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 Mã ngành: 62520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Bùi Văn Hạnh 2. PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà Hà Nội – 2015 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 LỜI CAM ĐOAN Đề tài “Nghiên cứu tạo lớp đắp chịu mài mòn trên nền thép Các bon bằng công nghệ hàn Plasma bột” ƣ t gi nghi n ứu và thự nghi m với sự hƣớng 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, Trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội. Tôi xin am oan y là ông tr nh nghi n ứu ủa tôi. C qu nghi n ứu trong luận n là hoàn toàn trung thự và hƣa ƣ ông tr nh nào kh . nội ung, s li u, kết ông trong t k Hà Nội, ngày 17 th ng 09 năm 2015 Ngƣời am oan Ngô Hữu Mạnh TẬP THỂ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS. TS. Bùi Văn Hạnh 2. PGS. TS. Nguyễn Thú Hà Ngô Hữu Mạnh i LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 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 hƣớng 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, trƣờng 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, trƣờng 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 lƣ ng nguy n t ằng phổ t n sắ năng lƣ ng (EDS). T gi xin tr n trọng m ơn Khoa Vật l , trƣờng 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 lƣ ng nguy n t ằng phổ t n sắ năng lƣ 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 lƣờng, Kiểm ịnh và Tƣ v n kỹ thuật, thiết ị - ĐKT, Vi n Nghi n ứu Cơ khí (NARIME) giúp t gi kiểm tra m i hàn ằng phƣơng ph p si u m (UT); Vi n Cơ khí Năng lƣ 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 trƣờng Đại họ Sao Đ , Đại họ Sƣ 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. nh Đ i t, t gi xin ày t l ng iết ơn , m và toàn thể thành vi n trong gia 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 Ngô Hữu Mạnh ii LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI C M ƠN ii DANH M C CÁC K HI U V CH VIẾT TẮT vii DANH M C CÁC B NG xi DANH M C CÁC H NH NH V Đ TH xii M 1 1. N Q N 1.1 Lị h s ph t triển ủa ông ngh hàn PTA 5 1.2 Đ iểm ủa qu tr nh hàn PTA 5 1.3 T nh h nh nghi n ứu ngoài nƣớ 6 1.4 T nh h nh nghi n ứu trong nƣớ 7 Kết luận Chƣơng 1 9 2. N HIÊN CỨ CÁC YẾ Ố ẢNH HƯ N ẾN Q Á RÌNH HÀN 2.1 Sự h nh thành m i hàn 10 2.1.1 Sự h nh thành h quang plasma 10 2.1.2 Hi u su t h quang plasma 12 2.1.3 Sự ph n 12 2.1.4 Sự huyển ộng ủa 2.1.5 Sự nóng h y và kết tinh kim loại 16 2.5.1.1 Sự nóng h y và ay hơi 16 2.5.1.2 Sự kết tinh và h nh thành m i hàn 16 2.2 C 18 yếu t nhi t trong ột h quang plasma nh hƣởng ến qu tr nh hàn nh hƣởng ủa 2.2.1 ng kim loại l ng trong vũng hàn thông s hế ộ hàn 13 18 2.2.1.1 Đi n ự hàn 19 2.2.1.2 Cƣờng ộ 20 2.2.1.3 T Ngô Hữu Mạnh ộ hàn ng hàn 22 iii LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 2.2.1.4 Lƣu lƣ ng ột 23 2.2.1.5 Dao ộng m hàn 24 2.2.1.6 Chiều ài ột h quang 25 2.2.1.7 Gó nghi ng m hàn và hƣớng ị h huyển m hàn 26 2.2.1.8 Khí 27 2.2.2 Năng lƣ ng ƣờng 31 2.2.3 Sự tham gia ủa kim loại vào m i hàn 33 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 36 o v , khí tạo plasma và khí mang ột nguy n t h p kim Kết luận Chƣơng 2 37 3. PHÂN ÍCH HÀNH PH N VÀ PH RỘN BỘ HỢP KIM 3.1 nh hƣởng ủa kí h hạt và thành ph n ột 39 3.1.1 nh hƣởng ủa kí h hạt 39 3.1.2 nh hƣởng ủa thành ph n ột h p kim 40 3.1.2.1 nh hƣởng ủa C 40 3.1.2.2 nh hƣởng ủa Crôm 41 3.1.2.3 nh hƣởng ủa Vônfram 42 3.1.2.4 nh hƣởng ủa Moly 3.1.2.5 nh hƣởng ủa Vana i on n 43 43 3.2 X ịnh thành ph n và pha trộn hỗn h p ột h p kim M 3.2.1 Cơ sở khoa họ và thự tiễn 44 3.2.2 X 46 ịnh thành ph n và pha trộn hỗn h p ột h p kim Kết luận Chƣơng 3 4. XÂY DỰN 51 MÔ HÌNH VÀ HÀN HỰC N HIỆM 4.1 X 4.1.1 Chọn iến s Ngô Hữu Mạnh 44 ịnh thông s u vào hế ộ hàn ơ n 52 52 iv LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 4.1.2 X y ựng mô h nh thự nghi m 52 4.1.3 Đ nh gi sự nh hƣởng ủa Ih, Vh, Vb, Bm, Le ến D 57 4.2 Thự nghi m hàn PTA 60 4.2.1 Thiết ị hàn PTA 61 4.2.2 Vật li u 61 4.2.2.1 Vật li u nền 61 4.2.2.2 H p kim ột Eutroloy 16606 62 4.2.2.3 H p kim ột M 62 4.2.2.4 Khí 63 4.2.3 Đi n ự hàn 63 4.2.4 Đ g hàn 64 4.2.5 C 4.3 X l nhi t hàn 65 4.3.1 Nung nóng trƣớ khi hàn 65 4.3.2 X l nhi t sau khi hàn 67 Kết luận Chƣơng 4 68 o v , khí mang ột, khí tạo plasma thông s hế ộ hàn 64 5. KẾ Q Ả N HIÊN CỨ VÀ BÀN L ẬN 5.1 C u trú kim loại m i hàn và vùng nh hƣởng nhi t 69 5.1.1 C u trú thô ại 69 5.1.2 C u trú tế vi ủa kim loại m i hàn và vùng nh hƣởng nhi t 70 5.1.2.1 C u trú tế vi kim loại m i hàn 71 5.1.2.2 C u trú tế vi kim loại vùng nh hƣởng nhi t 79 5.1.2.3 C u trú kim loại vùng ranh giới 80 5.2 Sự khuế h t n và h a tan 82 5.3 Độ ứng ủa kim loại m i hàn và vùng nh hƣởng nhi t 86 5.3.1 Độ ứng kim loại m i hàn 87 5.3.2 Độ ứng kim loại vùng anh giới giữa m i hàn với nền C45 89 Ngô Hữu Mạnh nguy n t h p kim v LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 5.3.3 Độ ứng kim loại vùng nh hƣởng nhi t 90 5.4 Kh năng hịu mài m n ủa kim loại m i hàn 92 5.4.1 M i quan h giữa ộ m n và ộ ứng 92 5.4.2 Kiểm tra mài m n trong iều ki n khô 93 Kết luận Chƣơng 5 97 KẾ L ẬN CH N C L ẬN ÁN KIẾN N HỊ VÀ Ề X Ấ HƯỚN ÀI LIỆ 100 N HIÊN CỨ IẾP HEO H M KHẢO D NH M C CÁC CÔN 102 103 RÌNH CÔN BỐ C L ẬN ÁN 110 PH L C Ngô Hữu Mạnh vi LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 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 1 PTA Plasma Transferred Arc 2 SMAW Shielded Metal Arc Welding 3 GTAW Gas Tungsten Arc Welding 4 GMAW Gas Metal Arc Welding 5 6 7 8 9 10 11 FCAW PTAW PAW OAW SAW MMA