Nghiên cứu tạo lớp đắp chịu mài mòn trên nền thép các bon bằng công nghệ hàn Plasma bột

...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGÔ HỮU MẠNH NGHIÊN CỨU TẠO LỚP ĐẮP CHỊU MÀI MÒN TRÊN NỀN THÉP CÁC BON BẰNG CÔNG NGHỆ HÀN PLASMA BỘT Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ... ể ứng ụng ông ngh hàn PTA vào thự tế s n xu t hƣa rõ ràng V vậy, t gi lựa họn ề tài Nghiên cứu tạo lớp đắp chịu mài mòn thép Các bon công nghệ hàn plasma bột nhằm tạo hế tạo phụ h i ạng hi... Đề tài Nghiên cứu tạo lớp đắp chịu mài mòn thép Các bon công nghệ hàn Plasma bột ƣ t gi nghi n ứu thự nghi m với hƣớng ẫn trự tiếp PGS.TS Bùi Văn Hạnh PGS.TS Nguyễn Thú Hà Bộ môn Hàn Công ngh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGÔ HỮU MẠNH

NGHIÊN CỨU TẠO LỚP ĐẮP CHỊU MÀI MÒN

TRÊN NỀN THÉP CÁC BON BẰNG CÔNG NGHỆ HÀN PLASMA BỘT

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội – 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGÔ HỮU MẠNH

NGHIÊN CỨU TẠO LỚP ĐẮP CHỊU MÀI MÒN

TRÊN NỀN THÉP CÁC BON BẰNG CÔNG NGHỆ HÀN PLASMA BỘT

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài “Nghiên cứu tạo lớp đắp chịu mài mòn trên nền thép Các bon bằng công nghệ hàn Plasma bột” ư t gi nghi n ứu và thự nghi m với sự hướng ẫn trự tiếp

ủa PGS.TS Bùi Văn Hạnh và PGS.TS Nguyễn Thú Hà tại Bộ môn Hàn và Công ngh kim loại, Vi n Cơ khí, Trường Đại họ B h khoa Hà Nội

Tôi xin am oan y là ông tr nh nghi n ứu ủa tôi C nội ung, s li u, kết

qu nghi n ứu trong luận n là hoàn toàn trung thự và hưa ư ông trong t k ông tr nh nào kh

Hà Nội, ngày 17 th ng 09 năm 2015

LỜI CẢM N

Trong qu tr nh nghi n ứu và thự hi n luận n, t gi tập trung toàn thời gian,

t m lự , trí lự ể hoàn thành luận n m o nội ung và thời gian quy ịnh

T gi xin tr n trọng m ơn PGS.TS Bùi Văn Hạnh và PGS.TS Nguyễn Thú

Hà tận t nh hướng ẫn, giúp và tạo mọi iều ki n thuận l i ể t gi hoàn thành luận n này

T gi xin tr n trọng m ơn Ban gi m hi u, Ban l nh ạo Khoa Cơ khí, th y

ô gi o Khoa Cơ khí, trường Đại họ Sao Đ giúp , tạo iều ki n thuận l i ể t gi tập trung toàn thời gian nghi n ứu và hoàn thành luận n

T gi xin tr n trọng m ơn tập thể th y, ô gi o Bộ môn Hàn và Công ngh kim loại, Vi n Cơ khí; Ph ng thí nghi m Kim loại họ , Bộ môn Vật li u họ - X l nhi t

và Bề m t, Vi n Khoa họ và Kỹ thuật Vật li u, trường Đại họ B h khoa Hà Nội giúp

t gi về ơ sở vật h t, trang thiết ị thí nghi m, kiểm tra ộ ứng, hụp nh tế vi (OM), hụp nh si u tế vi ằng hiển vi i n t quét (SEM), ph n tí h thành ph n và hàm

lư ng nguy n t ằng phổ t n sắ năng lư ng (EDS)

T gi xin tr n trọng m ơn Khoa Vật l , trường Đại họ Khoa họ Tự nhi n, Đại

họ Qu gia Hà Nội giúp t gi hụp nh si u tế vi ằng hiển vi i n t quét (SEM), ph n tí h thành ph n và hàm lư ng nguy n t ằng phổ t n sắ năng lư ng (EDS),

ph n tí h pha ằng nhiễu xạ tia X (XRD)

T gi xin tr n trọng m ơn Ph ng thí nghi m A Ri har -VR Lab.30, Trung t m

Đo lường, Kiểm ịnh và Tư v n kỹ thuật, thiết ị - ĐKT, Vi n Nghi n ứu Cơ khí (NARIME) giúp t gi kiểm tra m i hàn ằng phương ph p si u m (UT); Vi n Cơ khí Năng lư ng và M giúp t gi kiểm tra kh năng hịu mài m n ủa mẫu hàn

T gi xin tr n trọng m ơn ạn ng nghi p, th y ô gi o trường Đại

họ Sao Đ , Đại họ Sư phạm Kỹ thuật Nam Định, Vi n Nghi n ứu Cơ khí; anh m ở Doanh nghi p tạo iều ki n và giúp t gi trong qu tr nh nghi n ứu, thự nghi m

ể hoàn thi n luận n

Đ i t, t gi xin ày t l ng iết ơn , m và toàn thể thành vi n trong gia

nh luôn ở n ộng vi n tinh th n, giúp vật h t ể t gi hoàn thành luận n này

Hà Nội, ngày 17 th ng 09 năm 2015

T gi

Ngô Hữu Mạnh

2.1.3 Sự ph n nhi t trong ột h quang plasma 12

2.1.4 Sự huyển ộng ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn 13

2.2.1.4 Lưu lư ng ột 23

2.2.1.7 Gó nghi ng m hàn và hướng ị h huyển m hàn 26 2.2.1.8 Khí o v , khí tạo plasma và khí mang ột 27

2.2.3.1 Sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn 33 2.2.3.2 Sự tham gia ủa kim loại ột vào m i hàn 35 2.2.4 Sự khuế h t n và h a tan ủa nguy n t h p kim 36

4.1.2 X y ựng mô h nh thự nghi m 52 4.1.3 Đ nh gi sự nh hưởng ủa Ih, Vh, Vb, Bm, Le ến D 57

5.1.2.2 C u trú tế vi kim loại vùng nh hưởng nhi t 79

5.2 Sự khuế h t n và h a tan nguy n t h p kim 82 5.3 Độ ứng ủa kim loại m i hàn và vùng nh hưởng nhi t 86

5.3.2 Độ ứng kim loại vùng anh giới giữa m i hàn với nền C45 89

5.3.3 Độ ứng kim loại vùng nh hưởng nhi t 90 5.4 Kh năng hịu mài m n ủa kim loại m i hàn 92

