứt hoặc lõm. Hàn TIG nổi tiếng với việc tạo ra các mối hàn chất lượng cao, đẹp mắt và hầu như không cần làm sạch sau hàn. Kỹ thuật đúng, cài đặt thiết bị và chuẩn bị mối nối đều góp phần vào chất lượng tổng thể của mối hàn.

- Dòng điện hàn:

Dòng điện hàn ảnh hưởng trực tiếp đến độ xuyên thấu và lượng nhiệt tỏa ra. Dòng điện quá lớn có thể dẫn đến cháy xuyên, trong khi dòng điện quá nhỏ có thể dẫn đến sự kết dính không đủ.

- Tốc độ dòng khí:

Tốc độ dòng khí bảo vệ phải được kiểm soát cẩn thận để bảo vệ vũng hàn. Tốc độ dòng quá cao có thể gây nhiễu loạn, dẫn đến nhiễm bẩn, trong khi tốc độ quá thấp có thể dẫn đến khả năng bảo vệ không đủ.

- Loại và kích thước điện cực:

Loại và kích thước điện cực vonfram phải phù hợp với vật liệu và mức dòng điện. Sử dụng điện cực không phù hợp có thể dẫn đến sự không ổn định của hồ quang và chất lượng mối hàn kém.

- Độ sạch của vật liệu:

Vật liệu sạch, không lẫn tạp chất, oxit hoặc lớp phủ là yếu tố thiết yếu để hàn TIG chất lượng cao. Ngay cả một lượng nhỏ tạp chất cũng có thể dẫn đến các khuyết tật mối hàn, đòi hỏi phải làm lại và làm giảm độ bền tổng thể của mối hàn.
 

Các biện pháp an toàn chính khi hàn TIG

An toàn là yếu tố tối quan trọng khi thực hiện hàn TIG. Quá trình này liên quan đến nhiệt độ cao, ánh sáng mạnh và việc sử dụng khí, tất cả đều tiềm ẩn những nguy hiểm. Tuân thủ đúng các quy trình an toàn không chỉ bảo vệ người thợ hàn mà còn đảm bảo chất lượng và tính toàn vẹn của quá trình hàn.
 

• Luôn trang bị đồ bảo hộ: Luôn luôn trang bị đồ bảo hộ cá nhân (PPE) phù hợp, bao gồm mũ hàn có kính chắn sáng thích hợp để bảo vệ mắt khỏi ánh sáng hồ quang mạnh, găng tay để bảo vệ tay khỏi nhiệt và tia lửa, và quần áo chống cháy để tránh bị bỏng.
• Đảm bảo thông gió tốt: Hàn TIG tạo ra khói có thể gây hại nếu hít phải. Hãy làm việc ở khu vực thông gió tốt hoặc sử dụng hệ thống hút khói. Nếu làm việc trong không gian kín, hãy cân nhắc sử dụng mặt nạ phòng độc để bảo vệ khỏi các khí độc hại.
• Kiểm tra thiết bị thường xuyên: Kiểm tra thiết bị hàn trước mỗi lần sử dụng để đảm bảo dây cáp, các mối nối và đường dẫn khí hoạt động tốt. Thiết bị hỏng hóc không chỉ ảnh hưởng đến an toàn mà còn ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn.
• Xử lý bình khí an toàn: Bình khí bảo vệ phải được xử lý cẩn thận, bảo quản ở tư thế thẳng đứng và được cố định để tránh bị đổ. Đảm bảo rằng bộ điều chỉnh áp suất được lắp đúng cách và luôn tắt nguồn cung cấp khí khi không sử dụng.
• Tránh bị điện giật: Hãy đảm bảo máy hàn được nối đất đúng cách và tránh tiếp xúc với các bộ phận điện đang hoạt động. Độ ẩm có thể làm tăng nguy cơ bị điện giật, vì vậy hãy giữ khu vực làm việc khô ráo.

 

Vật liệu được sử dụng trong hàn TIG

Các vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong hàn TIG là thép không gỉ, nhôm và hợp kim niken. Hàn TIG lý tưởng cho việc hàn các kim loại mỏng – ví dụ như các tấm có độ dày dưới 4 mm.

Các kim loại khác có thể hàn bằng phương pháp TIG bao gồm gang, đồng và magie, tuy nhiên bạn sẽ phải tính đến các công đoạn bổ sung như làm nóng trước, sử dụng khí heli thay vì argon hoặc làm sạch trước.
 

