CHƯƠNG 4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC 2.1 LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN 2.1.1 S ự tạo thành mối hàn 1) Khái niệm về mối nối hàn, mối hàn Mối nối được thực hiện bằng hàn gọi là mối nối hàn. Mối nối hàn là mối nối liền không tháo rời được. Vị trí nối các chi tiết gọi là mối hàn Trong hàn nóng ch ảy mối nối hàn gồm: Hình 2-1. Mối nối hàn a) Mối hàn) Mối hàn gồm: kim loại cơ bản và kim loại điện cực (que hàn) sau khi nóng chảy kết tinh tạo thành. b) Vùng tiệm cận mối hàn) Vùng kim loại cơ bản được nung nóng từ nhiệt độ 100 o C đến nhiệt độ gần nhiệt độ nóng chảy. c) Kim loại cơ bản Vùng kim loại không bị tác dụng của nhiệt trong qua trình hàn. 2) Sự tạo thành bể hàn Khi hàn nóng chảy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt làm cạnh hàn và kim loại phụ nóng chảy tạo nên bể kim loại lỏng. Bể kim loại đó gọi là bể hàn hay vũng hàn. Trong qua trình hàn, ngu ồn nhiệt dịch chuyển theo kẻ hàn, đồng thời bể hàn cũng dịch chuyển theo. Bể hàn được chia làm hai ph ần: phần đầu và phần đuôi. Hình 2-2. Bể hàn a) Phần dầu bể hàn Ở phần này xảy ra quá trình nóng chảy của kim loại cơ bản và kim lo ại điện cực. Theo sự dịch chuyển của nguồn nhiệt, tất cả các kim loại ở phía trước bị nóng chảy. b) Phần đuôi bể hàn Ở phần này xảy ra quá trình kết tinh của kim loại lỏng bể hàn để tạo nên mối hàn. Trong quá trình hàn, kim lo ại lỏng trong bể hàn luôn chuyển động và xáo trộn không ngừng. Sự chuyển động của kim loại lỏng trong bể hàn là do tác dụng của áp lực dòng khí lên bề mặt kim loại lỏng và do tác dụng của lực điện từ, làm cho kim loại lỏng trong bể hàn b ị đẩy về phía ngược với hướng chuyển dịch của nguồn nhiệt và t ạo nên chỗ lõm trong bể hàn. Hình d ạng và kích thước của bể hàn phụ thuộc vào: - Công su ất của nguồn nhiệt. - Chế độ hàn. - Tính ch ất lý nhiệt của kim loại vật hàn. Hình d ạng của bể hàn được đặc trưng bởi các đại lượng: Hình 2-3. Hình dạng và kích thước của bể hàn b- Chiều rộng bể hàn h- Chi ều sâu nóng chảy l- Chiều dài bể hàn T ỷ số giữa chiều rộng và chiều dài bể hàn gọi là hệ số hình d ạng của bể hàn: = b/l Hệ số hình dạng của bể hàn có ảnh hưởng lớn đến quá trình kết tinh, do đó ảnh hưởng đến chất lượng mối h àn. Nếu b/l lớn (bể hàn r ộng) thì điều kiện kết tinh tốt, sau khi kết tinh nhận được mối hàn có ch ất lượng cao. Ngược lai, nếu b/L nhỏ thì sau khi kết tinh có thể gây ra nứt ở trục mối hàn. 3) Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực vào bể hàn Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực và bể hàn không nh ững ảnh hưởng đến sự tạo thành mối hàn, mà còn ảnh hưởng đến th ành phần và chất lượng mối hàn. Khi hàn h ồ quang tay, dù hàn bằng phương pháp nào và hàn ở bất kỳ vị trí n ào thì kim loại lỏng cũng đều chuyển dịch từ que hàn vào bể hàn dưới dạng những giọt kim loại có kích thước khác nhau. Sự chuyển dịch của kim loại lỏng từ que hàn vào bể hàn là do các y ếu tố sau: a) Trọng lực của giọt kim loại lỏng Những giọt kim loại được hình thành ở mặt đầu que hàn, dưới tác dụng của trọng lực sẽ dịch chuyển từ trên xuống dưới theo phương thẳng đứng v ào bể hàn. L ực trọng trường chỉ có tác dụng làm chuyển dịch các giọt kim loại lỏng vào bể hàn khi ở vị trí sấp, còn khi hàn ngửa yếu tố này hoàn toàn không thuận lợi. b) Sức căng bề mặt Sức căng bề mặt sinh ra do tác dụng của lực phân tử. Lực phân tử luôn có khuynh hướng tạo cho bề mặt kim loại lỏng có một năng lượng nhỏ nhất, tức l à làm cho bề mặt kim loại lỏng thu nhỏ lại. Muốn vậy thì những giọt kim