KIẾN N HỊ VÀ Ề X Ấ HƯỚN N HIÊN CỨ IẾP HEO 102

D NH M C CÁC CÔN RÌNH CÔN BỐ C L ẬN ÁN 110

PH L C

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

1 C từ và ụm từ viết tắt

TT Chữ viết tắt T n y ủ tiếng Anh Nghĩa tiếng Vi t

1 PTA Plasma Transferred Arc Hàn h quang plasma ột

2 SMAW Shielded Metal Arc Welding Hàn h quang qu hàn ó thu

5 FCAW Flux Cored Arc Welding Hàn h quang y lõi thu

6 PTAW Plasma Transferred Arc Welding Hàn h quang plasma ột

7 PAW Plasma Arc Welding Hàn h quang plasma

8 OAW Oxy-Acetylen Welding Hàn khí O2 – C2H2

9 SAW Submerged Arc Welding Hàn h quang ưới lớp thu

11 MAG Metal Active Gas Hàn h quang i n ự nóng

h y trong môi trường khí hoạt tính

12 MIG Metal Inert Gas Hàn h quang i n ự nóng

h y trong môi trường khí trơ

13 TIG Tungsten Inert Gas Hàn i n ự không nóng h y

trong môi trường khí trơ

14 OFW Oxygen Fuel Welding Hàn khí oxy

16 ASME American Society of Mechanical

18 USA United States of America H p hủng qu Hoa K

19 ISO International Standards

21 AISI American Iron and Steel Institute Vi n nghi n ứu sắt và thép Mỹ

22 HRC Hardness Rockwell Độ ứng Rockwell

24 HAZ/AHN Heat Affected Zone Vùng nh hưởng nhi t

30 D Dilution Sự tham gia ủa kim loại nền

vào m i hàn

31 Dmin Min-Dilution Mứ ộ tham gia ủa kim loại ơ

n vào m i hàn nh nh t

32 SEM Scanning Electron Microscope Hiển vi i n t quét

33 XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X

34 EDS Energy Dispersive Spectroscope Phổ t n sắ năng lư ng

35 OM Optical Microscopy Hiển vi quang họ

36 NWPD Nozzel Workpice Distance Kho ng từ h m hàn ến vật

hàn

37 SOD Stand-off Distance Kho ng làm vi

38 DCEN Drirect Current Electrode

Negative

D ng i n một hiều ự thuận

39 DCEP Drirect Current Electrode Positive D ng i n một hiều ự

nghị h

41 RSM Response Surface Modeling Mô h nh về ứng s ề m t

43 MMC Metal Matrix Composites Hỗn h p kim loại

44 MHI Mitshubishi Heavy Industries Tập oàn ông nghi p n ng

Mitshubishi

45 FEM Finite Element Method Phương ph p ph n t hữu hạn

19 Cpl Nhi t rung ri ng ủa kim loại l ng

61 P Nguy n t Ph t pho

65 r* Kho ng h từ iểm tính to n ến t m ngu n nhi t mm

66 Re Hằng s Raynol ủa plasma

80 Tmp Nhi t ủa kim loại l ng trong vũng hàn 0C

B ng 3.1 Kí h hạt ủa một s phương ph p hàn và phun kim loại 39

B ng 3.2 Thành ph n hóa họ ủa h p kim ột WC-104 44

B ng 3.3 Một s ột h p kim ủa h ng s n xu t 45

B ng 3.4 C thành ph n h p kim ư s ụng ể tạo hỗn h p ột 48

B ng 3.5 Mứ ộ iến thi n gi trị ủa iến 48

B ng 3.6 B ng gi trị thí nghi m th o kế hoạ h toàn ph n 2k

B ng 4.7 Thành ph n hóa họ ủa h p kim ột Eutroloy 16606 62

B ng 4.8 Đ tính ủa ột h p kim Eutroloy 16606 62

B ng 4.9 C thông s ủa i n ự hàn không nóng h y W-Th 63

B ng 5.1 Kết qu ph n tí h hàm lư ng Crom ít trong kim loại m i hàn

khi hàn PTA ằng ột h p kim Eutroloy 16606

73

B ng 5.2 Kết qu ph n tí h hàm lư ng Crom ít trong kim loại m i hàn

khi hàn PTA ằng ột h p kim M10

77

B ng 5.3 Kết qu ph n tí h hàm lư ng Vonfram ít trong kim loại m i

hàn khi hàn PTA ằng ột h p kim M10

78

B ng 5.4 Kết qu o ộ ứng ủa kim loại m i hàn khi hàn h p kim ột

Eutroloy 16606

87

B ng 5.5 Kết qu o ộ ứng ủa kim loại m i hàn khi hàn h p kim ột M2 88

B ng 5.6 Kết qu o ộ ứng vùng ranh giới giữa kim loại m i hàn với kim

loại ơ n khi hàn h p kim ột Eutroloy 16606

90

B ng 5.7 Kết qu o ộ ứng vùng ranh giới giữa kim loại m i hàn với kim

loại ơ n khi hàn h p kim ột M2

H nh 1.3 Sự ph n nhi t ở vùng ủa h quang hàn plasma 6

H nh 1.4 Hàn phụ h i nh tur in ằng PTA với h p kim St llit 7

H nh 1.5 Hàn phụ h i ao h t m nh ùng trong ngành s n xu t ột gi y 8

H nh 1.6 Hàn ao xupap ằng PTA với ột h p kim WC-104 8

H nh 2.1 C ion mang i n tí h ương (màu xanh) và i n t mang i n

tí h m (màu vàng) trong ột h quang plasma

10

H nh 2.2 Sơ hóa sự h nh thành h quang plasma 10

H nh 2.3 M i quan h giữa t ộ ng plasma với kí h thướ mi ng phun 11

H nh 2.4 So s nh h nh ạng ột h quang khi hàn PTA và GTA 11

H nh 2.5 H nh ạng ột h quang khi hàn GTA và PTA 11

H nh 2.6 Sự ph n nhi t trong ột h quang plasma khi thay ổi ng hàn 12

H nh 2.7 So s nh sự ph n nhi t khi hàn GTA và PTA ư o v ởi

khí Ar

13

H nh 2.8 Sự ph n nhi t ở vùng ủa h quang khi hàn PTA 13

H nh 2.9 D ng plasma và ột h p kim khi hàn PTA 14

H nh 2.10 Sự i lưu ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn khi hàn PTA 14

H nh 2.11 Sự huyển ộng i lưu ph n k và hội tụ ủa ng kim loại l ng 14

H nh 2.12 Sự huyển ộng ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn 14

H nh 2.13 Sự ị h huyển ủa hạt trong hỗn h p ột h p kim khi hàn

PTA

16

H nh 2.15 Mô ph ng qu tr nh truyền nhi t khi hàn PTA ằng ph n mềm

H nh 2.17 Sự h nh thành lớp ắp khi hàn PTA ằng m hàn m tay 18

H nh 2.18 Đi n ự EWTh-2 th o ti u huẩn AWS/SFA A5.12 19

H nh 2.29 Một s kiểu ao ộng m hàn khi hàn PTA 25

H nh 2.30 H nh ạng vũng hàn và m i hàn khi hàn PTA ằng u hàn tự

ộng ao ộng h nh răng ưa với i n ộ 15mm và 18mm

25

H nh 2.31 M i quan h giữa hiều ài ột h quang và i n p khi hàn PTA 25

H nh 2.32 nh hưởng ủa hiều ài h quang khi hàn PTA 26

H nh 2.33 Kho ng h từ u hàn ến ề m t vật hàn khi hàn PTA 26

H nh 2.34 Gó nghi ng và hướng i huyển m hàn từ ph i sang tr i 27

H nh 2.35 Gó nghi ng và hướng i huyển m hàn từ tr i sang ph i 27

H nh 2.36 Gó nghi ng, hướng i huyển m hàn khi hàn PTA tự ộng 27

H nh 2.37 nh hưởng ủa khí Ar ến ông su t nhi t ủa h quang plasma 28

H nh 2.38 nh hưởng ủa khí H ến ông su t nhi t ủa h quang plasma 28

H nh 2.46 Một s ạng khuế h t n kim loại ở trạng th i rắn 37

H nh 2.47 C giai oạn ủa qu tr nh tiết pha mới 37

H nh 3.1 H nh ạng và u trú ủa h p kim ột Surfit 1560 39

H nh 3.2 Kí h hạt ủa ột h p kim nền F , Co, Ni 39

H nh 3.9 C u trú kim loại m i hàn khi hàn h p kim ột F -V-C 44

H nh 3.10 Ph n tí h XRD kih hàn ột h p kim Ama or tr n nền thép Ca on 45

H nh 3.11 H s tương quan ủa mô h nh thự nghi m 50

H nh 4.13 Thép t m C45 sau khi ư ắt ằng plasma 62

H nh 4.14 H p kim ột Eutroloy 16606 ủa h ng Castolin 62

H nh 4.15 H p kim ột M2 sau khi pha trộn thành ph n 63

H nh 4.19 Hàn PTA ằng h p kim ột M10 và h p kim ột Eutroloy 16606 65

H nh 4.20 M i hàn sau khi hàn PTA với ột h p kim M2 67

H nh 4.21 Kiểm tra kí h thướ m i hàn sau khi hàn PTA 67

H nh 4.22 Thiết ị gia nhi t ằng i n trở tại trường ĐH B h khoa Hà Nội 67

H nh 5.1 Mẫu hàn sau khi ắt ằng m y ắt y Troop 69

H nh 5.2 Kiểm tra kí h thướ mẫu sau khi ắt y 69

H nh 5.3 nh hụp u trú thô ại ủa m i hàn 69

H nh 5.8 Hàm lư ng Crom it trong kim loại m i hàn tại vị trí quét s 1 72

H nh 5.9 Hàm lư ng Crom it trong kim loại m i hàn tại vị trí quét s 2 73

H nh 5.10 Vị trí kiểm tra tr n m i hàn khi hàn h p kim ột Eutroloy 16606

(SEM, x2500)

73

H nh 5.11 Thành ph n và hàm lư ng nguy n t h p kim tại iểm kiểm

tra s 1 nằm tr n pha ứng khi hàn h p kim ột Eutroloy 16606

ư ph n tí h ằng EDS

73

H nh 5.12 Thành ph n và hàm lư ng nguy n t h p kim tại iểm kiểm

tra s 2 nằm giữa pha ứng khi hàn h p kim ột Eutroloy

16606 ư ph n tí h ằng EDS

74

H nh 5.13 C u trú kim loại m i hàn khi hàn h p kim ột M10 (OM, x1000) 75

H nh 5.14 C u trú si u tế vi kim loại m i hàn khi hàn h p kim ột M10

H nh 5.16 Hàm lƣ ng Crom it trong kim loại m i hàn tại vị trí quét s 1 76

H nh 5.17 Hàm lƣ ng Crom it trong kim loại m i hàn tại vị trí quét s 2 77

H nh 5.18 Hàm lƣ ng Vonfram it trong kim loại m i hàn tại vị trí quét

H nh 5.21 Thành ph n và hàm lƣ ng nguy n t h p kim tại vùng kiểm

tra s 1 nằm tr n pha ứng khi hàn h p kim ột M10 ƣ ph n

tí h ằng EDS

79

H nh 5.22 Thành ph n và hàm lƣ ng nguy n t h p kim tại vùng kiểm

tra s 2 nằm giữa pha ứng khi hàn h p kim ột M10 ƣ

ph n tí h ằng EDS

79

H nh 5.24 C u trú kim loại tiếp gi p vùng AHN tr n nền C45 80

H nh 5.25 C u trú kim loại vùng ranh giới giữa m i hàn với nền C45 80

H nh 5.26 C u trú si u tế vi kim loại vùng ranh giới giữa m i hàn với nền

H nh 5.28 Vùng ranh giới giữa m i hàn với nền C45 81

H nh 5.29 Biểu ph n nguy n t h p kim trong vùng ranh giới 81

H nh 5.30 Thành ph n và hàm lƣ ng nguy n t h p kim trong vùng ranh

giới

81

H nh 5.31 C u trú kim loại vùng ranh giới giữa m i hàn với nền C45 82

H nh 5.32 C u trú si u tế vi kim loại vùng ranh giới giữa m i hàn với nền

C45 (SEM, x5000)

82

H nh 5.33 Thành ph n, mật ộ và sự ph n ủa nguy n t h p kim 83

H nh 5.34 Mật ộ và sự ph n ủa nguy n t h p kim 83

H nh 5.37 Hàm lƣ ng nguy n t h p kim tr n ƣờng ọ vùng ph n giới 85

H nh 5.38 Thành ph n và hàm lƣ ng nguy n t h p kim tại vùng 86

H nh 5.39 Biểu ph n nguy n t h p kim tr n ƣờng vuông gó với

H nh 5.42 Biểu ộ ứng ở vị trí o tr n vùng kim loại m i hàn 87

H nh 5.43 C vị trí kiểm tra ộ ứng tr n m i hàn khi hàn h p kim ột M2 88

H nh 5.44 Biểu ộ ứng ở vị trí o tr n vùng kim loại m i hàn khi hàn

H nh 5.48 Độ ứng vùng AHN tr n nền thép C45 khi hàn h p kim ột M2 91

H nh 5.49 Mẫu kiểm tra mài m n th o ti u huẩn ASTM G99-04 93

H nh 5.50 Sơ th mài m n th o ti u huẩn ASTM G99-04 93

H nh 5.51 Mẫu th mài m n th o ti u huẩn ASTM G99-04 94

H nh 5.52 Biểu iểu iễn qu tr nh m n ủa mẫu hàn Eutroloy 16606 95

H nh 5.53 Mẫu th mài m n th o ti u huẩn ASTM G99-04 95

H nh 5.54 Biểu iểu iễn qu tr nh kiểm tra mài m n ủa mẫu hàn M10 96

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Trong qu tr nh s n xu t ông nghi p, ở nhiều lĩnh vự kh nhau, ụng ụ, hi tiết ph i làm vi li n tụ trong iều ki n hịu mài m n Do ó, ề m t ủa ụng ụ,

hi tiết ị m t n kh năng làm vi và không p ứng ư y u u ủa qu tr nh s n

xu t Điều này nh hưởng r t lớn ến qu tr nh s n xu t, làm gi m năng su t và h t lư ng

s n phẩm Nếu ph i thay thế ằng ụng ụ, hi tiết mới sẽ làm tăng hi phí s n xu t và g y

l ng phí vật li u V vậy, nhi m vụ quan trọng t ra ó là t m gi i ph p phụ h i ề m t làm vi ho ụng ụ, hi tiết m o ư hai hỉ ti u kinh tế và kỹ thuật

