Công ty FuseRing đã giới thiệu công nghệ hàn ma sát cảm ứng nhiệt.

Một nhân viên (thuộc công ty SORSYS) đang trình bày công nghệ FuseRing hàn ma sát cảm ứng nhiệt, trên ống có đường kính ngoài 114 mm.

Vào ngày 25/10/2024, Công ty SORSYS Technologies có trụ sở tại thành phố Brampton, (tỉnh Ontario, Canada), đã tổ chức một buổi trình bày công nghệ FuseRing hàn ma sát cảm ứng nhiệt của công ty trên vật liệu ống và thanh. Những người tham dự bao gồm đại diện của chính phủ liên bang, các hiệp hội địa phương, các trường cao đẳng, ngành công nghiệp hạt nhân và ngành công nghiệp hàng không vũ trụ. Giáo sư khoa Kỹ thuật cơ khí và Cơ điện tử tại Đại học Waterloo và Giám đốc Trung tâm Ghép nối Vật liệu tiên tiến của trường đại học, ông Adrian Gerlich đã trình bày kết quả từ các nghiên cứu mà nhóm của ông đã thực hiện trên các bộ phận được ghép nối bằng công nghệ này (ông cũng đã trình bày những phát hiện này tại công ty FABTECH ở thành phố Orlando, Florida, Mỹ, vào giữa tháng 10/2024).

Đó là một khoảnh khắc quan trọng đối với công nghệ hàn ma sát cảm ứng nhiệt – mặc dù về mặt lý thuyết đã được nhiều chuyên gia công nhận là hợp lý, nhưng cho đến bây giờ vẫn chưa có bằng chứng nào về công nghệ này được trình bày.

Tổng hợp thể rắn

Ông Paul Cheng – Giám đốc công ty FuseRing, đã hợp tác với công ty SORSYS Technologies vào năm 2022, để xây dựng các mô hình trình bày công nghệ. Công ty SORSYS được thành lập bởi các kỹ sư Saman Sahraei, Saeid Khosravani và Peyman Eskandari, họ quyết định tạo lập một doanh nghiệp tập trung vào việc tạo ra các hệ thống công nghiệp tự động, có thể ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của công ty.

Buổi trình bày công nghệ FuseRing đã cho thấy một mô hình có thể làm nóng vật liệu chỉ trong 2 giây, nhưng có thể thay đổi nhiệt độ cài đặt, cũng như áp suất và góc của vật liệu.

Kỹ thuật hàn FuseRing sử dụng phản ứng vật liệu rắn tổng hợp để nối các đoạn ống. Nhà phát minh quy trình hàn, người Canada – ông David Lingnau, đã mô tả đây là quy trình “spinduction” – kết hợp nhiệt cảm ứng và động năng để nối hai phôi, mà không cần kim loại phụ hoặc chuyển đổi pha rắn sang lỏng. Về cơ bản, quy trình này bao gồm việc sử dụng cuộn dây gia nhiệt cảm ứng để làm nóng trước các đầu của hai ống hoặc ống dẫn. Sau đó, kỹ thuật viên sẽ thu cuộn dây lại và nén các đầu, rồi xoay một trong hai ống.

Quá trình tổng hợp trạng thái rắn truyền thống có một hạn chế – một bộ phận phải xoay, do đó hạn chế việc nối các đường ống với van hoặc bất kỳ đoạn nào không tuyến tính, hoặc bất kỳ bộ phận nào khó xoay trong thực tế. Đây chính là nơi mà kỹ thuật hàn FuseRing mang lại giá trị.

Công nghệ này đóng vai trò là trung gian giữa hai vật thể không xoay được; một vòng ghép nối cùng vật liệu với ống chủ được ghép nối đặt giữa hai phần. Thiết bị được thiết kế để làm nóng vòng ghép nối này và xoay nó, “ép” giữa hai phần không xoay được. Điều này cho phép toàn bộ đoạn ống được ghép nối bằng một cấu trúc hợp nhất.

Kỹ thuật hàn FuseRing không sử dụng vật liệu trung gian và không tạo ra khói hoặc bụi

Ông Paul đã quảng bá kỹ thuật hàn FuseRing tại các hội nghị ở Canada và Mỹ trong nhiều năm qua, ông đã nói rằng: “Toàn bộ quá trình hàn chỉ mất chưa đầy 60 giây”.

Kết quả hàn ống

Máy hàn mà công ty SORSYS chế tạo, để nối các ống có đường kính ngoài từ 101 đến 152 mm. Buổi trình bày công nghệ diễn ra vào tháng 10/2024 là ống thép carbon có đường kính ngoài 114 mm.

Hình ảnh khớp nối hoàn thiện sau quy trình hàn

Giáo sư Adrian lưu ý rằng, không giống như hàn ma sát tiêu chuẩn, công nghệ này chỉ cần xoay nhẹ vật liệu và ít lực hơn, nghĩa là biến dạng của cấu hình ít hơn và có khả năng giảm khi đưa vát vào ống. Nó cũng tránh được hiện tượng lóe sáng của hàn ma sát.

