Lịch Sử Phát Triển Của Khoa Học Công Nghệ

Dưới góc nhìn của một nhà văn, nhà thơ, nhà soạn kịch nổi tiếng, khi được hỏi “What is history?”, Đại văn hào người Pháp Victor Hugo (1802-1885) trả lời rằng “History is: a echo of the past in the future; a reflex from the future on the past”. Tạm dịch là: “Lịch sử là tiếng vọng của quá khứ trong tương lai; là ánh sáng phản chiếu từ tương lai về quá khứ”. Từ vũ trụ bao la, tới con người nhỏ bé, hết thảy mọi người đều quan tâm và cố gắng tìm về quá khứ, để hiểu rõ được gốc rễ nguồn cội.

Kỷ nguyên số của thiết bị hàn (1980 – nay) [7]:

Từ những năm 1980 cho tới nay, đã có sự thay đổi nhanh chóng về công nghệ, thiết bị, và vật liệu hàn. Các kỹ sư, nhà nghiên cứu liên tục nghiên cứu ra các công thức để chế tạo vật liệu mới nhằm cải thiện đặc tính hồ quang. Các hãng sản xuất liên tục cải tiến công nghệ để đưa ra các thế hệ máy hàn linh hoạt, tiện lợi với người dùng. Hướng tới mục tiêu: an toàn, chất lượng, tiện lợi và linh hoạt. Dưới đây là tóm tắt của DG Welding về một số công nghệ và thiết bị hàn mới nhất của một số hãng máy hàn lớn trên thế giới [7].

Đi cùng với chiều dài lịch sử phát triển của nhân loại, công nghệ và kỹ thuật hàn đã chứng minh được vai trò vô cùng quan trọng trong lĩnh vực sản xuất và đời sống con người. Với yêu cầu ngày càng cao về chất lượng sản phẩm cũng như yêu cầu về môi trường và an toàn…

Các nhà nghiên cứu hiện đã và đang tập trung vào các giải pháp tổng thể và toàn diện hơn, không chỉ riêng về thiết bị, vật liệu, các nghiên cứu cải tiến quá trình sản xuất, giảm thiểu ứng suất biến dạng, tăng độ bền và tuổi thọ của kết cấu, giảm thải tai nạn lao động hay giảm lượng khí thải vào môi trường....

Kết hợp với sự hỗ trợ của công nghệ cao, internet, công nghệ và kỹ thuật hàn sẽ đạt được nhiều thành tựu mới trong tương lai và áp dụng hữu hiệu vào cuộc sống của con người.

Trong ngôn ngữ Hy Lạp cổ, từ “techne” được hiểu là “nghệ thuật”, và nó cũng là gốc của các thuật ngữ liên quan đến “công nghệ” và “kỹ thuật” (đó là Technology và technique). Trong mỹ thuật, những người vẽ tranh là những nghệ sĩ tài ba, họ dùng cây bút vẽ để tạo nên những tác phẩm nghệ thuật và có những tác phẩm trở thành kiệt tác. Cũng vậy, trong lĩnh vực hàn, những nghệ nhân hàn xì được coi là những nghệ sỹ, họ dùng những cây viết là que hàn, là súng hàn, dùng mực viết là kim loại lỏng để vẽ nên các tác phẩm nghệ thuật bằng kim loại vậy.

Cùng nhau, chúng ta sẽ chung tay để môn nghệ thuật hàn đóng góp những giá trị tốt nhất của nó vào cuộc sống, đúng như lời của nhà họa sĩ, bác sĩ, kỹ sư, nhà phát minh… thiên tài người Ý, Leonardo da Vinci từng nói “Nghệ thuật là nữ hoàng của mọi môn khoa học, truyền đạt kiến thức tới mọi thế hệ trên thế giới”.

QUYỀN SỞ HỮU VÀ BẢO MẬT: Báo cáo này căn cứ trên các kết quả thử nghiệm của hãng Lincoln Electric, và được biên tập bởi Double Good JSC – Nhà phân phối sản phẩm và Dịch vụ ủy quyền của Lincoln Electric tại Việt Nam. Không được phép sao chép, lưu chuyển, sử dụng tài liệu này với bất kỳ mục đích nào nếu không được sự cho phép bằng văn bản của Double Good JSC.

Ghi chú: Tính đa dạng trong thiết kế, chế tạo và điều kiện làm việc của các sản phẩm thực tế sẽ ảnh hưởng tới kết quả thực nghiệm. Vì vậy các bên tự cân nhắc và chịu trách nhiệm khi áp dụng các thông tin trong báo cáo này vào công việc của mình.

Thời kỳ ứng dụng (1870 – 1920) [2-3]:

Trong thời kỳ này, các khám phá dần thoát khỏi khuôn khổ của phòng thí nghiệm và ứng dụng dần vào thực tế dưới sự bùng nổ của cách mạng công nghiệp lần 2 (1871-1914). Rất nhiều quá trình hàn, cắt được ra đời và phát triển trong thời kỳ này.