C hi tiết như ao ắt, hàm nghiền, trụ vít, lư i gạt, mũi khoan, trong ngành ông nghi p gi y, xi măng, khai kho ng, mía ường, ơ khí, nông nghi p, u khí, thường ư hế tạo g m hai ph n ơ n Thứ nh t là ph n làm vi , thường ư

hế tạo từ thép h p kim ứng và hịu mài m n Thứ hai là ph n th n, thường ư hế tạo

từ thép on th p ho trung nh ể m o y u u kỹ thuật như tính hàn, ộ ẻo và nhằm gi m hi phí s n xu t Hai ph n này ư li n kết với nhau ằng phương ph p hàn

v y, hàn nổ, ghép n i ơ khí ho hàn ắp ằng ông ngh hàn h quang tay Shi l M tal Ar W l ing), hàn h quang i n ự nóng h y trong môi trường khí hoạt tính o v (GMAW-Gas M tal Ar W l ing), hàn h quang i n ự không nóng h y trong môi trường khí trơ o v (GTAW-Gas Tungst n Ar W l ing), hàn h quang ằng

y lõi thu (FCAW-Flux Cor Ar W l ing), hàn h quang tự ộng ưới lớp thu (SAW-Submerged Arc Welding)

H nh 0.1 Một s hi tiết ư hàn ắp ằng PTA [94]

Tuy nhi n, iểm n hú ở y ó là vật li u hàn và vật li u nền là hai loại vật li u hoàn toàn kh nhau về iểm và tính h t Do ó, nếu thự hi n ằng phương ph p hàn truyền th ng như tr n, nếu không s ụng i n ph p ông ngh th r t ễ x y ra

hi n tư ng nứt, tró ho t h lớp sau khi hàn M t kh , m i hàn ư thự hi n ằng phương ph p hàn này thường ó ứng su t và iến ạng lớn, hiều s u ng u lớn, mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn ao, một s qu tr nh hàn ó năng su t và h t

lư ng không ao V vậy ể khắ phụ những m t hạn hế này, một xu hướng ứng ụng mới hi n nay ó là s ụng ông ngh hàn plasma ột (PTA-Plasma transferred ar ) nhằm

hế tạo mới ho phụ h i ph n làm vi ho hi tiết, ụng ụ ằng h hàn ắp l n

ề m t làm vi ủa hi tiết, ụng ụ lớp vật li u ó ộ ứng ao, kh năng hịu mài m n

t t ể p ứng y u u làm vi trong iều ki n hịu mài m n

H nh 0.2 Sơ qu tr nh hàn PTA [99]

So với ông ngh hàn truyền th ng, PTA ó nhiều ưu iểm hơn như [1], [50]: Ngu n nhi t h quang plasma lớn và tập trung

Năng su t hàn ao, h t lư ng m i hàn t t, ứng su t và iến ạng hàn nh

Độ ền li n kết giữa lớp kim loại ắp và kim loại ơ n ao

Hàn ư nhiều loại vật li u kh nhau, tiết ki m vật li u qu

Hạn hế sự tham gia ủa kim loại ơ n vào m i hàn, gi m sự ắn tó kim loại Thành ph n và hàm lư ng nguy n t h p kim ở ạng ột n n ó thể iều hỉnh phù h p với y u u

Hi n nay, ông ngh hàn PTA ư nghi n ứu và ứng ụng ở nhiều nướ tr n thế giới, nhưng tập trung hủ yếu ở nướ ó nền ông nghi p ph t triển như Mỹ, Đứ , Nhật, Một vài năm trở lại y, ông ngh hàn PTA ư nghi n ứu và ứng ụng ở một

s nướ ang ph t triển như Ấn Độ, Trung Qu , Braxin, Ở Vi t Nam, ông ngh hàn PTA hưa ư nghi n ứu và ứng ụng nhiều v thiết ị và vật li u hàn PTA ó gi tương

i ao M t kh , sự ịnh hướng nghi n ứu ể ứng ụng ông ngh hàn PTA vào thự tế

s n xu t hưa rõ ràng V vậy, t gi lựa họn ề tài “Nghiên cứu tạo lớp đắp chịu mài mòn trên nền thép Các bon bằng công nghệ hàn plasma bột“ nhằm tạo hế tạo mới và

phụ h i ạng hi tiết làm vi trong môi trường hịu mài m n ở iều ki n khô (không

ó h t ôi trơn) Vật li u hàn ư s ụng là ột h p kim ể hàn ắp l n tr n ề thép

on trung nh C45 ạng t m Kim loại m i hàn y u u ó ộ ứng kho ng 55-60HRC, ó

kh năng hịu mài m n o ma s t trong iều ki n khô

Ph n tí h và x ịnh u trú , tổ hứ , thành ph n, ộ ứng và kh năng hịu mài

m n ủa kim loại m i hàn

Đối tượng nghiên cứu

H p kim ột ứng ụng ho qu tr nh hàn PTA ể tạo ra lớp ắp ó ộ ứng 60HRC, ó kh năng hịu mài m n trong iều ki n khô

55-Vật li u nền là thép C45 không nung nóng sơ ộ trướ khi hàn

Chế ộ ông ngh hàn PTA và mứ ộ tham gia ủa kim loại ơ n vào m i hàn

Nội dung nghiên cứu

Nghi n ứu yếu t nh hưởng ến tính kim loại m i hàn và mứ ộ tham gia ủa kim loại ơ n vào m i hàn

Nghi n ứu, ph n tí h, x ịnh thành ph n và hàm lư ng ột h p kim; pha trộn hỗn h p ột h p kim ằng phương ph p ơ họ

Nghi n ứu, ph n tí h thành ph n, u trú và tổ hứ kim loại m i hàn; x ịnh

ộ ứng và kh năng hịu mài m n ủa kim loại m i hàn

Phương pháp nghiên cứu

Hi n nay, ột h p kim ứng ụng ho qu tr nh hàn PTA h u hết hưa ư ti u huẩn hóa Một s tính h t l -nhi t ủa ột h p kim mà nhà s n xu t ung p không

ủ thông tin ể x y ựng ơ sở ữ li u ho qu tr nh mô ph ng ằng phương ph p ph n t hữu hạn (FEM-Finite Element Method) tr n ph n mềm V vậy, ứng ụng ài to n mô

ph ng ằng ph n mềm huy n ụng SYSWELD g p r t nhiều khó khăn V nếu ữ

li u về vật li u hàn ưa vào không ủ th o y u u ho không hính x th kết qu mô

ph ng sẽ ị sai l h làm nh hưởng ến qu tr nh ph n tí h, tính to n trường nhi t, ứng

su t và iến ạng hàn, gi n và u trú pha, qu tr nh hóa-l x y ra khi luy n kim

và kết tinh ủa kim loại m i hàn, M t kh th o t gi Nguyễn Thế Ninh, mô h nh hóa ằng ph n t hữu hạn thường i h i s ụng nhiều gi ịnh ể ơn gi n hóa v n ề li n quan khiến ho kết qu tính to n th o mô h nh này r t nhạy m với gi ịnh ó V vậy, kết qu tính to n ằng phương ph p ph n t hữu hạn khi hưa ư kiểm nghi m thường hỉ ư ùng ể nghi n ứu ịnh tính hứ không ủ ộ tin ậy trong nh gi ịnh

lư ng hi n tư ng iến thi n tứ thời ủa qu tr nh hàn [8] Từ y u u thự tế tr n, t

gi lựa họn phương ph p ph n tí h tài li u kết h p với quy hoạ h thự nghi m và tổ

hứ thí nghi m Biết rằng phương ph p này t n kém về thời gian, ông sứ và kinh tế, nhưng ó lẽ ở thời iểm hi n tại nó là sự lựa họn phù h p hơn Phương ph p nghi n

ứu ư t gi lựa họn và thự hi n như sau:

Nghi n ứu, ph n tí h tài li u ủa nhà s n xu t thiết ị và vật li u hàn PTA; ông tr nh nghi n ứu về ông ngh hàn PTA ủa t gi ư ông ở trong và ngoài nướ Từ ó, x ịnh nội ung ư nghi n ứu và nội ung hưa ư nghi n ứu ể t m ra hướng nghi n ứu mới ho ề tài ứng ụng trong iều ki n Vi t Nam

Kh o s t ơ sở vật h t, thiết ị và vật li u hàn phụ vụ ho qu tr nh nghi n ứu và thự nghi m

Ph n tí h thành ph n, x ịnh hàm lư ng, pha trộn hỗn h p ột h p kim ằng phương ph p ơ họ p ứng ư y u u

Tổ hứ thự nghi m hàn h p kim ột pha trộn l n ề m t t m thép on C45 ằng qu tr nh hàn PTA Sau ó tiến hành so s nh, nh gi và i hứng với mẫu hàn PTA ằng h p kim ột Eutroloy 16606

Ph n tí h tổ hứ , u trú ; x ịnh thành ph n, ộ ứng và kh năng hịu mài

m n ủa kim loại m i hàn

Phạm vi nghiên cứu

Trong ề tài này, t gi tập trung hướng vào nghi n ứu yếu t nh hưởng ến

qu tr nh hàn, mứ ộ tham gia ủa kim loại ơ n vào m i hàn, u trú và tổ hứ kim loại m i hàn, ộ ứng và kh năng hịu mài m n ủa kim loại m i hàn

Đ i với h p kim ột, o hưa ó ông ngh , thiết ị hế tạo h p kim ột như

h ng Böhl r, Castolin, Höganas, Durum, K nnam tal, Comm rsal , Hita hi, Dai o, V vậy, t gi giới hạn nghi n ứu trong phạm vi ph n tí h ư sự nh hưởng ủa một s

nguy n t h p kim, x ịnh ư thành ph n và hàm lư ng h p kim, pha trộn ư hỗn

h p ột h p kim ằng phương ph p ơ họ và tiến hành hàn th nghi m ột h p kim tr n

nền thép on C45 ằng qu tr nh hàn PTA

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ph n tí h, x ịnh ư thông s , hế ộ ông ngh hàn PTA ằng h p kim ột

tr n nền thép on trung nh C45 không nung nóng sơ ộ

Ph n tí h yếu t nh hưởng nhằm hạn hế mứ ộ tham gia kim loại ơ n vào

Ứng ụng ông ngh hàn ti n tiến vào lĩnh vự hàn ắp tạo ề m t th o y u u Đ y

là ơ sở ể hế tạo, phụ h i hi tiết y u u ề m t ứng, hịu mài m n ứng ụng trong ngành ông nghi p gi y, xi măng, x y ựng, khai kho ng, mía ường, ơ khí, nông nghi p,

