Giáo trình môn công nghệ kim loại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT ĐINH MINH DIỆM GIÁO TRÌNH CƠNG NGHỆ KIM LOẠI TẬP HÀN VÀ CẮT KIM LOẠI ĐÀ NẴNG, 2001 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT ĐINH MINH DIỆM GIÁO TRÌNH CƠNG NGHỆ KIM LOẠI TẬP HÀN VÀ CẮT KIM LOẠI ĐÀ NẴNG, 2001 CHƯƠNG I HÀN KIM LOẠI 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.1 Khái niệm Hàn kim loại phương pháp nối liền chi ti t lại với thành khối tháo rời đưӧc cách: • Nung kim loại vùng hàn đ n nhiệt độ nóng chảy sau đơng dặc ta đưӧc mối liên k t vững gọi hàn nóng chảy; • Hoặc nung chúng đ n nhiệt độ cao nhỏ nhiệt độ nóng chảy kim loại (đối với kim loại dẻo khơng nung) dùng lực lớn ép chúng dInh vào gọi hàn áp lực; • Có thể dùng kim loại trung gian nóng chảy nhờ hoà tan, khuy t tán kim loại hàn vào vật hàn mà tạo nên mối ghép gọi hàn vảy Hiện cịn dùng keo để dán chi tiét lại với để tạo nên mối nối ghép; • Ngồi ta cịn dung keo kim loại để dán chung dInh vào gọi dán kim loại 1.1.2 ỨNG DӨNG : Hàn kim loại dóng vai trị quuan trọng q trình gia cơng, ch tạo sửa chữa ph c hồi chi ti t máy.Hàn không ch thể dùng để nối ghép kim loại lại với mà ứng d ng để nối phi kim loại hổn hӧp kim loại với phi kim loại Hàn có mặt ngành cơng nghiệp, ngành y t hay ngành ph c hồi sửa chữa sản phẩm nghệ thuật, 1.1.3 Đặc điểm hàn kim Ioại a Ti t kiệm kim Ioại • So với tán ri vê, hàn kim loại ti t kiệm từ 10 - 15 % kim loại (do phần đinh tán, phần khoa lổ) chưa kể đ n độ bền kéêt cấu bị giảm khoan lổ H 1-1 So sánh mối ghép nối hàn tán rivê • So với đúc : Ti t kiệm khoảng 50 % kim loại mối hàn hàn không cần hệ thông đậu hơi, đậu ngót, bên cạnh chiều dày vật đúc lớn vật hàn, < Ti t kiệm kim Ioại quý hi m : VI d ch tạo dao tiện ta ch cần mua vật liệu phần cắt gọt thép d ng c phần cán ta sử d ng thép thường CT38 Sẽ có gI thành rẻ mà thoả mãn yêu cầu kỹ thuật b Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín, chịu áp lực c Thiết bị đơn giản, giá thành hạ d Nhược điểm Tổ chức kim loại vùng mối hàn không đồng nhất, tồn ứng suất bi n dạng sau hàn 1.2 - PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN P KG/mm III II I IV Tnc o T C H ình 1-2 Sơ đồ phân loại phương pháp hàn I - Vùng hàn nóng chảy; II - Vùng hàn áp lực, II Vùng hàn hạn chế IV- Vùng tạo thành mối hàn • • • Hàn nóng chảy HÀN KIM LOẠI Hàn áp Iực Hàn vảy hồ quang điện, khí, chùm • • Hàn Hàn hàn tia, Hàn Hàn • • • • • • • • Hàn Hàn Hàn Hàn Hàn Hàn Hàn Hàn điện ti p xúc, siêu âm, cao tần, nổ, ma sát, khuy ch tan, khí - ép nguội điện xỷ, nhiệt, Hình 1-2 Sơ đồ phân loại phương pháp hàn CHƯƠNG QÚA TRÌNH