Hàn hóa nhiệt là phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong hệ thống tiếp địa chống sét, tiếp địa an toàn điện, nối đất, và một số ứng dụng công nghiệp khác tại Việt Nam.
Thuốc hàn hóa nhiệt và khuôn hàn hóa nhiệt là hai vật tư quan trọng nhất trong phương pháp hàn hóa nhiệt (hay còn gọi là hàn nhiệt nhôm, exothermic welding, Cadweld).
1. Hàn hóa nhiệt là gì?
Hàn hóa nhiệt là phương pháp kết nối kim loại (chủ yếu là đồng với đồng, đồng với thép) bằng phản ứng hóa học tỏa nhiệt mạnh (phản ứng nhiệt nhôm – aluminothermic reaction).
Khi kích hoạt, thuốc hàn hóa nhiệt phản ứng trong khuôn kín, sinh ra nhiệt độ cực cao khoảng 2500–3000°C chỉ trong vài giây. Nhiệt này làm nóng chảy kim loại trong thuốc, tạo ra đồng lỏng (molten copper) chảy vào khoang khuôn và liên kết các vật liệu với nhau ở mức độ phân tử.
Kết quả là một mối hàn vĩnh cửu, dẫn điện rất tốt, không bị ăn mòn, oxy hóa hay lỏng lẻo theo thời gian như các mối nối cơ khí (bulong, kẹp).
Ưu điểm nổi bật:
- Độ bền cao (tuổi thọ mối hàn thường lớn hơn tuổi thọ của dây/cọc).
- Điện trở tiếp xúc rất thấp, gần như bằng điện trở của kim loại nguyên khối.
- Chịu được dòng sét lớn mà không bị hỏng.
- Không cần nguồn điện hay khí gas bên ngoài.
- Mối hàn đẹp, chắc chắn.
Nhược điểm: Chi phí ban đầu cao hơn so với nối cơ khí, cần kỹ thuật viên có kinh nghiệm.
2. Thuốc hàn hóa nhiệt (Exothermic Welding Powder / Weld Metal)
Thuốc hàn hóa nhiệt là hỗn hợp bột chính gồm:
- Ôxít đồng (Copper Oxide).
- Bột nhôm (Aluminium Powder).
- Một số chất phụ gia và bột khởi đầu (starting powder) để dễ đánh lửa.
Khi phản ứng xảy ra:
- Nhôm khử ôxít đồng → tạo ra đồng lỏng + xỉ nhôm oxit (Al₂O₃).
- Nhiệt tỏa ra rất lớn, làm nóng chảy đồng để đổ vào khuôn.
Các loại thuốc phổ biến trên thị trường Việt Nam:
- 115g (thường dùng cho cáp 70–95–120 mm², cọc tiếp địa φ16–φ25).
- 90g, 95g, 150g (tùy kích thước mối hàn).
- Thương hiệu nổi tiếng: Goldweld, Leeweld (Thái Lan), Exoweld (Hàn Quốc), Kumwell, và một số loại sản xuất trong nước.
Mỗi lọ thuốc thường dùng cho 1 mối hàn. Phải chọn đúng trọng lượng thuốc phù hợp với kích thước cáp và loại khuôn để tránh thừa/thiếu, gây mối hàn không đẹp hoặc lãng phí.
Lưu ý khi sử dụng:
- Bảo quản nơi khô ráo, tránh ẩm (thuốc bị ẩm sẽ phản ứng kém hoặc nguy hiểm).
- Có bột khởi đầu riêng (thường màu đỏ hoặc nằm ở nắp) để dễ đánh lửa bằng súng hàn (flint igniter).
3. Các loại khuôn hàn hóa nhiệt Goldweld phổ biến
Goldweld có rất nhiều mã khuôn phù hợp với từng kiểu mối hàn. Mã khuôn thường được ký hiệu theo kiểu kết nối và kích thước vật liệu.
a. Khuôn chữ T (CR2-N series) – Phổ biến nhất Dùng để nối cọc tiếp địa với cáp đồng trần (kiểu chữ T: 1 ngã cọc + 2 ngã cáp hoặc biến thể).
Một số mã thông dụng:
- CR2-N-1650: Hàn cáp 50mm² + cọc φ16 (5/8″). Thuốc thường dùng: 90g hoặc 115g.