Kết qu nghi n ứu ủa luận n ó thể làm tài li u tham kh o trong qu tr nh ào tạo

Các kết quả mới của luận án

Ph n tí h mứ ộ nh hưởng ủa WC, Cr3C2 và F ến ơ tính m i hàn; x ịnh

ư thành ph n, hàm lư ng, pha trộn ư hỗn h p ột h p kim M ằng phương

ph p ơ họ ứng ụng ho qu tr nh hàn PTA ở iều ki n Vi t Nam

Ph n tí h nh hưởng ủa hế ộ ông ngh hàn PTA ến h nh ạng, kí h thướ m i hàn; t m ra gi i ph p hạn hế mứ ộ tham gia ủa kim loại ơ n vào m i hàn

Ph n tí h yếu t quyết ịnh ến ộ ứng và kh năng hịu mài m n ủa kim loại

m i hàn; x ịnh ư tổ hứ , u trú , ộ ứng, kh i lư ng m n ủa kim loại m i hàn khi hàn h p kim ột Eutroloy 16606 và h p kim ột M tr n nền thép C45 không nung nóng sơ ộ ằng qu tr nh hàn PTA

Kết cấu của luận án

Ngoài mụ th o quy ịnh và ph n mở u, nội ung nghi n ứu ủa luận n ư

tr nh ày trong 05 hương, ụ thể như sau:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Nghi n ứu yếu t nh hưởng ến qu tr nh hàn

Chương 3: Ph n tí h thành ph n và pha trộn ột h p kim

Chương 4: X y ựng mô h nh và hàn thự nghi m

Chương 5: Kết qu nghi n ứu và àn luận

Kết luận hung ủa luận n và kiến nghị hướng nghi n ứu tiếp th o

Tài li u tham kh o

Danh mụ ông tr nh ông ủa luận n

Phụ lụ

1 Tổng quan

1.1 Lịch sử phát triển của công nghệ hàn PTA

Công ngh hàn h quang plasma ột (PTA - Plasma Transferre Ar ho PTAW - Plasma Transf rr Ar W l ing) ư nghi n ứu từ những năm 60 ủa thế kỷ XX Đến những năm 1980, ông ngh hàn PTA mới ư ứng ụng rộng r i trong ông nghi p [34], [50] PTA ư nghi n ứu và ph t triển tr n ơ sở ông ngh hàn h quang plasma (PAW

- Plasma Ar W l ing) V vậy, về ơ n, ông ngh hàn PTA ó nhiều iểm gi ng như PAW Điều kh i t ơ n giữa hai qu tr nh hàn này ó là PTA s ụng vật li u hàn ạng ột h p kim, n PAW s ụng y hàn [82]

1.2 Đặc điểm của quá trình hàn PTA

Điểm kh i t ủa qu tr nh hàn PTA ó là s ụng vật li u hàn ạng ột Tùy thuộ vào mụ í h và y u u s ụng, ó thể lựa họn h p kim ột với thành ph n phù

h p Kí h ột h p kim s ụng trong qu tr nh hàn PTA thường nằm trong kho ng 150µm [50] Bột h p kim ư hứa trong phễu ho nh hứa Nó ư ưa ến u phun plasma ởi ng khí mang Nhi t h quang plasma sẽ làm nóng h y h p kim ột và tạo iều ki n thuận l i ể húng i vào vũng hàn Sau ó, kim loại vũng hàn kết tinh tạo thành m i hàn Toàn ộ vũng hàn và vùng l n ận ủa nó ư o v ởi môi trường khí trơ thường là khí Argon (Ar) ho H li (H ) ho hỗn h p ủa húng (Ar-He)

50-H nh 1.1 So s nh hai qu tr nh hàn PTA và PA [82]

Hi n nay, PTA là qu tr nh hàn ư ứng ụng ể hàn ắp ề m t y u u kỹ thuật ao Qu tr nh hàn PTA ó nhiều ưu iểm như hạn hế sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn, n ng ao h t lư ng lớp ắp, tăng năng su t hàn, hạn hế khuyết tật hàn [1], [50] V vậy, qu tr nh hàn PTA thường ùng ể hàn ắp tạo ra ề m t ứng, hịu mài m n, h ng ăn m n, hịu nhi t,

Đ iểm ủa qu tr nh hàn PTA là h quang ó nhi t ộ r t ao, ó thể ạt tới 20000-300000C, h quang ổn ịnh, t ộ hàn ao, iến ạng o nhi t th p, t ộ kết tinh nhanh, thời gian hàn ngắn Vũng hàn ư o v ởi khí trơ n n tr nh ư sự oxy hóa và

gi m thiểu khuyết tật trong m i hàn Một trong những ưu iểm lớn ủa qu tr nh hàn PTA ó là sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn th p Khi hàn PTA, mứ ộ tham gia

ủa kim loại vào m i hàn nằm trong kho ng 5-10%, sự li n kết kim loại ề m t với lớp kim loại nền ao [16]

Ngoài ra, qu tr nh hàn PTA n ó một s ưu iểm kh ó là năng lư ng ường

th p, hạn hế sự ắn tó kim loại, iến ạng hàn nh , vùng nh hưởng nhi t nh , không ó

xỉ, hạn hế sự m t m t nguy n t h p kim, h t lư ng và ơ tính m i hàn ao [1], [50]

Th o tài li u [40], so với qu tr nh hàn truyền th ng, PTA ó một s ưu iểm như mứ ộ m t m t vật li u th p, hiều ao lớp ắp từ 0.5-5.0mm, hiều rộng m i hàn từ 3.0-50mm Lớp ắp ó ơ tính t t hơn, vùng nh hưởng nhi t nh hơn o kiểm so t năng

lư ng ường t t hơn

Th o tài li u [57], qu tr nh hàn PTA ó hi u su t ao, năng lư ng ường th p, hàn

ư nhiều loại vật li u kh nhau

Trong s n xu t ông nghi p, qu tr nh hàn PTA ư ứng ụng ể hế tạo và phụ

h i ề m t khuôn, ề m t làm vi ủa van, xi lanh trong ngành ông nghi p ô tô, hóa h t

và hóa u [16]

H nh 1.2 Hàn ắp ề m t ằng qu tr nh hàn PTA [56]

Qu tr nh hàn PTA ũng ư ứng ụng nhằm tạo ra lớp ắp ứng, hịu mài m n với những loại vật li u kh nhau trong ngành ông nghi p khai kho ng, hóa h t, xi măng, mía ường, ột gi y [54], [40]

H nh 1.3 Sự ph n nhi t ở vùng ủa h quang hàn plasma [78]

H quang plasma tạo ra ngu n nhi t ao, ổn ịnh và tập trung Nhi t h quang plasma ó ông su t lớn hơn r t nhiều so với qu tr nh hàn kh Đ y là ưu iểm r t lớn ủa qu tr nh hàn PTA Nó là yếu t ho phép tăng năng su t hàn và n ng ao h t

lư ng m i hàn

1.3 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Để p ứng y u u ngày àng ao ủa qu tr nh s n xu t, ở nướ ó nền ông nghi p ph t triển tr n thế giới nghi n ứu và ứng ụng ông ngh hàn PTA ể hế tạo mới ho phụ h i lớp kim loại ề m t (lớp kim loại làm vi ) ủa hi tiết, s n phẩm làm vi trong môi trường ó iều ki n khắ nghi t như hịu mài m n, hịu nhi t, hịu ứng

su t, hịu va ập, h ng ăn m n,

Qu tr nh ph n tí h th y rằng, h u hết những ài o khoa họ , ề tài nghi n ứu, ông tr nh nghi n ứu về ông ngh hàn PTA ủa t gi tr n thế giới ều tập trung

hủ yếu ở nướ ó nền ông nghi p ph t triển như Đứ , Thụy Sĩ, Italia, Mỹ, Nhật

B n, Từ vi nghi n ứu ến ứng ụng ông ngh hàn PTA vào thự tế s n xu t ều ư khởi ngu n từ nướ ó nền ông nghi p ph t triển Nhiều ông tr nh nghi n ứu về ông ngh hàn PTA ủa t gi ở những nướ này ư p ằng s ng hế như: Y

Takeuchi và M Nagata (Japan) ư p ằng s ng hế Unit Stat s Pat nt (Pat nt Num r: 4621183) năm 1986 về phương ph p hàn ề m t van ằng ột h p kim; A Sato

và ộng sự ư p ằng s ng hế Unit Stat s Pat nt (Pat nt Number: US7626136B2) năm 2009 về vi i tiến mi ng phun ột h p kim,

C h ng s n su t thiết ị và vật li u ột ứng ụng ho ông ngh hàn PTA nổi tiếng tr n thế giới ũng tập trung hủ yếu ở nướ ó nền ông nghi p ph t triển Cụ thể như Castolin Eut ti (Thuỵ Sỹ), Böhl r W l ing Group (CHLB Đứ ), Dai o (Nhật B n), Comm rsal (Italia), M tt h (Cana a), Cloos (CHLB Đứ ), Sulz r M t o (CHLB Đứ ),

K nnam tal (Hoa K ), T hnos Ar (Nhật B n), Mitshu ishi (Nhật B n), PAC (Hoa K ), Durum (CHLB Đứ ), Hita hi (Nhật B n),

H nh 1.4 Hàn phụ h i nh tur in ằng PTA với ột h p kim St llit [75]