MAG Flux Cored Arc Welding Plasma Transferred Arc Welding Plasma Arc Welding Oxy-Acetylen Welding Submerged Arc Welding Manual Metal Arc Metal Active Gas 12 MIG Metal Inert Gas 13 TIG Tungsten Inert Gas 14 15 16 OFW UTP ASME 17 ASTM 18 19 USA ISO 20 ANSI 21 22 23 24 25 26 27 28 29 AISI HRC HV HAZ/AHN PH RT Rw Pw Ww Ngô Hữu Mạnh Oxygen Fuel Welding American Society of Mechanical Engineers American Society for Testing and Materials United States of America International Standards Organization American National Standards Institute American Iron and Steel Institute Hardness Rockwell Hardness Vicker Heat Affected Zone Preheat Room Temperature Reinforcement Penetration Width Nghĩa tiếng Vi t Hàn h quang plasma ột Hàn h quang qu hàn ó thu ọ Hàn h quang i n ự Vônfram trong môi trƣờng khí o v Hàn h quang i n ự nóng h y trong môi trƣờng khí o v Hàn h quang y lõi thu Hàn h quang plasma ột Hàn h quang plasma Hàn khí O2 – C2H2 Hàn h quang ƣới lớp thu Hàn h quang tay Hàn h quang i n ự nóng h y trong môi trƣờng khí hoạt tính Hàn h quang i n ự nóng h y trong môi trƣờng khí trơ Hàn i n ự không nóng h y trong môi trƣờng khí trơ Hàn khí oxy H ng UTP ủa CHLB. Đứ Hi p hội Kỹ sƣ Cơ khí Mỹ Hi p hội kiểm ịnh và vật li u Mỹ H p hủng qu Hoa K Ti u huẩn qu tế Vi n nghi n ứu ti u huẩn qu gia Mỹ Vi n nghi n ứu sắt và thép Mỹ Độ ứng Rockwell Độ ứng Vicker Vùng nh hƣởng nhi t Gia nhi t/Nung nóng sơ ộ Nhi t ộ ph ng Chiều ao m i hàn Chiều s u ng u m i hàn Chiều rộng m i hàn vii LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 30 D 31 Dmin 32 33 34 35 36 SEM XRD EDS OM NWPD Scanning Electron Microscope X-Ray Diffraction Energy Dispersive Spectroscope Optical Microscopy Nozzel Workpice Distance 37 38 SOD DCEN 39 DCEP Stand-off Distance Drirect Current Electrode Negative Drirect Current Electrode Positive 40 41 42 43 44 DC RSM HI MMC MHI Drirect Current Response Surface Modeling Heat Input Metal Matrix Composites Mitshubishi Heavy Industries 45 FEM 46 UT 2. C k hi u TT K hi u 1 (Fe, Cr)7C3 2 lm 3 p 4 pl 5 s 6 µ 7 Ar 8 Ar-He 9 B 10 B2O7 11 Bm 12 Bmf 13 C 14 C45 15 CE 16 Co 17 CO2 18 Cp Ngô Hữu Mạnh Dilution Min-Dilution Finite Element Method Ultrasonic Test Sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn Mứ ộ tham gia ủa kim loại ơ n vào m i hàn nh nh t Hiển vi i n t quét Nhiễu xạ tia X Phổ t n sắ năng lƣ ng Hiển vi quang họ Kho ng từ h m hàn ến vật hàn Kho ng làm vi D ng i n một hiều ự thuận D ng i n một hiều ự nghị h D ng i n một hiều Mô h nh về ứng s ề m t Năng lƣ ng ƣờng Hỗn h p kim loại Tập oàn ông nghi p n ng Mitshubishi Phƣơng ph p ph n t hữu hạn Kiểm tra si u m nghĩa Hỗn h p F -Cr-C Tỉ trọng ủa kim loại l ng Tỉ trọng ủa ột h p kim Tỉ trọng ủa ột h p kim ở trạng th i l ng Sứ ăng ề m t ủa kim loại