- CR2-N-1670: Hàn cáp 70mm² + cọc φ16–φ18.
- CR2-N-1695: Hàn cáp 95mm² + cọc φ16–φ18.
- CR2-N-1610, CR2-N-1625: Dùng cho cáp nhỏ hơn.
- Các mã khác: CR2-N-… cho nhiều kích thước cáp và cọc (φ14, φ20, φ25…).
b. Khuôn nối cáp – cáp
- CC1-N series: Nối thẳng (inline), nối song song, nối chữ U hoặc chữ X.
- Ví dụ: CC1-N-7070 (cáp 70mm² với cáp 70mm² nối thẳng).
c. Các loại khuôn đặc biệt
- BR2 series: Hàn băng đồng/thép với cọc tiếp địa.
- Khuôn nối nhiều ngả (3–4 cáp), khuôn cho băng đồng busbar, khuôn nối cáp với mặt bích, ống thép…
- Khuôn ngang, khuôn dọc, khuôn cho cọc đồng hoặc cọc thép mạ.
Mỗi khuôn được thiết kế riêng cho từng kích thước cáp/cọc để đảm bảo lượng đồng lỏng vừa đủ, mối hàn đẹp và dẫn điện tối ưu.
3. Ưu điểm khi sử dụng khuôn hàn Goldweld
- Mối hàn vĩnh cửu, dẫn điện gần như kim loại nguyên khối, điện trở rất thấp.
- Chịu được dòng sét lớn (hàng trăm kA) mà không bị hỏng.
- Không bị ăn mòn, oxy hóa trong môi trường đất ẩm, hóa chất.
- Tiết kiệm chi phí dài hạn vì không phải bảo trì mối nối như kẹp cơ khí.
- Phù hợp tiêu chuẩn kỹ thuật chống sét tại Việt Nam (TCVN, IEC).
4. Cách sử dụng và bảo quản khuôn Goldweld
Quy trình sử dụng cơ bản (kết hợp với thuốc hàn Goldweld):
- Làm sạch bề mặt cáp và cọc bằng bàn chải sắt đến sáng kim.
- Lắp cáp/cọc vào khoang khuôn chữ T (hoặc kiểu khác), chít kín khe bằng đất sét nếu cần.
- Đặt đĩa ngăn (steel disk) nếu khuôn yêu cầu.
- Đổ thuốc hàn đúng lượng vào phần crucible, rắc bột khởi đầu.
- Đóng nắp, kẹp chặt bằng tay kẹp.
- Đánh lửa bằng súng hàn (flint gun).
- Chờ phản ứng hoàn tất (5–10 giây), để nguội 1–2 phút.
- Mở khuôn, gõ bỏ xỉ, làm sạch mối hàn.
Bảo quản khuôn để tăng tuổi thọ:
- Sau mỗi lần hàn: Làm sạch xỉ ngay khi khuôn còn ấm bằng bàn chải lông mềm (không dùng bàn chải sắt cứng để tránh làm xước than chì).
- Để nguội tự nhiên, không dội nước lạnh.
- Bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát, tránh va đập mạnh, tránh ẩm ướt.
- Nếu khuôn bị ẩm: Sấy khô bằng đèn khò trước khi dùng.
- Tránh để khuôn gần hóa chất ăn mòn.
Tuổi thọ khuôn giảm nhanh nếu không vệ sinh đúng cách hoặc va đập mạnh.
5. Lưu ý khi mua và sử dụng
- Phải chọn khuôn khớp với kích thước cáp/cọc và loại thuốc hàn (ví dụ: khuôn CR2-N-1650 thường dùng thuốc 90g hoặc 115g tùy khuyến cáo của nhà sản xuất).
- Nên mua bộ đầy đủ (khuôn + tay kẹp + thuốc) từ nhà phân phối uy tín để đảm bảo chính hãng.
- Goldweld là lựa chọn phổ biến cho các công trình tại Việt Nam nhờ giá tốt và dễ thay thế.
Khuôn hàn hóa nhiệt Goldweld góp phần quan trọng giúp mối nối tiếp địa đạt chất lượng cao, đảm bảo an toàn và hiệu quả lâu dài cho hệ thống chống sét.