Sau khi ư nghi n ứu và ứng ụng ở nướ ó nền ông nghi p ph t triển, ông ngh hàn PTA hi n nay ang ư ứng ụng và mở rộng sang nướ ang ph t triển như Trung Qu , Ấn Độ, Braxin, Vi t Nam, C ề tài nghi n ứu, ài o khoa

họ về ông ngh hàn PTA ủa t gi ở nướ ang ph t triển hủ yếu mang tính ứng ụng và mở rộng phạm vi ứng ụng ể hàn vật li u kh nhau với nhiều thiết ị hàn và h p kim ột kh nhau B n ạnh ó, một s h ng s n xu t thiết ị và vật li u hàn PTA nổi tiếng tr n thế giới ũng mở rộng h p t với i t ở nướ ang ph t triển nhằm ph t triển kinh oanh, khai th ngu n nh n ông gi rẻ và mở rộng thị trường

ti u thụ ở nướ , khu vự ó t ộ tăng trưởng ao như Ch u Á và Nam Mỹ

1.4 Tình hình nghiên cứu trong nước

M ù ư nghi n ứu và ứng ụng ở nhiều nướ tr n thế giới, nhưng PTA vẫn n kh mới lạ và hưa ư nghi n ứu, ứng ụng nhiều ở Vi t Nam Qu tr nh kh o

s t ở một s trường Đại họ và ngoài Doanh nghi p th y rằng, h u hết sinh vi n, họ sinh, ông nh n và ngay một ph n không nh gi o vi n, gi ng vi n huy n về lĩnh vự hàn ũng hưa iết ho hưa ư tiếp ận với ông ngh hàn PTA Có lẽ, một m t là o iều ki n nghi n ứu ở trong nướ ị hạn hế v thiếu thiết ị và vật li u hàn PTA, s

lư ng huy n gia ho nhà nghi n ứu về ông ngh hàn PTA ở Vi t Nam là không nhiều, môi trường ứng ụng ông ngh hàn PTA là hưa lớn M t kh , thiết ị và vật li u hàn PTA ó gi thành kh ao, ao hơn so với ông ngh hàn truyền th ng n n ph n nào nh hưởng ến gi thành ủa s n phẩm u ra, o ó phạm vi ứng ụng ông ngh hàn PTA ị hạn hế C oanh nghi p ũng hưa m u tư thiết ị hàn PTA v gi thành

ao, phạm vi ứng ụng n h p o hưa ó môi trường ứng ụng và thị trường kinh doanh

M ù nghi n ứu và ứng ụng sau so với nhiều nướ , nhưng với những ưu iểm

vư t trội n n ông ngh hàn PTA ướ u ư nghi n ứu và ứng ụng vào thự tế

s n xu t tại Vi t Nam C ề tài nghi n ứu về ông ngh hàn PTA ủa t gi thi n

về hướng ứng ụng Đến nay, một s ơn vị mạnh ạn u tư thiết ị hàn PTA ho qu

tr nh nghi n ứu (như trường Đại họ B h khoa Hà Nội) và ứng ụng ể hàn hi tiết,

s n phẩm trong lĩnh vự u khí, hóa h t, vận t i, khai m , (như Công ty THT Trường Ph t, Công ty Vi t Long)

Năm 2004, ề tài khoa họ m s VLIR-HUT PJ04 thuộ hương tr nh h p t giữa trường Đại họ B h khoa Hà Nội với ộng ng trường ại họ kh i Fl mish –

Vương qu Bỉ “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn đắp Plasma bột để chế tạo các dụng

cụ cắt làm việc trong điều kiện chịu mài mòn và va đập cao” o PGS.TS Bùi Văn Hạnh

(Bộ môn Hàn và Công ngh kim loại, Vi n Cơ khí, Trường Đại họ B h Khoa Hà Nội) làm hủ nhi m nghi n ứu qu tr nh hàn PTA ứng ụng tạo ph n lư i ắt ủa ao h t

m nh s ụng trong ngành ông nghi p s n xu t ột gi y ở Vi t Nam Đề tài tập trung nghi n ứu và gi i quyết ư một s v n ề như:

+ Nghi n ứu môi trường và iều ki n làm vi ủa ao h t m nh

+ Nghi n ứu và lựa họn thành ph n h p kim ột hàn ắp

+ Nghi n ứu, thiết lập quy tr nh hàn ao h t m nh ằng ông ngh PTA

+ Nghi n ứu tổ hứ kim loại ủa lư i ắt ủa ao h t m nh

+ Nghi n ứu, thiết kế quy tr nh ông ngh gia ông sau khi hàn

+ Nghi n ứu những yếu t nh hưởng ến tuổi thọ ủa ao h t m nh

H nh 1.5 Hàn phụ h i ao h t m nh trong ngành s n xu t ột gi y

Kết qu nghi n ứu về ông ngh hàn PTA ủa PGS TS Bùi Văn Hạnh m ù mới hỉ ứng ụng ể hàn lư i ao h t m nh trong ngành ông nghi p s n xu t ột gi y, nhưng y là ề tài nghi n ứu mang tính ứng ụng về ông ngh hàn PTA u ti n ở Vi t Nam V vậy, nó là ơ sở quan trọng ể nghi n ứu nhằm tạo ra ề m t ứng, làm vi trong iều ki n hịu va ập mạnh tr n nền thép C on Đ ng thời là ơ sở ể tiếp tụ mở rộng nghi n ứu th o hướng ứng ụng nhằm tạo ra ề m t làm vi trong những iều

ki n và môi trường khắ nghi t

Tiếp tụ mở rộng nghi n ứu về ông ngh hàn PTA th o hướng ứng ụng, năm

2011, TS Hoàng Văn Ch u (Vi n Nghi n ứu Cơ khí, Bộ Công Thương) thự hi n ề

tài p Nhà nướ , m s ĐT-PTNTĐ.2011-G/08 “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn plasma để chế tạo và phục hồi các chi tiết máy” Đề tài nghi n ứu ứng ụng ông ngh

hàn PTA ể phụ h i Dao xén gi y và Xupap m y thủy ằng h p kim ột WC-104 ủa

h ng Praxair Tafa

H nh 1.6 Hàn xupap m y thủy ằng PTA với ột h p kim WC-104[4]

Kết qu nghi n ứu ủa ề tài ư ứng ụng trong lĩnh vự s n xu t gi y và s a hữa m y thủy Với ao xén gi y, n tạo ra ề m t ứng và hịu va ập tr n nền thép C

on Với xupap m y thủy, n tạo ra ề m t làm vi hịu nhi t, hịu va ập, hịu ứng

su t, h ng ăn m n M ù hưa ó nh gi ụ thể về mứ ộ huyển giao ho ơn vị

s n xu t, nhưng ó thể nói rằng kết qu nghi n ứu ủa ề tài là tài li u, là ơ sở quan trọng ể huy n gia, gi ng vi n, sinh vi n ngành hàn tham kh o và tiếp tụ mở rộng hướng nghi n ứu về ông ngh hàn PTA ở Vi t Nam

Trong những năm g n y, o nhu u ủa thị trường, một s Doanh nghi p Vi t Nam u tư thiết ị hàn PTA ể s n xu t, hế tạo và phụ h i một s s n phẩm ơ khí với y u u kỹ thuật ao s ụng trong ngành ông nghi p như khai kho ng, xi măng,

gi y, u khí, mía ường, x y ựng, hóa h t, Với những ề tài mang tính ứng ụng ao

và t ộ ph t triển ủa nướ ta như hi n nay, hắ hắn trong tương lai không xa, ông ngh hàn PTA sẽ ư nghi n ứu ứng ụng rộng r i hơn và ó vị trí rõ ràng hơn

Kết luận Chương 1

Ph n lớn ông tr nh nghi n ứu, h ng s n xu t thiết ị và vật li u ột ứng ụng

ho ông ngh hàn PTA tập trung ở nướ ph t triển, sau ó mở rộng sang nướ ang ph t triển

C ề tài nghi n ứu về qu tr nh hàn PTA hủ yếu tập trung nhằm tạo ra ề

m t làm vi trong iều ki n i t như ộ ứng cao, hịu mài m n, hịu va ập, hịu nhi t, h ng ăn m n

Với t ộ ph t triển như hi n nay, ự o trong tương lai g n, PTA sẽ ư ứng ụng rộng r i hơn và n thay thế ho hiếm thị ph n ủa một s ông ngh hàn truyền

th ng ể tạo ra s n phẩm h t lư ng ao p ứng y u u thự tế s n xu t ông nghi p

2 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hàn

2.1 Sự hình thành mối hàn

2.1.1 Sự hình thành hồ quang plasma

Ở trạng th i và iều ki n nh thường, ph n t khí không ẫn i n Nhưng khi

ị ion hóa, ph n t khí tăng t và va hạm vào nhau Lự li n kết giữa hạt nh n nguy n t và i n t ị ph v Khi ó, l tron ư gi i phóng và t h kh i hạt

nh n nguy n t Trong vùng khí ị ion hóa, ó ion mang i n tí h ương và i n t tự

o mang i n tí h m Chúng ị ion hóa n n ó năng lư ng và vận t r t lớn, huyển ộng ó hướng ể tạo ra h quang plasma [50]

H nh 2.1 C ion mang i n tí h ương (màu xanh) và i n t mang i n tí h m (màu

vàng) trong ột h quang plasma [99]

Th o tài li u [9] và [50], d ng plasma mang i n tí h và ị nh hưởng ởi từ trường Nhi t ộ trung nh ủa ột h quang plasma kho ng 15000-200000

C

Qu tr nh hàn PTA thường s ụng ng i n hàn một hiều ự thuận (DCEN) Ngu n i n thứ nh t ùng ể tạo h quang plasma, ự m ư n i với i n ự không nóng h y, n ự ương ư n i với mi ng phun plasma Ngu n i n thứ hai ùng ể tạo ra ng huyển ị h h quang plasma, ự m ư n i với i n ự không nóng h y,

n ự ương ư n i với vật hàn Kết h p với ng khí tạo plasma, h quang plasma sẽ huyển ị h từ u i n ự , qua mi ng phun ến vật hàn Khi h quang h nh thành, vật hàn trở thành một ộ phận không thể thiếu v nó ó vai tr khép kín mạ h i n Khi ó, h quang plasma ư ẫn hướng và tập trung ph n lớn ngu n nhi t vào vật hàn

H nh 2.2 Sơ hóa sự h nh thành h quang plasma [99]

H p kim ột sẽ ư ng khí vận huyển từ nh hứa ến u m hàn và i vào

ột h quang plasma Khi qua ột h quang plasma, ột h p kim ị nóng h y và phun vào trong vũng hàn Sau ó, kim loại vũng hàn kết tinh tạo ra m i hàn tr n ề m t vật hàn [99] Điều hỉnh ường ộ ng hàn, t ộ hàn, lưu lư ng khí tạo plasma và khí mang ột, hiều ao m hàn sẽ làm thay ổi ông su t h quang plasma, năng lư ng ường, hiều s u

ng u và h nh ạng ủa vũng hàn [70]