l ng Độ từ thẩm ủa ng plasma Khí Argon Hỗn h p khí Argon-Heli Nguy n t Bo Borit Bi n ộ ao ộng m hàn Vector từ thông Nguy n t C on Thép C on C45 Hàm lƣ ng on tƣơng ƣơng Nguy n t Cô an Khí C oní Nhi t ung ri ng ủa h p kim ột Đơn vị g/cm3 g/cm3 g/cm3 H/m ar, lít ar, lít mm ar, lít J/g0C viii LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 Cpl Cr Cr2O3 Cr3C2 Cr4C3 Cr7C3 CrC Cu De Dm Ebm Epc f Farc Fb Fe Fem Fγ g Gm Gt H2 He Hh Ih Jcd Kb Kbv Kl Kp Le Lm M7C3 Ma Mn Mo MPa N2 Nb Ni O2 Pp Ngô Hữu Mạnh Nhi t rung ri ng ủa kim loại l ng Nguy n t Crôm Oxyt Crôm C ít Crôm II C ít Crôm III C ít Crôm III C ít Crôm Nguy n t Đ ng Đƣờng kính i n ự Dao ộng m hàn Giới hạn h y ủa vật li u nền Giới hạn h y ủa h p kim ột T n s ao ộng u hàn Áp lự h quang plasma Lự ẩy A sim t Nguy n t Sắt Lự i n từ hay lự Lor ntz Lự ăng ề m t hay lự Marangoni Gia t trọng trƣờng Gó nghi ng m hàn Gia nhi t trƣớ khi hàn Khí Hy ro Khí H li Hƣớng hàn Cƣờng ộ ng i n hàn Vector mật ộ ng i n Khí mang ột Khí o v Tính ẫn nhi t ủa kim loại l ng Khí tạo plasma Chiều ài h quang T ộ h y ủa ột Hỗn h p it Lự Marangoni Nguy n t Mangan Nguy n t Molip n Mega Pascal Nguy n t Nitơ Nguy n t Nio i Nguy n t Nik n Khí Ôxy Tỉ trọng ủa kim loại l ng 2015 mm N/mm2 N/mm2 l n/phút Độ 0 C ar, lít ar, lít A l/phút l/phút l/phút mm ar, lít ix LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 P q q R r* Re rp Rt S S Si Sm Sp T0, mp T0,p Tamb Ti TLH Tm Tmp Tp Tr 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 Ts TSH Uh V V∞(r) Vb VC Vh Vpc W WC y α βe ΔP(r) ΔT ηα ρ∞ φ Ngô Hữu Mạnh Nguy n t Ph t pho Công su t nhi t hi u ụng Năng lƣ ng ƣờng B n kính ủa ột h quang plasma Kho ng h từ iểm tính to n ến t m ngu n nhi t Hằng s Raynol ủa plasma B n kính ủa hạt Ram sau khi hàn Nguy n t Lƣu hu nh Nhi t ủa ng plasma tạo ởi khí Ar Nguy n t Sili Nhi t h quang plasma ể nung ột ến iểm l ng Nhi t ủa ng plasma ể nung nóng ột Nhi t ộ nóng h y ủa ột Nhi t ộ an u ủa ột Nhi t ộ môi trƣờng Nguy n t Titan Thời gian ở trạng th i l ng Thời gian h y Nhi t ủa kim loại l ng trong vũng hàn Nhi t ộ nung nóng sơ ộ Nhi t ộ tại iểm t k h t m ngu n nhi t một kho ng n kính r Nhi t ộ tr n ề m t ủa vũng hàn khi kết tinh Thời gian kết tinh Đi n p hàn Nguy n t Vanadi Vận t ng plasma Lƣu lƣ ng ột C ít Vanadi Vận t hàn Mứ ộ ti u hao h p kim ột Nguy n t Vônfram C ít Vônfram Hƣớng truyền nhi t Độ khuế h t n nhi t H s gi n nở nhi t ủa kim loại Lự từ tính ủa ng i n Sự h nh l h nhi t ộ tr n ề m t vũng hàn Hi u su t h quang Tỉ trọng ủa ng plasma l ng H s ẫn nhi t 2015 J, Calo J/mm mm mm mm 0 C 0 C 0 C C 0 C 0 C 0 C 0 gi y gi y 0 C 0 C 0 C 0 C mm V m/gi y g/phút m/phút kg/giờ mm2/s N C % kg/cm3 J/mms0C 0 x LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 DANH MỤC CÁC BẢNG B B B