Ưu điểm của hàn TIG

 

• Hàn TIG rất sạch, ít bắn tóe, khói, tia lửa hoặc hơi độc hơn so với các kỹ thuật hàn khác. Do đó, hàn TIG yêu cầu làm sạch hoặc hoàn thiện tối thiểu , giúp tiết kiệm thời gian và tiền bạc.
• Khả năng thực hiện nhiều tư thế hàn khác nhau: hàn đứng, hàn ngang, hàn trên cao.
• Khả năng hàn các kim loại mỏng.
• Kiểm soát hồ quang và vũng hàn (hay 'vũng') vượt trội, mang lại các mối hàn sạch sẽ và đẹp mắt.
• Mối hàn TIG có độ dẻo cao (ít giòn), chắc chắn hơn và khả năng chống ăn mòn tốt hơn so với các loại mối hàn khác.
• Lượng khói tối thiểu và khí bảo vệ không màu giúp bạn dễ dàng quan sát phôi trong quá trình hàn.

 

Nhược điểm của hàn TIG

 

• Hàn TIG đòi hỏi kỹ năng cao. Ví dụ, khi đưa que hàn vào vũng hàn, thợ hàn TIG phải dùng cả hai tay, nghĩa là việc điều chỉnh nhiệt độ được thực hiện bằng bàn đạp chân. Với hàn MIG, dây hàn được tự động đưa ra từ mỏ hàn. (Hầu hết thợ hàn thường bắt đầu với nghề hàn MIG rồi chuyển sang hàn TIG.)
• Quá trình này thường chậm hơn so với các quy trình hàn khác, ngay cả đối với những thợ hàn TIG lành nghề.
• Phải loại bỏ hoàn toàn rỉ sét khỏi vật liệu trước khi hàn.
• Hàn TIG không phù hợp với vật liệu quá dày.
• Việc duy trì luồng khí liên tục trên vũng hàn là vô cùng quan trọng. Vì lý do này, hàn TIG có thể rất khó khăn nếu không được thực hiện trong môi trường được kiểm soát (không có gió).
• Máy hàn TIG đắt hơn máy hàn que thông thường.

Các loại dòng điện trong hàn TIG

Việc lựa chọn dòng điện phụ thuộc hoàn toàn vào loại vật liệu bạn đang xử lý:

- Hàn TIG DC (Dòng một chiều)

Đây là chế độ phổ biến nhất, thường dùng cho thép carbon, thép không gỉ (Inox), đồng.

DCEN (Cực âm điện cực): Điện cực nối với cực âm, vật hàn nối cực dương. Khoảng 70% nhiệt lượng tập trung vào vật hàn, giúp độ thấu sâu tốt và bảo vệ điện cực không bị quá nhiệt.

- Hàn TIG AC (Dòng xoay chiều)

Đây là "vũ khí" bắt buộc khi hàn Nhôm và Magie.

• Nhôm luôn có một lớp oxit (Al₂O₃) bao phủ bề mặt với điểm nóng chảy cực cao (khoảng 2000°C), trong khi nhôm bên trong nóng chảy ở 660°C.
• Chu kỳ dương của dòng AC giúp "đánh tan" lớp oxit này (tính năng làm sạch), trong khi chu kỳ âm giúp thấu sâu vào kim loại.

 

Các kỹ thuật chính trong hàn TIG

 

• Chiều dài hồ quang: Duy trì chiều dài hồ quang chính xác giữa điện cực vonfram và phôi là rất quan trọng. Nếu quá gần, bạn có nguy cơ làm nhiễm bẩn vonfram và gây ra các khuyết tật mối hàn; nếu quá xa, hồ quang sẽ trở nên không ổn định, dẫn đến mối hàn yếu.
• Tốc độ di chuyển: Tốc độ di chuyển ổn định đảm bảo phân bố nhiệt đều, điều này rất quan trọng đối với độ xuyên thấu của mối hàn và hình dạng mối hàn. Tốc độ di chuyển không đều có thể khiến mối hàn không đồng nhất, dẫn đến các điểm yếu tiềm ẩn trong mối hàn.
• Góc mỏ hàn: Giữ mỏ hàn ở góc thích hợp (thường là 15-20 độ so với phương thẳng đứng) giúp quan sát rõ hơn vũng hàn và kiểm soát tốt hơn kim loại nóng chảy. Góc này cần được điều chỉnh tùy thuộc vào vị trí và loại mối hàn.
• Ứng dụng que hàn: Que hàn được thêm vào vũng hàn bằng tay, và việc ứng dụng nó đòi hỏi thời gian và vị trí chính xác. Quá nhiều que hàn có thể dẫn đến sự tích tụ quá mức, trong khi quá ít có thể dẫn đến mối hàn yếu.

 

Quy trình thực hiện một mối hàn TIG chuẩn

 

1. Vệ sinh: Dùng bàn chải inox hoặc dung dịch tẩy rửa để làm sạch bề mặt kim loại.
2. Mài điện cực: Mài đầu Tungsten nhọn như đầu bút chì cho dòng DC, hoặc hơi tù cho dòng AC.
3. Thiết lập thông số: Chọn dòng điện (A), lưu lượng khí (thường từ 5-10 lít/phút).
4. Tư thế hàn: Giữ mỏ hàn nghiêng một góc khoảng 70-80 độ so với bề mặt, que bù nghiêng khoảng 15-20 độ.
5. Kết thúc: Sau khi tắt hồ quang, hãy giữ mỏ hàn tại chỗ thêm vài giây để khí bảo vệ tiếp tục che phủ mối hàn cho đến khi nó nguội bớt (chế độ Post-flow).