Vận t ng plasma nằm trong kho ng 60-200m/gi y khi t ộ p khí tạo plasma là 3.5 lít/phút Vận t ng plasma sẽ tăng l n khi tăng t ộ p khí tạo plasma

và gi m kí h thướ mi ng phun plasma [44], [50]

H nh 2.3 M i quan h giữa t ộ ng plasma với kí h thướ mi ng phun [50]

Th o tài li u [84], t ộ ng plasma (V) ư x ịnh qua ông thứ sau:

V

(2.1) Trong ó: ΔP(r) lự từ tính ủa ng i n

ρ∞ là tỉ trọng ủa ng plasma l ng

Đường kính ủa mi ng phun plasma nh hưởng trự tiếp ến ường ộ h quang plasma Khi tăng ường kính mi ng phun th ường ộ h quang plasma gi m xu ng Ngoài ra, ường ộ h quang plasma ũng gi m xu ng khi tăng kho ng h giữa m hàn với vật hàn

H nh 2.4 So s nh h nh ạng ột h quang khi hàn PTA và GTA [99]

Trong qu tr nh hàn PTA, h quang plasma nh và h p hơn so với qu tr nh hàn GTA Đ u i n ự nằm ở phía n trong mi ng phun plasma, không nhô ra ngoài như qu

tr nh hàn GTA Do ó, nó ư o v t t hơn so với khi hàn GTA Đ ng thời tạo iều

ki n thuận l i ho qu tr nh h nh thành h quang plasma [50]

H nh 2.5 H nh ạng ột h quang khi hàn GTA và PTA [50]

So với qu tr nh hàn GTA, PTA ó ột h quang h p hơn, nhi t tập trung hơn n n

t ộ và năng su t hàn ao hơn M t kh , ngu n nhi t hàn PTA hủ yếu tập trung làm nóng h y h p kim ột n n hạn hế kim loại nền tham gia vào m i hàn

2.1.2 Hiệu suất hồ quang plasma

Hi u su t h quang plasma (α) ư mô t là tổng năng lư ng nhi t h quang truyền vào m i hàn Trong qu tr nh hàn PTA, khi tăng ường ộ ng hàn và s ụng h quang xung th hi u su t ủa h quang plasma sẽ tăng l n H quang xung làm tăng hi u

su t h quang plasma nhưng nó không làm m t sự ổn ịnh ủa h quang plasma Khi gi m

hu k xung, hi u su t ủa h quang plasma ũng gi m th o

Th o tài li u [50], hi u su t h quang plasma ư x ịnh qua ông thứ sau:

)]

)(

2 [(

exp ]

2 )

V amb

r

I U

r T

Trong ó: Tr là nhi t ộ tại iểm t k h t m ngu n nhi t một kho ng n kính r (0C)

Tamb là nhi t ộ môi trường (0C)

h y ủa kim loại Đường kính ủa mi ng phun plasma phụ thuộ vào nhiều yếu t như

kí h hạt ủa ột h p kim và t ộ p ột [64] Khi mi ng phun plasma ư làm m t ằng nướ sẽ làm gi m nhi t ở u mi ng phun, làm tăng năng su t hàn, tăng tuổi thọ ủa

i n ự

2.1.3 Sự phân bố nhiệt trong cột hồ quang plasma

Trong qu tr nh hàn PTA, ngu n nhi t plasma ó nhi m vụ làm nóng h y h p kim

ột và nung nóng ề m t vật hàn [15] Công su t nhi t h quang plasma nh hưởng r t lớn

ến h t lư ng m i hàn và năng su t hàn Nhi t sinh ra ởi h quang plasma là r t lớn, v vậy, nó ó thể làm nóng h y h u hết loại vật li u trong một thời gian ngắn Đ y là ưu iểm r t lớn ủa h quang plasma i t khi ứng ụng ông ngh hàn h quang plasma

ể hàn ắp ề m t lớn và y u u h t lư ng ao

Sự ph n nhi t ở vùng trong ột h quang plasma là kh nhau Nhi t tập trung ao nh t ở vùng u i n ự Nó gi m n th o hiều ài và n kính ủa ột h quang plasma Nhi t ộ tr n ề m t vũng hàn ướ tính kho ng 27000C [90] Nhi t ộ trung

nh ủa vũng hàn là kho ng 1650-17000

C [50]

Nhi t h quang plasma phụ thuộ hủ yếu vào loại i n ự , loại khí và t ộ p khí tạo plasma, ường ộ ng hàn và u tạo ủa mi ng phun plasma

H nh 2.6 Sự ph n nhi t trong ột h quang plasma khi thay ổi ng hàn [50], [76]

H quang plasma ó ông su t nhi t lớn hơn so với h quang hàn GTA Nhi t h quang plasma tập trung hơn, vùng nh hưởng nhi t nh hơn so với qu tr nh hàn GTA Khi

s ụng ùng một loại khí o v là Ar, mật ộ ng i n và nhi t ộ ủa h quang plasma

ao hơn nhiều so với qu tr nh hàn GTA [50]

H nh 2.7 So s nh sự ph n nhi t khi hàn GTA và PTA ư o v ởi khí Ar [50]

Th o tài li u [78], trong qu tr nh hàn PTA, nhi t truyền vào vũng hàn hiếm kho ng 60-65%, 10-15% vào h p kim ột, 10-20% nướ làm m t tu n hoàn và th t tho t

ra môi trường khí xung quanh là kho ng 10-20%.

H nh 2.8 Sự ph n nhi t ở vùng ủa h quang khi hàn PTA[78]

Nhi t truyền vào vật hàn hủ yếu tập trung ở vũng hàn Tại y, nhi t h quang plasma làm nóng h y hoàn toàn h p kim ột ư ung p ho qu tr nh hàn và một

ph n kim loại nền ể h nh thành m i hàn

2.1.4 Sự chuyển động của dòng kim loại lỏng trong vũng hàn

D ng h y là kh i ni m thường ư s ụng ho h t khí và h t l ng Sự huyển ộng i lưu ủa kim loại l ng trong vũng hàn nh hưởng trự tiếp ến sự h a tan, sự ph n

ly, sự ay hơi ủa nguy n t h p kim và u trú ủa kim loại m i hàn [50] Đ i t,

sự huyển ộng i lưu ủa kim loại l ng trong vũng hàn nh hưởng ến h nh ạng vũng hàn, sự h nh thành pha, sự kết tinh và ơ tính ủa m i hàn [77]

H nh 2.9 D ng plasma và ột h p kim khi hàn PTA [94]

C yếu t nh hưởng trự tiếp ến sự huyển ộng i lưu ủa kim loại l ng trong vũng hàn là lự i n từ hay n gọi là lự Lor ntz (Fem), lự ẩy A sim t (Fb), lự ăng ề

m t hay n gọi là lự Marangoni (Fγ), lự va hạm, lự ma s t và p lự h quang plasma (Farc) [50], [59]

H nh 2.10 Sự i lưu ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn khi hàn PTA [50]

a, Do lự ẩy A sim t , Do lự ăng ề m t hay lự Marangoni

, Do lự i n từ hay hính là lự Lor ntz , Do lự va hạm, lự ma s t, khí ộng lự họ

D ng h y ủa kim loại l ng ó thể ư x ịnh qua m t ắt ngang ủa vũng hàn

D ng kim loại l ng huyển ộng từ t m ra i n ủa vũng hàn ư gọi là ng i lưu

ph n k D ng kim loại l ng huyển ộng từ i n vào t m ủa vũng hàn ư gọi là ng

i lưu hội tụ D ng kim loại l ng huyển ộng i lưu ph n k tương i ổn ịnh D ng kim loại l ng huyển ộng i lưu hội tụ không ổn ịnh Nó g y ra hi n tư ng x o trộn kim loại l ng trong vũng hàn Đ y ũng là nguy n nh n tạo ra vết lõm tr n ề m t ọ th o trụ m i hàn [50]

H nh 2.11 Sự huyển ộng i lưu ph n k (a) và hội tụ ( ) ủa ng kim loại l ng

a, b,

H nh 2.12 Sự huyển ộng ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn [27]

a, Sự huyển ộng i lưu ph n k , Sự huyển ộng i lưu hội tụ

Lự i n từ (Fem) sinh ra o sự t ộng giữa ng kim loại l ng trong vũng hàn và

từ trường ủa ng i n Sự ị h huyển ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn phụ thuộ vào lự từ và ường ộ h quang plasma [50] Lự i n từ thay ổi khi ó sự thay ổi mật

ộ ng i n trong ột h quang plasma Lự i n từ là yếu t quan trọng quyết ịnh ến

h nh ạng m i hàn, ộ ng u ủa m i hàn Nó ư x ịnh qua ông thứ ưới y [74]

F em J cd.B mf (2.3)

Trong ó: Jcd là mật ộ ng i n

Bmf là từ thông ủa ng i n

Lự ẩy A sim t (Fb) sinh ra khi ó sự h nh l h nhi t ộ trong vũng hàn Ở nhi t

ộ àng ao, tỉ trọng ủa kim loại l ng àng gi m V vậy, kim loại l ng ở vùng ó nhi t ộ

ao, ó tỉ trọng th p hơn sẽ ị ẩy và ị h huyển l n tr n ề m t ủa vũng hàn C n kim loại l ng ở vùng nhi t ộ th p hơn, ó tỉ trọng lớn hơn, sẽ ị h huyển xu ng phía ưới

ủa vũng hàn Lự ẩy A sim t (Fb) ư x ịnh qua ông thứ ưới y [74]

)(

e mp 0 mp,

lm

F    (2.4) Trong ó: lm là tỉ trọng ủa kim loại l ng

βe là h s gi n nở nhi t ủa kim loại

g là gia t trọng trường

Tmp là nhi t ộ ủa kim loại l ng trong vũng hàn

T0, mp là nhi t ộ nóng h y ủa kim loại

Lự ăng ề m t (Fγ) sinh ra khi ó sự thay ổi ho h nh l h nhi t ộ tr n ề

m t tho ng ủa vũng hàn Khi ó, hi u ứng Marangoni tạo ra lự ăng tr n toàn ộ ề m t tho ng vùng kim loại l ng tr n ề m t vũng hàn Lự ăng ề m t tỉ l nghị h với nhi t ộ

ủa vũng hàn Nó sẽ tăng l n khi nhi t ộ gi m xu ng và ngư lại V khi nhi t ộ tăng

l n sẽ làm tăng sự huyển ộng ủa ng kim loại l ng, vận t ủa nguy n t kim loại tăng l n ph v sự li n kết giữa húng Mỗi loại vật li u ó h s gi n nở nhi t kh nhau

n n ó sứ ăng ề m t kh nhau khi ở trạng th i l ng Sứ ăng ề m t sẽ làm ng kim loại l ng huyển ộng từ t m ra i n ủa vũng hàn Lự ăng ề m t ư x ịnh qua ông thứ ưới y [50], [59], [74]