Năm 1881, Nhà nghiên cứu người Pháp Auguste De Meritens làm việc tại một phòng thí nghiệp tài trợ bởi "l'Electricien" - Cabot Laboratory (Cabat), đã sử dụng nhiệt hồ quang để hàn tấm chì cho pin lưu trữ. Sau đó được đăng ký bằng sáng chế số 146010.

Năm 1885, Nikolai N. Benardos (Bernados) và Stanislav Olszewaski (Olszewaski) lấy bằng sáng chế của Anh về hàn hồ quang điện cực cacbon. Cả hai người đều làm dưới sự hướng dẫn của A.De Meritens về ánh sáng hồ quang công nghiệp ở phòng thí nghiệm Cabot (Cabat, Pháp). Cacbon bị oxi hóa ở đầu điện cực cacbon và tạo thành khí CO2 giúp bảo vệ mối hàn.

Họ đã phải sử dụng động cơ hơi nước (động cơ chính) để tạo ra điện. Một cách khác là họ dùng pin nhưng phương pháp này không dùng được lâu do bị ngắn mạch.  Bằng sáng chế cũng được cấp cho các nước láng giềng như: Bỉ, Đức, Thụy điển và Pháp.

Năm 1886, N.N. Benardos cũng nhận bằng sáng chế ở Nga (số 11982) về hồ quang điện sử dụng điện cực cacbon, và sử dụng tên gọi là “Elecktrogefest” hoặc “Electrohephaestus”. Phương pháp hàn và cắt bằng hồ quang có tên gọi là “Electrohefest” là để nhớ lại vị thần lửa và thộ rèn Hephaestus của Hy Lạp.

Cũng thời gian này, Benardos nhận được sự cho phép của chính phủ Nga để tổ chức sản xuất cho “việc sản xuất trong nhà máy sử  dụng quá trình hàn và hàn vảy bằng điện, và cũng sản xuất các thiết bị chiếu sáng điện”. Lò điện cũng được lắp đặt để sản xuất hợp kim nhôm, một bước quan trọng trong sự phát triển ban đầu của ngành công nghiệp nhôm sau này.

Năm 1887, N.N.Benardos và S. Olsze  waki nhận bằng sáng chế của Mỹ cho bộ máy hàn (Số 363320, 17/05). “ống thổi khí” và “mỏ hàn”, sử dụng để hàn khí bằng axetilen và khí hóa lỏng hoặc oxy cũng được phát triển trong thời gian này. Thomas Fletcher đã phát triển ống thổi/ ống dẫn mà có thể sử dụng cho hydro hoặc khí than với Oxy. Ở Anh đã bắt đầu sản xuất thùng, đồ nội thất, sân vườn bằng sắt với quy trình hàn hồ quang điện.

Năm 1888, Benardos/Olczewski nhận bằng sáng chế số 12984 cho hàn hồ quang bằng điện cực Carbon. Ở Nga, để vinh danh Benardos như cha đẻ của kỹ thuật hàn (father of welding), người ta đã cho in hình ông cùng với hình ảnh hàn hồ quang bằng điện cực cacbon lên con tem (Russian stamp).

Năm 1889, Hans Zerner được cấp bằng sáng chế của Đức số 53502.3.12.1889 cho quá trình hàn hai hồ quang bằng điện cực cacbon. Charles L. Cofflin ở Detroil Michigan đã được trao bằng sáng chế đầu tiên của Hòa kỳ số 395878 về quá trình hàn hồ quang điện sử dụng điện cực kim loại.

Đây được coi là ghi nhận đầu tiên về sự nóng chảy kim loại từ điện cực, và thực tế là thông qua hồ quang điện sẽ đốt chảy dây hàn để tạo ra mối hàn. Quá trình sử dụng một điện cực cacbon và một que hàn bù.

Năm 1890, Charles L. Coffin, chủ tịch công ty thép Barrel Corp.,[5] cũng được cấp bằng sáng chế Mỹ số #428459 về quá trình hàn bằng điện cực kim loại, có khả năng thực hiện được trong môi trường có oxy hóa trung bình.

Năm 1892, N.G. Slavianoff đề nghị thay điện cực kim loại trần (bare metallic electrode) để thay thế cho điện cực cacbon của Benardos. Cũng thời gian đó, C.L. Coffin cũng được ghi nhận là giới thiệu điện cực kim loại ở Mỹ, và nó được sử dụng ở Mỹ cho tới năm 1920. Công trình đầu máy Baldwin đã sử dụng phương pháp hàn bằng điện cực cabon (CAW) để bảo trì đầu máy, nhưng các mối hàn lại rất cứng và giòn do cacbon bị bong ra từ điện cực trong quá trình hàn.

Năm 1895, Hands Goldschmidt phát triển quá trình hàn nhiệt nhôm (Aluminothermical welding) và nhận bằng sáng chế số #116400 (1899).