 

Ứng dụng của hàn TIG

Hàn TIG được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm hàng không vũ trụ, ô tô, sản xuất và nghệ thuật. Độ chính xác và khả năng hàn các vật liệu mỏng khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi mối hàn chất lượng cao và đẹp mắt.

- Hàng không vũ trụ:

Hàn TIG rất quan trọng trong các ứng dụng hàng không vũ trụ, nơi chất lượng và độ tin cậy của mối hàn là tối quan trọng. Phương pháp này được sử dụng để hàn các bộ phận bằng nhôm và titan, cả hai đều thường được tìm thấy trong cấu trúc máy bay.

- Ngành công nghiệp ô tô:

Trong ngành công nghiệp ô tô, hàn TIG được sử dụng cho hệ thống ống xả, khung xe và các bộ phận xe chế tạo riêng. Độ chính xác của nó cho phép tạo ra các mối hàn sạch trên vật liệu mỏng mà không có nguy cơ bị cháy xuyên.

- Sản xuất:

Hàn TIG rất phổ biến trong sản xuất các thiết bị chính xác, nơi chất lượng mối hàn ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất sản phẩm. Từ thiết bị chế biến thực phẩm đến bồn chứa hóa chất, hàn TIG rất cần thiết để tạo ra các mối hàn bền chắc và chống ăn mòn.

- Nghệ thuật và Điêu khắc:

Các nghệ sĩ và nhà điêu khắc thường sử dụng hàn TIG để tạo ra các tác phẩm điêu khắc kim loại phức tạp. Khả năng hàn mà không để lại quá nhiều tia lửa bắn ra hoặc xỉ hàn khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho nghệ thuật kim loại.

- Điện tử:

Độ chính xác của hàn TIG là vô cùng quan trọng trong ngành công nghiệp điện tử để nối các linh kiện nhỏ với độ biến dạng nhiệt tối thiểu. Nó thường được sử dụng trong sản xuất các bộ pin, vỏ thiết bị điện và vỏ cảm biến.
 

So sánh Công nghệ Hàn TIG và Hàn MIG

 

Dù thường bị nhầm lẫn, hàn TIG và hàn MIG là hai quy trình riêng biệt với những ứng dụng đặc thù dựa trên độ dày vật liệu và yêu cầu thành phẩm:
 

- Hàn TIG (Tungsten Inert Gas):

 

• Thế mạnh: Kiểm soát nhiệt lượng cực tốt, bảo toàn cấu trúc vi mô của kim loại.
• Ứng dụng: Lý tưởng cho các vật liệu mỏng, các loại ống đòi hỏi độ chính xác cao.
• Thẩm mỹ: Đây là "ông vua" về độ đẹp. Hàn TIG gần như không gây bắn tóe, mối hàn sạch và chỉ cần xử lý bề mặt nhẹ nhàng. Rất phù hợp cho nhôm hoặc thép không gỉ khi cần để trần bề mặt (không sơn phủ).

 

- Hàn MIG (Metal Inert Gas):

 

• Thế mạnh: Tốc độ hàn nhanh, chi phí vận hành thấp và dễ triển khai ở quy mô lớn.
• Ứng dụng: Ưu tiên cho các vật liệu có độ dày lớn và các dây chuyền sản xuất hàng loạt (như hàn điểm).

Bảng so sánh:
 

Đặc điểm	Hàn TIG	Hàn MIG
Độ dày vật liệu	Ưu tiên vật liệu mỏng	Ưu tiên vật liệu dày
Tính thẩm mỹ	Rất cao, ít biến dạng	Trung bình, dễ bắn tóe
Tốc độ & Chi phí	Chậm hơn, chi phí cao hơn	Nhanh, phù hợp sản xuất hàng loạt

 

Tổng kết

Hàn TIG vẫn là một trong những quy trình hàn linh hoạt và chất lượng cao nhất hiện nay. Từ độ chính xác và mối hàn sạch đến ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, hàn TIG tiếp tục là công cụ thiết yếu cho các nhà sản xuất, nghệ sĩ và kỹ sư. Cho dù bạn mới bắt đầu học hàn hay muốn trau dồi kỹ năng, việc hiểu rõ những điểm phức tạp của hàn TIG có thể mở ra vô số cơ hội trong lĩnh vực chế tạo kim loại.

Bài viết liên quan:

• Hàn MIG là gì và được sử dụng để làm gì?
• Hàn MAG là gì? Ưu điểm nổi bật của hàn MAG
• Tổng quan về gia công thiết kế khuôn dập nguội