T F

.W T dT d Ma

γ/ T là h s nhi t tr n ề m t tho ng ủa vũng hàn

µ là ộ nhớt ủa kim loại l ng

α là sự khuế h t n nhi t ủa kim loại l ng, α =Kl/ρ.Cpl

Kl là h s ẫn nhi t ủa kim loại l ng

ρ là tỉ trọng ủa kim loại l ng

Cpl là nhi t rung ri ng ủa kim loại l ng

T ộ ị h huyển ủa l tron và ion trong ột h quang plasma và trong vũng hàn là r t lớn Chúng va hạm vào nhau và tạo ra ộng năng r t lớn Nó tạo ra sự huyển ộng i lưu li n tụ ủa kim loại l ng th o hướng từ i n vào t m ủa vũng hàn

V vậy, lự va hạm ó xu hướng làm tăng th m sự x o ộng ủa kim loại l ng trong vũng hàn và g y ra hi n tư ng lõm tr n ề m t m i hàn sau khi kim loại l ng kết tinh Ngoài ra,

ao ộng ngang m hàn ũng ẫn ến sự ị h huyển h quang plasma Nó nh hưởng ến

sự i lưu ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn [50]

Như vậy, sự huyển ộng i lưu ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn là kết qu tổng h p giữa loại lự sinh ra trong qu tr nh hàn Nó phụ thuộ vào phương ph p hàn, loại ng hàn, thông s hế ộ hàn, tính vật li u và phương ph p ao ộng m hàn Trong ó, lự ẩy A sim t và lự ăng ề m t tạo ra sự huyển ộng ph n k ủa

ng kim loại l ng trong vũng hàn Lự i n từ, lự ma s t, lự va hạm và p lự h quang plasma tạo ra sự huyển ộng hội tụ ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn

2.1.5 Sự nóng chảy và kết tinh kim loại

2.1.5.1 Sự nóng chảy và bay hơi

Năng lư ng nhi t o h quang plasma sinh ra là r t lớn Nó nh hưởng trự tiếp ến

sự nóng h y, ay hơi và kết tinh kim loại l ng Ở nhi t ộ ao, kim loại t n tại ở trạng

th i l ng n n r t ễ ị ay hơi Với kí h hạt F là 50μm, t ộ ay hơi ủa nó nằm trong kho ng 0.8-1.0μs [50]

Khi hàn PTA, tỉ trọng và thành ph n ột h p kim ó nh hưởng lớn ến thời gian nóng h y, ị h huyển và ay hơi ủa kim loại l ng trong vũng hàn, u trú và sự h nh thành pha trong kim loại m i hàn Hạt thường ó ạng h nh u, kí h hạt nằm trong kho ng 50-150μm và ư p ưới ạng khí ộng lự họ Khi kí h hạt tăng l n sẽ nh hưởng tới sự ị h huyển và thời gian nóng h y ủa nó Kí h hạt từ 80-100μm khi hàn

sẽ i qua u mi ng phun và ị nóng h y hoàn toàn trong ột h quang plasma [50] Khi

kí h hạt nh hơn 60μm sẽ r t ễ ị ay hơi khi i qua ột h quang plasma [85]

H nh 2.13 Sự ị h huyển ủa hạt trong hỗn h p ột h p kim khi hàn PTA [50]

a+ , Kí h hạt là 50μm + , Kí h hạt là 150μm Thành ph n ột, kí h hạt, ường ộ ng hàn và kho ng h m hàn ó nh hưởng trự tiếp ến t ộ, quỹ ạo huyển ộng, sự nóng h y ủa ột h p kim trong ột

h quang plasma Khi kí h hạt lớn hơn ó thể ẫn ến làm gia tăng t ộ nguội ủa vũng hàn và thay ổi tổ hứ kim loại m i hàn Gia nhi t trướ khi hàn ó thể làm tăng ộ

s u ng u ủa kim loại m i hàn [50]

2.1.5.2 Sự kết tinh và hình thành mối hàn

Khi hàn PTA, sự nóng h y và kết tinh ủa kim loại vũng hàn x y ra r t nhanh

M i hàn ư h nh thành ơ n là h p kim ột (vật li u hàn) tạo n n Kim loại nền tham gia vào m i hàn ị hạn hế H p kim ột ị nung nóng h y khi i qua ột h quang plasma Sau ó, nó ư phun vào trong vũng hàn ở trạng th i l ng Do vật li u hàn ở ạng

ột h p kim, kí h hạt thường nằm trong kho ng 50-150μm n n nó ị nóng h y r t nhanh ưới t ụng ủa ngu n nhi t h quang plasma Điều này ho phép tăng t ộ hàn, năng su t hàn, gi m năng lư ng ường, hiều s u ng u và hạn hế sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn

H nh 2.14 Qu tr nh kết tinh khi hàn PTA [33], [50]

Chiều ày lớp hàn (mm)

T ộ kết tinh (kg/giờ)

GTAW Trung nh Trung nh Trung nh 4 - 10 6

Sau khi i vào vũng hàn, kim loại l ng trong vũng hàn hịu t ụng ủa nhiều ngoại lự kh nhau Tại y, ng kim loại l ng huyển ộng i lưu li n tụ , qu

tr nh hóa-l x y ra r t nhanh trướ khi kim loại l ng kết tinh tạo thành m i hàn

H nh 2.15 Mô ph ng qu tr nh truyền nhi t khi hàn PTA ằng ph n mềm ANSYS

Qu tr nh kết tinh kim loại l ng trong vũng hàn ó nh hưởng lớn ến kí h và

h nh ạng ủa hạt, ộ x p, sự ph n ly, sự tạo pha ủa kim loại m i hàn C yếu t này quyết ịnh ến u trú tế vi và tính ủa kim loại m i hàn [15], [69] B n ạnh ó, t

ộ nguội ó nh hưởng r t lớn ến tổ hứ , u trú tế vi và ơ tính ủa kim loại m i hàn

Nó phụ thuộ hủ yếu vào t ộ hàn, tính h t vật li u, ạng li n kết, phương ph p hàn Khi hàn PTA, t ộ nguội ủa kim loại vũng hàn thường nằm trong kho ng (0.4-8).103 0

K.s-1 [39], [50]

H nh 2.16 Hàn ắp ằng qu tr nh hàn PTA với m hàn m tay, i n ộ ao ộng 16mm

Từ thự nghi m th y rằng, khi hàn PTA s ụng m hàn m tay, nếu không thự

hi n ao ộng ngang m hàn th hiều rộng ủa m i hàn ạt ư là kho ng 10mm Điều này sẽ làm gi m năng su t ắp o ph i thự hi n nhiều ường hàn V vậy, ể tăng năng

su t ắp th ph i tăng kí h thướ hiều ao và hiều rộng m i hàn Khi ó, n ph i ao ộng ngang m hàn với i n ộ ao ộng tương ứng với hiều rộng m i hàn n ạt ư

và uy tr t ộ hàn phù h p Tuy nhi n, không n n ao ộng ngang qu lớn (không lớn hơn 50mm) v nó sẽ nh hưởng ến h nh ạng m i hàn và sự x o ộng kim loại l ng trong vũng hàn [50] Để m o ộ phẳng ho ề m t ắp, ường hàn n n ó ao ộng ngang trong phạm vi ho phép ể tăng kí h thướ hiều rộng và ể hạn hế sự h ng g i

l n nhau Nếu ph i thự hi n nhiều ường hàn th ường hàn sau h ng g i l n 1/3 hiều rộng ủa ường hàn trướ ó

H nh 2.17 Sự h nh thành lớp ắp khi hàn PTA ằng m hàn m tay

Khi hàn ắp tạo ề m t ứng, hịu mài m n ằng qu tr nh hàn PTA, sau khi hàn hoàn thi n ường hàn thứ nh t ủa lớp hàn u ti n, n ó thời gian ể nhi t ộ gi m

xu ng (x p xỉ nhi t ộ môi trường) trướ khi tiến hành hàn ường tiếp th o Điều này sẽ hạn hế ư sự tham gia ủa kim loại vào m i hàn S lớp hàn thường không lớn hơn 3 lớp ể hạn hế hi n tư ng nứt ho t h lớp ó thể x y ra tr n m i hàn

Khi hàn ắp ề m t lớn n n s ụng qu tr nh hàn PTA với u hàn tự ộng V khi ó sẽ ó kh năng tăng ường ng hàn và ông su t ngu n nhi t, tăng t ộ hàn,

n ng ao h t lư ng m i hàn và năng su t hàn B n ạnh ó, kho ng h từ u hàn ến vật hàn ũng ư uy tr ổn ịnh hơn, t n s và i n ộ ao ộng u hàn sẽ ổn ịnh hơn

so với m hàn m tay

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hàn

Ch t lư ng m i hàn ao, ứng su t và iến ạng nh , năng su t hàn lớn, sự tham gia

ủa kim loại nền vào m i hàn nh , là những ưu iểm ủa ông ngh hàn PTA so với ông ngh hàn truyền th ng kh như SMAW, GMAW, GTAW, SAW, FCAW, Tuy nhi n, ể m i hàn ạt ư hỉ ti u về kinh tế, kỹ thuật th o y u u, n ph i tính

to n, x ịnh hế ộ và quy tr nh hàn h p l nh t nhằm t i ưu ho qu tr nh hàn V vậy, nghi n ứu nh hưởng ủa thông s ến h nh ng, kí h thướ , h t lư ng m i hàn ó

nghĩa quan trọng về khoa họ và thự tiễn

2.2.1 Ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn

C thông s hế ộ hàn ó nh hưởng r t lớn ến m i hàn Chi phí và thời gian hàn ư gi m xu ng ng kể khi kiểm so t ư mứ ộ nh hưởng ủa thông s hế

ộ hàn ến kí h thướ m i hàn, u trú kim loại m i hàn, sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn, vùng nh hưởng nhi t, hi n tư ng nứt [2] Khi hàn PTA, sự ứng x ủa ề

m t m i hàn hủ yếu phụ thuộ vào thông s hế ộ hàn [54]

