Kỹ thuật hàn mới giúp ô tô nhẹ và an toàn hơn

Các nhà sản xuất,ỹthuậthànmớigiúpôtônhẹvàantoànhơlich bong đa đặc biệt là trong ngành công nghiệp ô tô, khi tiếp tục nghiên cứu hướng tới tích hợp các kim loại nhẹ như nhôm với loại thép nặng hơn, đã gặp phải vấn đề hết sức nan giải, đó là làm thế nào để hàn chúng lại với nhau một cách thành công. Bởi mức nhiệt độ cao được tạo ra trong quá trình hàn làm suy yếu các kim loại nhẹ hơn, dẫn đến một mối hàn chưa thật sự tối ưu.

Với kỹ thuật hàn mới này, những chiếc xe ô tô có thể sẽ sớm trở nên nhẹ và chắc chắn hơn.

Sau 10 năm nghiên cứu, các kỹ sư tại Đại học bang Ohio đã phát triển một kỹ thuật hàn mới có thể giúp giải quyết được vấn đề trên, và có thể chỉ sử dụng năng lượng ít hơn 80%, tạo ra các mối hàn chắc chắn hơn đến 50%.

Glenn Daehn, Giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu tại bang Ohio, người đã giúp phát triển kỹ thuật mới này cho biết: "Với phương pháp của chúng tôi, các vật liệu được định hình và liên kết với nhau cùng một lúc và chúng thực sự trở nên chắc chắn hơn".

Glenn Daehn - Giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu tại bang Ohio.

Kỹ thuật hàn truyền thống hoạt động bằng cách truyền một dòng điện đi qua các mẫu kim loại với việc sử dụng điện trở tự nhiên trong các kim loại đó. Điều này tạo ra nhiệt làm cho chúng tan chảy, dính lại với nhau để tạo thành một mối hàn. Quá trình này tiêu tốn rất nhiều năng lượng và phần kim loại bị tan chảy trở nên yếu hơn so với trước đó.

Điều mà Giáo sư Daehn và nhóm của ông đã nghiên cứu là tạo ra một phương pháp mới hàn (được gọi VFA – tạm gọi là hàn bốc hơi lá kim loại), sử dụng các xung điện ngắn có điện áp cao (kéo dài chỉ một phần triệu của một giây) được truyền qua một lá nhôm và bắn ra luồng khí nóng ở tốc độ gần hàng ngàn dặm trên mỗi giờ, để liên kết các nguyên tử của một mẫu kim loại với nguyên tử của mẫu kim loại khác.

Vì hai mẫu kim loại khác nhau được gắn kết với nhau nhưng không tan chảy, nên không có mẫu kim loại nào bị làm suy yếu và kết quả là đường nối giữa chúng trở nên chắc chắn hơn.

Một sơ đồ của quá trình hàn VFA.

Sự tiết kiệm năng lượng của kỹ thuật mới trên là do các xung điện quá ngắn, và năng lượng cần thiết để làm bốc hơi lá kim loại cũng ít hơn so với mức năng lượng cần thiết để làm tan dính các phần kim loại với nhau trong quá trình hàn truyền thống.

Daehn và nhóm của ông đã sử dụng quá trình trên để hàn thành công các kim loại khác nhau như đồng, nhôm, magiê, sắt, niken và titan. Họ đã tạo ra các liên kết mạnh giữa các hợp kim thép và nhôm thương mại - một kỳ tích mà trước nay chưa ai có thể tạo ra. Kỹ thuật hàn VFA rõ ràng là cũng có khả năng định hình các bộ phận kim loại trong quá trình hàn, điều này giúp các nhà sản xuất có thể giảm bớt một bước bổ sung khác.

Hình ảnh vi mô về một mối hàn hợp kim thép và nhôm, được thực hiện bằng cách sử dụng quá trình hàn VFA.

Năm 2012, Honda công bố rằng họ đã tạo ra một kết quả tương tự, hàn nhôm với thép nhờ sử dụng một biến thể của quá trình được gọi là hàn ma sát (FSW). Thay vì dùng nhiệt độ cao và khí đốt đối với một yếu tố thứ ba như là lá nhôm trong quá trình hàn VFA, thì hàn FSW lại sử dụng nhiệt, ma sát và áp lực đối với một yếu tố thứ ba để kết hợp hai kim loại với nhau.

Giống như hàn VFA, FSW cũng sử dụng ít năng lượng hơn và tạo ra một mối gắn kết đã được chứng minh là chắc hơn so với mối gắn kết được tạo ra bằng quá trình hàn truyền thống. Sau đó, các biến thể của FSW đã được Lincoln, Mazda và Audi sử dụng.