loại lỏng phải có dạng hình cầu. Những giọt kim loại lỏng hình cầu chỉ mất đi khi chúng rơi vào bể hàn và bị sức căng bề mặt của bể hàn kéo vào thành dạng chung của nó. c) Lực từ trường Dòng điện khi đi qua điện cực sẽ sinh ra một từ trường. Lực của từ trường này ép lên que hàn làm cho ranh giới giữa phần rắn và phần lỏng của que hàn bị thắt lại. Hình 2- 4. Tác dụng của lực từ trường ép lên que hàn Do bị thắt lại nên diện tích tiết diện ngang tại chỗ đó giảm, làm mật độ và cường độ của lực từ trường mạnh lên. Mặt khác, tại chỗ thắt do có điện trở cao nên nhiệt sinh ra lớn, làm kim loại nhanh chóng đạt đến trạng thái sôi và tạo ra áp lực lớn đẩy các giọt kim loại lỏng vào bể hàn. L ực từ trường có khả năng làm chuyển dịch các giọt kim loại lỏng từ đầu que hàn vào bể hàn ở mọi vị trí. d) Áp lực khí Khi hàn, kim loại lỏng ở đầu que hàn bị quá nhiệt mạnh và sinh ra khí. Ở nhiệt độ cao, thể tích của khí tăng và tạo ra áp lực lớn đủ để đẩy các giọt kim loại lỏng tách khỏi đầu que hàn để đi vào bể hàn. 2.1.2 Tổ chức kim loại của mối hàn Sau khi hàn, kim loại lỏng trong bể hàn kết tinh để tạo thành m ối hàn. Vùng kim loại xung quanh mối hàn do bị ảnh hưởng của nhiệt nên có sự thay đổi về tổ chức và tính chất. Vùng đó gọi là vùng ảnh hưởng nhiệt. Nghiên cứu tổ chức mối hàn của thép cácbon thấp thấy chúng có các phần riêng với tổ chức khác nhau. 1) Vùng mối hàn Trong vùng mối hàn kim loại nóng chảy hoàn toàn, khi kết tinh có tổ chức tương tự như tổ chức thỏi đúc. Thành phần và tổ chức kim loại mối hàn khác với kim loại cơ bản và kim loại điện cực. Hình 2-5. Tổ chức kim loại của mối hàn a) Vùng ngoài cùng Ở vùng này do tản nhiệt nhanh nên kim loại lỏng trong vũng hàn kết tinh với tốc độ nguội lớn. Do vậy, sau kết tinh nhận được tổ chức kim loại với những hạt tinh thể nhỏ mịn. b) Vùng trung gian Kim loại lỏng ở vùng trung gian không thể kết tinh với tốc độ nguội lớn như vùng ngoài cùng. Các tinh thể kết tinh theo phương tản nhiệt nhưng có chiều ngược lại. Do tốc độ nguội tương đối chậm nên sau khi kết tinh nhận được các hạt tinh thể dài có trục vuông góc với mặt tản nhiệt c) Vùng trung tâm Kim loại lỏng ở vùng trung tâm kết tih với tốc độ nguội chậm và trong vùng này kim loại lỏng có nhiệt độ hầu như giống nhau, do vậy chúng kết tinh gần như đồng thời và hướng tỏa nhiệt theo các phương đều như nhau. Sau khi kết tinh nhận được các tổ chức kim loại gồm cac hạt đều trục. Trong vùng trung tâm có thể có các t ạp chất phi kim loại – xỉ Tùy thuộc vào tốc độ nguội mà trong tổ chức của kim loại mối hàn có thể có hoặc không có vùng trung gian hoặc vùng trung tâm. - N ếu tốc độ nguội lớn thì các tinh thể hạt dài có thể phát triển sâu vào trung tâm bể hàn, khi đó kim loại mối hàn chỉ có 2 vùng: vùng ngoài cùng với các hạt nhỏ mịn và vùng trung gian với các hạt tinh thể dài. - N ếu tốc độ nguội rất chậm thì vùng tinh thể hạt dài (vùng trung gian) có th ể không có. . CHƯƠNG 4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC 2.1 LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN 2.1.1 S ự tạo thành mối hàn 1) Khái niệm về mối nối hàn, mối hàn Mối nối. quá trình kết tinh của kim loại lỏng bể hàn để tạo nên mối hàn. Trong quá trình hàn, kim lo ại lỏng trong bể hàn luôn chuyển động và xáo trộn không ngừng. Sự chuyển động của kim loại lỏng trong. kim loại không bị tác dụng của nhiệt trong qua trình hàn. 2) Sự tạo thành bể hàn Khi hàn nóng chảy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt làm cạnh hàn và kim loại phụ nóng chảy tạo nên bể kim loại lỏng.