Trong qu tr nh hàn PTA, ó r t nhiều yếu t nh hưởng ến h nh ạng, kí h thướ

và h t lư ng m i hàn Tùy th o mứ ộ, thông s này ó thể nh hưởng ít hay nhiều

ến m i hàn C thông s hế ộ hàn quan trọng, nh hưởng trự tiếp ến mứ ộ tham

gia ủa kim loại nền vào m i hàn khi hàn PTA ao g m ường ộ ng hàn, t ộ hàn, lưu lư ng ột, ao ộng m hàn và hiều ài h quang [50]

Như vậy, ường ộ ng hàn, t ộ hàn, lưu lư ng ột, kho ng h từ m hàn

ến vật hàn ( hiều ài h quang), loại khí o v , ao ộng m hàn là thông s hế ộ hàn ơ n ó nh hưởng r t lớn ến qu tr nh hàn PTA Ngoài ra n một s thông s hế

ộ hàn kh ũng ó nh hưởng ến qu tr nh hàn như i n p hàn, gó nghi ng m hàn, loại i n ự , T t thông s hế ộ hàn PTA sẽ ư t gi ph n tí h một h ụ thể ằng l thuyết và thự nghi m ể nh gi mứ ộ nh hưởng ủa húng, từ ó iều hỉnh và x ịnh ư miền gi trị ận t i ưu

2.2.1.1 Điện cực hàn

Đi n ự ùng trong qu tr nh hàn PTA là i n ự không nóng h y Đi n ự hàn không nóng h y g m nhiều loại kh nhau như Vônfram (W), Vônfram-Thôri (W-Th), Vônfram-Zirconi (W-Zr), Vônfram-Lantan (W-La), Vônfram-Ceri (W-Ce) Khi hàn thép

on thường s ụng i n ự W-Th (màu ) So với i n ự W, i n ự W-Th ó

kh năng ph t xạ i n t ao hơn, hàn ư với ng lớn hơn, tuổi thọ i n ự ao hơn,

ễ m i h quang hơn, h quang h y ổn ịnh hơn Đi n ự W-Th ó hai loại là EWTh-1 (màu vàng) và EWTh-2 (màu ) Hàm lư ng oxyt Thôri (ThO2) trong hai loại i n ự này l n lư t hiếm kho ng 1% và 2% [21]

H nh 2.18 Đi n ự EWTh-2 th o ti u huẩn AWS/SFA A5.12

Đường kính và loại i n ự ó nh hưởng r t lớn ến ường ộ ng hàn, ông

su t nhi t và sự ổn ịnh ủa h quang plasma V vậy n lựa họn ường kính i n ự , loại i n ự , ạng mài u i n ự phù h p với qu tr nh hàn h quang plasma Nó phụ thuộ vào loại vật li u, hiều ày t m nền, ạng ng hàn (DC hay AC, ó xung hay không

ó xung ao t n)

Đ u i n ự ư mài phù h p với ường kính và loại ng hàn Gó mài và hướng mài u i n ự ó nh hưởng r t lớn ến qu tr nh tạo h quang, sự tập trung ủa

h quang, sự ổn ịnh ủa h quang và tuổi thọ ủa i n ự Với vật li u nền là thép

on trung nh C45, hiều ày 12mm, ường kính i n ự ư họn là 2.4mm, hiều ài

i n ự từ 50-120mm ể phù h p với ạng m hàn m tay ủa thiết ị hàn Với u hàn

tự ộng, ường kính i n ự ư họn là 4.0mm

H nh 2.19 Đi n ự EWTh-2 và gó mài u i n ự [98]

B ng 2.2 C thông s ủa i n ự hàn EWTh-2

Dạng m hàn Đường

kính i n

ự (mm)

Gó v t

u i n

ự (0)

Chiều ài oạn mài u

i n ự (mm)

Chiều

ài i n

ự (mm)

Cự tính

ng hàn

Cường

ộ ng hàn max (A)

M hàn m tay 2.4 30 - 45 5

50-120 DCEN 250

2.2.1.2 Cường độ dòng hàn

Khi hàn thép on và thép không gỉ ằng qu tr nh hàn GTA, PA, PTA thường

s ụng ng i n một hiều u ự thuận (DC- ho DCEN – Direct current electrode

n gativ ) Với phương ph p u ự thuận DCEN, nhi t sẽ không tập trung qu lớn ở i n

ự , mà hủ yếu tập trung vào vũng hàn Như vậy sẽ tr nh ư hi n tư ng qu nhi t,

gi m hi n tư ng m n và tăng tuổi thọ ho i n ự

Cường ộ ng hàn (Ih) ó nh hưởng trự tiếp ến ông su t nhi t ủa h quang,

kí h thướ vũng hàn, hiều ao m i hàn, t ộ h y ủa h p kim ột, hiều s u ng u ủa

m i hàn, M t kh , ộ s u ng u ủa m i hàn thường tỉ l thuận với mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn V vậy, ể gi m mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn,

n hạn hế hiều s u ng u ủa m i hàn Đó là y u u t ra khi hàn PTA nhằm hạn hế

sự thay ổi tính ủa kim loại lớp ắp như ộ ứng và kh năng hịu mài m n V vậy, ường ộ ng hàn ph i phù h p với ường kính i n ự , loại ng hàn, vật li u nền, vật

li u hàn, t ộ hàn,

Theo tài li u [31], khi s ụng ng xung (Ip), ộ ứng ủa kim loại lớp ắp ó xu hướng gi m xu ng th p hơn so với khi s ụng ng hàn một hiều ự thuận (DC-)

H nh 2.20 nh hưởng ủa tính ng hàn ến ộ ứng ủa lớp ắp khi hàn PTA [31]

Khi tăng ường ộ ng hàn sẽ làm tăng hiều s u ng u, tiết i n ngang m i hàn

và mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn [51], [62]

H nh 2.21 nh hưởng ủa ường ộ ng hàn ến h nh ạng m i hàn [62]

H nh 2.22 nh hưởng ủa ường ộ ng hàn ến h nh ạng m i hàn [51]

Ph n tí h H nh 2.21 và H nh 2.22 th y rằng, ường ộ ng hàn ó nh hưởng ến thông s kí h thướ m i hàn và mứ ộ tham gia ủa kim loại ơ n vào m i hàn

Mứ ộ nh hưởng ủa ường ộ ng hàn ến hiều rộng, hiều ao, ộ s u ng u ủa m i hàn và mứ ộ tham gia ủa kim loại ơ n vào m i hàn là kh nhau Nhưng sự nh hưởng này ó hung một xu hướng ó là tỉ l thuận với nhau

Khi tăng cường ộ ng hàn (Ih), ó thể tăng t ộ hàn ể tăng năng su t hàn Tuy nhi n, nó sẽ làm tăng ông su t nhi t h quang, p lự h quang plasma, sự h y lo ng ủa kim loại l ng trong vũng hàn, năng lư ng ường, sự x o trộn kim loại l ng trong vũng hàn, hiều s u ng u, sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn, sự h a tan ủa nguy n

t h p kim và sự ay hơi ủa kim loại l ng trong vũng hàn M t kh , ường ộ ng hàn tăng sẽ làm gi m tuổi thọ i n ự V vậy, tăng Ih không ph i là sự lựa họn t t nh t trong

qu tr nh hàn PTA

Khi gi m ường ộ ng hàn, t ộ và năng su t hàn sẽ gi m xu ng Tuy nhi n, khi gi m ường ộ ng hàn sẽ n ng ao ư tuổi thọ i n ự , gi m năng lư ng ường, ông su t nhi t h quang, sự x o trộn kim loại l ng trong vũng hàn, ộ s u ng u, sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn, sự h a tan ủa nguy n t h p kim và sự ay hơi kim loại l ng trong vũng hàn Mứ ộ gi m ủa ường ộ ng hàn trong một phạm vi ho phép phù h p với ường kính i n ự , loại vật li u nền, vật li u hàn mà không g y nh hưởng qu lớn ến h nh ạng, kí h thướ , h t lư ng m i hàn là ó thể h p nhận ư Tuy nhi n, khi ường ộ ng hàn gi m xu ng qu th p ẫn ến ông su t nhi t h quang

qu nh sẽ nh hưởng ti u ự ến h nh ạng m i hàn ũng như h t lư ng ề m t ắp

Gi trị ủa ường ộ ng hàn ó thể ư x ịnh ởi nhà s n xu t thiết ị và vật

li u hàn Đ y là ơ sở ể giới hạn phạm vi ường ộ ng hàn Ngoài ra, ó thể kết h p với thự nghi m ể x ịnh và lựa họn ư gi trị ường ộ ng hàn phù h p

2.2.1.3 Tốc độ hàn

T ộ hàn là một thông s quan trọng ủa hế ộ hàn Nó nh hưởng ến h nh ạng, kí h thướ và hiều s u ng u ủa m i hàn, mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào

m i hàn, sự h a tan ủa nguy n t h p kim vào kim loại nền

Theo Siva, Srimath và Murugan, khi tăng t ộ hàn sẽ làm gi m hiều s u ng u, tiết i n ngang ủa m i hàn, hiều rộng m i hàn, hiều ao m i hàn, mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn [51], [62]

H nh 2.23 nh hưởng ủa t ộ hàn ến h nh ạng m i hàn [62]

H nh 2.24 nh hưởng ủa t ộ hàn ến h nh ạng m i hàn [51]

Ph n tí h H nh 2.23 và H nh 2.24 th y rằng, t ộ hàn ó nh hưởng ến h u hết thông s kí h thướ m i hàn và mứ ộ tham gia ủa kim loại ơ n vào m i hàn

Mứ ộ nh hưởng ủa t ộ hàn ến hiều rộng, hiều ao, ộ s u ng u ủa m i hàn và

mứ ộ tham gia ủa kim loại ơ n vào m i hàn là kh nhau Và sự nh hưởng này ó hung một xu hướng ó là tỉ l nghị h với nhau

Th o l thuyết hàn, t ộ hàn tỉ l nghị h với năng lư ng ường V vậy, khi gi m

t ộ hàn sẽ làm năng lư ng ường tăng l n, ng thời làm tăng hiều rộng m i hàn, thời gian hàn, hiều s u ng u ủa m i hàn và mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn Nguy n nh n hính là o thời gian truyền nhi t vào vũng hàn và vật hàn tăng l n Điều này

sẽ làm tăng mứ ộ iến ạng ủa hi tiết sau khi hàn Ngư lại, khi tăng t ộ hàn sẽ làm gi m hiều rộng và hiều ao m i hàn, thời gian hàn và hiều s u ng u ủa m i hàn ó

xu hướng gi m xu ng, t ộ kết tinh tăng l n Điều này sẽ hạn hế sự tham gia ủa kim