Cũng trong năm 1895, John C. Lincoln sáng lập ra công ty Lincoln Electric (LE) với tổng vốn đầu tư ban đầu là 200.00$, và sản phẩm của công nghệ hàn chính là mô-tơ điện do ông tự thiết kế.

Sau này, tới năm 1907 em trai của John C. Lincoln cũng tham gia vào công ty của ông dưới vai trò của người bán hàng, thì thị trường của LE được mở rộng thêm với sản phẩm là thiết bị sạc pin cho oto điện. Nguồn hàn của LE được chế tạo lần đầu năm 1909 và tới năm 1911 LE giới thiệu máy hàn cầm tay, có điều chỉnh điện áp 1 pha đầu tiên trên thế giới

Năm 1907, Một kỹ sư người Thụy điển tên là Oscar Kjellberg đã phát triển phương pháp hàn dây bằng điện cực có vỏ bọc thuốc (SMAW) và nhận bằng sáng chế (Swedish Patent: 27152, June 29, 1907) cho phương pháp này, ông cũng được biết đến là người sáng lập ra công ty ESAB vào năm 1904 [3].

Lúc đầu, lớp vỏ bọc rất mỏng với mục đích để ổn định hồ quang thay vì hợp kim hóa cho mối hàn. Và nó cho mối hàn có chất lượng tốt hơn một chút so với khi hàn bằng điện cực trần.

Năm 1908, Benardos cũng nhận bằng sáng chế về phương pháp hàn điện sỉ (electroslag) cho tấm dày và hàn bằng 1 đường hàn, và phương pháp này được sử dụng để hàn trong nhiều thập kỷ về sau.

Năm 1912, Kjellberg nhận thêm một bằng sáng chế nữa về hàn bằng điện cực có vỏ bọc thuốc dày có chữa a-mi-ăng (asbestos) và muối Na-tri Silicat (Na2(SiO2)nO), mở rộng phạm vi ứng dụng của phương pháp hàn que (Stick welding) vào thực tế. Công nghệ này sau đó được công  ty đóng tàu Mitsubishi Nagasaki mua bản quyền sử dụng vào năm 1914 bởi ông Ito Kumezo. Mitsubishi là công ty đầu tiên nhập khẩu công nghệ này vào Nhật Bản.

Lúc dầu họ rất thích thú mà với những lợi thế mà công nghệ này đem lại, nhưng dần dần họ nhận thấy cần phải cài tiến về công nghệ, nên tới năm 1918 Nagasaki đã mở ra một phòng thí nghiệm chuyên nghiên cứu về hàn hồ quang ở Jikkenba. Sau đó, nhận thấy sự quan trọng trong việc nghiên cứu và kết nối cộng đồng, tiến sĩ Kanamori Masao đã khởi sướng cho sự thành lập hiệp hội hàn Nhật Bản (The Japan Welding Society) vào năm 1926.

Các quá trình hàn mới được phát triển này được áp dụng chậm rãi trong công nghiệp (chủ yếu là hàn sửa chữa), cho tới khi thế chiến thứ nhất (1914-1918) xảy ra, nhu cầu về việc đóng tàu chiến và tàu vận tải phục vụ cho chiến tranh ngày càng cao thúc đẩy cải tiến các phương pháp sản xuất.

Tới cuối thời kỳ của cuộc chiến tranh thế giới lần thứ nhất, công nghệ hàn đã được chấp nhận rộng rãi. Tại Mỹ, công nghệ hàn đã đóng vai trò rất lớn trong sản xuất thiết bị quân sự trong thế chiến.

Sau khi chiến tranh kết thúc, nhận thấy nhu cầu cần một tổ chức độc lập có thể kết nối và cung cấp các thông tin khách quan về sự phát triển của công nghệ hàn, giáo sư Comfort A. Adams của đại học Harvard đã kêu gọi sát nhập hai tổ chức, Ủy ban hàn của hạm đội khẩn cấp (Welding Committee of the Emergency Fleet Corp.) với Hội đồng hàn quốc gia (National Welding Council) thành một tổ chức chung với tên gọi Hiệp hội hàn Hoa kỳ (American Welding Sociaty) vào ngày 28 tháng 3 năm 1919, và ông trở thành chủ tịch đầu tiên của hội hàn Mỹ.

Cũng vào khoảng cuối năm 1919, công ty Daihen (Nhật bản) được thành lập với tên gọi là Công ty Osaka Transformer Co., Ltd. (OTC) trước khi chính thức trở thành công ty thương mại về máy hàn vào năm 1934.

Các nghiên cứu liên quan đến hàn điện cực có vỏ bọc thuốc (coated-electrode welding) được tập trung tới năm 1920, giúp cải thiện đáng kể chất lượng vỏ thuốc bọc và lõi que, và đây là lý do dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của quá trình hàn que, thuật ngữ này ngày nay được biết đến với tên gọi là SMAW (Shielded Metal Arc Welding). Cùng với sự phát triển của chiếu chụp bằng tia X trong sản phẩm hàn, làm thúc đẩy nhu cầu cải tiến thêm về kỹ thuật hàn.