LUYỆN KIM KHI HÀN NĨNG CHẢY 2.1 Q TRÌNH LUYỆN KIM KHI HÀN NĨNG CHẢY o Khi hàn nóng chảy nhiệt độ vùng hàn trung bình 1700 - 1800 C trạng thái nhiệt độ cao kim loại lỏng chịu tác động mạnh môi trường xung quanh nguyên tố có thành phần que hàn thuốc bọc que hàn; Kim loại mối hàn trạng thái lỏng phần bi bay Trong vùng mối hàn xảy nhiều trình xy hố, khử xy, hồn ngun hӧp kim hố mối hàn, q trình tạo xỷ tinh luyện , Các q trình phần tương tự trình luyện kim nên người ta gọi trình trình luyện kim hàn xảy thể tIch nhỏ thời gian ngắn Xỷ, thuốc bọc que hàn: FeO, MnO, SiO2, Mơi trương Các ngun tố có vật hàn que hàn : [Fe], [FeO], [Si], [Mn], Hình - Sơ đồ yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn Ảnh hưởng ơxy Ơxy có mơi trương xung quanh không khI, nước, Co2, H2O, ỗit kim loại, lớp x hàn, Ôxy có tác d ng mạnh với nguyên tố : Fe, Mn, Si, C, k t làm thay đổi thành phần tInh chất kim loại mối hàn VI d : Fe + O > FeO Fe + O2 > 2FeO Một phần ôxit sắt vào x , phần trộn lẫn với kim loại mối hàn khơng ngồi kịp Mối hàn có lẫn x làm cho tInh giảm mạnh Trong mơi trường xung quanh cịn có nhiều chất khI có ảnh hưởng đ n chất lưӧng mối hàn hydro., Nitơ, lưu huỳnh, phốt pho, Hydro: có nước, loại khI bảo vệ bị phân huỷ chất trình hàn hoà tan vào mối hàn gây nên rỗ khI Đối với thép hӧp kim nhôm, hy dro nguyên nhân chủ y u gây nên rỗ khI Lưu huỳnh chất gây nên nứt nóng cho mối hàn Phốt gây nên nứt nguội cho mối hàn Trong vùng mối hàn xảy q trình khử ơxy Có thể tóm tắt theo dạng phản ứng sau: [FeO] + (Si) > [Fe] + (SiO2) [ ] - Thành phần chất vào kim loại; ( ) - Thành phần chất vào xỷ ; [FeO] + (Mn) > [Fe} + (MnO2) [FeO] + (SiO2 > (FeO.SiO2) FeS + Mn > MnS + Fe FeS + MnO > MnS + FeO Fe3P + FeO -> (P2O5) + Fe CaO + P2O5 > Ca3P2O8 Cơ tính vật liệu AH σ σ AH % O2 Hình - Sơ đồ ảnh hưởng o xy đến tính mối hàn [13] Ảnh hưởng số chất khí đ n tính mối hàn (như hình - 3) σ N2 B Ak %δ O2 O2 O2 % O2 % N2 N2 N2 % O2 % N2 % O2 % N2 Hình - Ảnh hưởng số chất khí đến tính mối hàn [13] 2.2 VŨNG HÀN VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA NÓ Khi hàn, tác d ng nguồn nhiệt, vùng kim loại nóng chảy tạo nên vũng hàn Kim loại hổn hӧp nguyên tố kim loại kim loại vật liệu hàn Vũng hàn đưӧc chia vùng chInh: vùng đầu vùng đuôi vũng hàn a/ b/ H 2-4 Sơ đồ mối ghép hàn (a) tác dụng nguồn nhiệt hàn hồ quang (b) II I B C H H 2-5 Sơ đồ đường hàn vị trí vũng hàn I - Vùng đầu vũng hàn; II - Vùng đuôi vũng hàn o - Vùng có nhiệt độ khơng xác định 2- Vùng có nhiệt độ khoảng 1800 C; o - Vùng có nhiệt độ gần nhiệt độ nóng chảy (khoảng 1500 C) B - Chiều rộng mối hàn; C- Chiều cao