Quan trọng hơn, Giáo ưu cho biết sự biến dạng diễn ra trong quá trình hàn đã tinh chỉnh cấu trúc vật liệu tại nơi các mặt cắt gặp nhau, là nhờ vào quá trình hàn được kiểm soát tốt.

Giáo sư Adrian nói rằng: “Không có bằng chứng nào về martensite (1) trong vùng hàn. Độ cứng nằm trong phạm vi cho phép và các thử nghiệm về độ bền kéo chứng minh rằng đường ống bị nứt ở vật liệu nền, chứng minh độ bền của mối nối.”
(1) Martensite: là một loại cấu trúc tinh thể của thép vô cùng cứng và bền.

Ứng dụng lắp ráp thanh nhiên liệu

Ứng dụng thứ hai của công nghệ hàn FuseRing là nối một ống với thanh vật liệu – một quy trình lý tưởng cho các bó thanh nhiên liệu hạt nhân (2). Trong trường hợp này, quá trình gia nhiệt cảm ứng diễn ra trên thanh, sau đó thanh được nhúng vào ống. Ống và thanh được sử dụng trong buổi trình bày là hợp kim zirconium (Zr4), và ống có đường kính ngoài là 12 mm và độ dày thành ống là 0,5 mm. Thanh, hoặc pít-tông, được quay để cắt và nối với ống, quá trình hàn nối diễn ra xung quanh đường chu vi của mặt cắt vật liệu.
(2) Bó thanh nhiên liệu hạt nhân (nuclear fuel rod assemblies): Cấu trúc của bó bao gồm hàng chục thanh nhiên liệu được đưa vào lõi lò phản ứng hạt nhân. Mỗi loại lò phản ứng có một loại bó nhiên liệu riêng. Nhìn chung, đó là một bó gồm hàng chục thanh nhiên liệu dài vài mét. Mỗi thanh bao gồm một ống bọc chứa các viên nhiên liệu. Bó nhiên liệu thường bao gồm các thanh điều khiển hoặc các đường luồng để chúng di chuyển. Sự sắp xếp các thanh nhiên liệu trong bó nhiên liệu, cho phép chất làm mát chảy qua. Mỗi cụm nhiên liệu được đưa vào một vị trí được chỉ định trong lõi. Khi hết vòng đời trong lò phản ứng, toàn bộ bó được tháo ra và xử lý như nhiên liệu đã qua sử dụng.

Theo Giáo sư Adrian, công ty SORSYS đã tiến hành khoảng 100 cuộc thử nghiệm hàn khác nhau để tìm ra bối cảnh lý tưởng cho quy trình hàn này.

Giáo sư Adrian nói rằng: “Tất cả các vết nứt đều xảy ra ở kim loại cơ bản. Và pít tông có tác động đến mối hàn. Ứng suất cực đại chuyển sang chính vật liệu ống. Trong vùng liên kết, biến dạng đẩy ra khỏi vật liệu thanh và oxit còn lại kết thúc ở bên ngoài vật liệu ống, vì thế có thể cắt bỏ. Trong vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt, các kim loại liên kết hạt khá mịn và sự phân bố độ cứng vi mô khá đồng đều.”

Thị trường mục tiêu

Ông Paul lưu ý rằng có nhiều loại vật liệu khác nhau phù hợp với hình thức hàn này và ông tập trung vào việc quảng bá nó đến các ngành công nghiệp đang phải vật lộn với hạn chế về thời gian và lo ngại về độ an toàn, chẳng hạn như các đường ống, nhà máy lọc dầu, nhà máy hạt nhân, nhà máy đóng tàu và tàu ngầm.

Buổi trình bày công nghệ hàn diễn ra vào cuối tháng 10/2024 là buổi đầu tiên cho thị trường Canada, ông Paul đang lên kế hoạch tổ chức buổi trình bày thứ hai cho khách hàng quốc tế.

Ông Paul nói rằng: “Điều quan trọng về công nghệ hàn này là không yêu cầu xử lý hậu kỳ. Nếu có một thùng chứa nhiên liệu đã qua sử dụng cho ngành công nghiệp hạt nhân, họ sẽ xử lý bên trong mối hàn đó như thế nào? Đây là câu trả lời cho vấn đề đó. Nhiệt trong quá trình hàn chỉ kéo dài vài milimét, vì vậy bên trong thùng chứa vẫn gần như ở nhiệt độ phòng”.

Việc thử nghiệm sẽ tiếp tục thực hiện trên các vật liệu như nhôm với nhôm.

Ứng dụng thứ hai của công nghệ này là nối ống với thanh vật liệu – một quy trình lý tưởng cho các bó thanh nhiên liệu hạt nhân

Để xem các tin bài khác về “Công nghệ hàn”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Canadian Metalworking