mối hàn; H - Chiều sâu mối hàn Quá trình k t tinh mối hàn < Mối hàn k t tinh điều kiện phần đầu vũng hàn ln bị nung nóng nguồn nhiệt hàn cịn vùng đưӧc nguội dần < Kim loại vũng hàn chuyển động; < Thể tIch vũng hàn nhỏ khoảng 0,2-0,4 cm < Thời gian kim loại mối hàn tồn trạng thái lỏng nhỏ,; < Tốc độ làm nguội lớn < Vùng tâm mối hàn có nhiệt độ cao dễ làm cho kim loại bị nhiệt 2.3 TỔ CHỨC KIM LOẠI MỐI HÀN VÀ VÙNG CẬN MỐI HÀN Sau đông đặc, kim loại mối hàn có thành phần khác so với kim loại Dưới tác d ng nhiệt độ ổ chức kim loại mối hàn đưӧc chia thành nhiều vùng khác Tổ chức kim loại mối hàn ph thuộc phương pháp hàn, kim loại vật hàn, ch độ hàn Tổ chức kim loại vùng mối hàn gần mối hàn đưӧc chia vùng khác : Vùng mối hàn, vùng viền chảy, vùng ảnh hưởng nhiệt gồm có vùng : vùng nhiệt, vùng thường hố, vùng k t tinh lại khơng hồn tồn vùng k t tinh lại, vùng dịn xanh Vùng mối hàn (1) : Có thành phần kim loại hổn hӧp giưua vật hàn, thuốc hàn que hàn Tổ chức có dạng kéo dài tâm mối hàn (theo hương k t tinh)Vùng gần viền chảy có tổ chức hạt nhỏ mịn tốc độ tản nhiệt nhanh; vung trung tâm có lẫn nhiều tạp chất k t tinh sau Vùng viền chảy (2) : Vùng kim loại nóng chảy khơng hồn tồn Thành phần kim loại mối hàn có lẫn nguyên tố que hàn thuốc hàn Do có tác d ng qua lại pha long pha đặc nên mối hàn lẫn tạp chất Hạt tinh thể vùng nhỏ, có tInh tốt Vùng tồn pha lỏng có chhiều rộng vùng nhỏ khoảng 0,1- 0,3 mm khó phân biệt chúng nên gọi chung vùng viền chảy Vùng ảnh hưởng nhiệt : Là vùng có nhiệt độ thấp nhiệt độ nóng chảy có tổ chức tInh chất thay đổi tác d ng nhiệt độ Chiều rộng vùng ph thuộc chiều dày vật hàn, nguồn nhiệt, ch độ hàn, phương pháp hàn, (xem bảng 1.1) Bảng -1 Phương pháp hàn Chiều Tổng chiều rộng vùng Trong chiều rộng dày (mm) ảnh hưởng nhiệt (a) mm vùng nhiệt (mm) Hàn khí 12-13 4-7 Hàn khí 10 25 - 30 10 - 12 Hàn điện 10 - 5,5 1-2 Vùng nhiệt (3) T = 1100 1200 oC Có tổ chức hạt lớn, tInh giảm nhiều, dòn, dễ nứt, Đây vùng thường gây nên v t gẫy nứt mối hàn Vùng thường hố (4) Có T 〉 AC3 Có nhiệt độ khoảng (880 1100 oC),có chiều rộng khoảng 0.2 mm có tổ chức hạt nhỏ, tInh tốt Vùng k t tinh Iại khơng hồn tồn (5) : có nhiệt độ khoảng T = 720 880 Tứ nằm khoảng AC1 - AC3, nên xảy q trình chuyển bi n ôstenit tổ chức péclIt martenxit có thành phần hố học tInh khơng đồng nhất, tInh bị giảm Vùng k t tinh Iại (6) : T = 500 700 oC Tổ chức kim loại giống vật hàn độ cứng giảm, tInh dẻo tăng Vùng dòn xanh (7) : cĩ T = 100 500 oC Tổ chức kim loại It bị thay đổi không khI xâm nhập vào nên tInh giảm, tồn ứng suất dư, kim loại bị hoá già, thử kéo mẫu hay bị đứt vùng