B B B B B B B ng 2.1 ng 2.2 ng 2.3 ng 3.1 ng 3.2 ng 3.3 ng 3.4 ng 3.5 ng 3.6 ng 4.1 B ng 4.2 B ng 4.3 B ng 4.4. B B B B B B B ng 4.5 ng 4.6 ng 4.7 ng 4.8 ng 4.9 ng 4.10 ng 5.1 B ng 5.2 B ng 5.3 B ng 5.4 B ng 5.5 B ng 5.6 B ng 5.7 B ng 5.8 B ng 5.9 B ng 5.10 B ng 5.11 B ng so s nh iểm một s phƣơng ph p hàn C thông s ủa i n ự hàn EWTh-2 Đ iểm ủa khí Ar và H Kí h hạt ủa một s phƣơng ph p hàn và phun kim loại Thành ph n hóa họ ủa h p kim ột WC-104 Một s ột h p kim ủa h ng s n xu t C thành ph n h p kim ƣ s ụng ể tạo hỗn h p ột. Mứ ộ iến thi n gi trị ủa iến. B ng gi trị thí nghi m th o kế hoạ h toàn ph n 2k B ng gi trị ủa thông s hế ộ hàn nh hƣởng ến m i hàn và sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn Ma trận thí nghi m và ng gi trị thông s nh hƣởng ến m i hàn B ng gi trị thông s hế ộ hàn và mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. B ng gi trị Ih, Vh, Vb, Bm, Le và D Thành ph n hóa họ ủa thép C45 Cơ tính ủa thép C45 Thành ph n hóa họ ủa h p kim ột Eutroloy 16606 Đ tính ủa ột h p kim Eutroloy 16606 C thông s ủa i n ự hàn không nóng h y W-Th C thông s hế ộ hàn PTA Kết qu ph n tí h hàm lƣ ng Crom ít trong kim loại m i hàn khi hàn PTA ằng ột h p kim Eutroloy 16606 Kết qu ph n tí h hàm lƣ ng Crom ít trong kim loại m i hàn khi hàn PTA ằng ột h p kim M10 Kết qu ph n tí h hàm lƣ ng Vonfram ít trong kim loại m i hàn khi hàn PTA ằng ột h p kim M10 Kết qu o ộ ứng ủa kim loại m i hàn khi hàn h p kim ột Eutroloy 16606 Kết qu o ộ ứng ủa kim loại m i hàn khi hàn h p kim ột M2 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 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 Kết qu o ộ ứng kim loại vùng AHN ủa m i hàn khi hàn ột h p kim Eutroloy 16606 Kết qu o ộ ứng kim loại vùng AHN ủa m i hàn khi hàn ột h p kim M2 Kết qu kiểm tra mài m n ủa mẫu hàn PTA ằng ột h p kim Eutroloy 16606 Kết qu kiểm tra mài m n ủa mẫu hàn hàn PTA ằng ột h p kim M10 Ngô Hữu Mạnh Trang 17 20 28 39 44 45 48 48 49 52 53 56 60 61 61 62 62 63 64 73 77 78 87 88 90 90 91 91 94 96 xi LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ H nh 0.1 H nh 0.2 H nh 1.1 H nh 1.2 H nh 1.3 H nh 1.4 H nh 1.5 H nh 1.6 H nh 2.1 H nh 2.2 H nh 2.3 H nh 2.4 H nh 2.5 H nh 2.6 H nh 2.7 H nh 2.8 H nh 2.9 H nh 2.10 H nh 2.11 H nh 2.12 H nh 2.13 H nh 2.14 H nh 2.15 H nh 2.16 H nh 2.17 H nh 2.18 H nh 2.19 H nh 2.20 H nh 2.21 H nh 2.22 H nh 2.23 H nh 2.24 H nh 2.25 H nh 2.26 H nh 2.27 H nh 2.28 Một s hi tiết ƣ hàn ắp ằng PTA Sơ qu tr nh hàn PTA So s nh hai phƣơng ph p PTA và PA Hàn ắp ề m t ằng qu tr nh hàn PTA Sự ph n nhi t ở vùng ủa h quang hàn plasma Hàn phụ h i nh tur in ằng PTA với h p kim St llit Hàn phụ h i ao h t m nh ùng trong ngành s n xu t ột gi y Hàn ao xupap ằng PTA với ột h p kim WC-104 C ion mang i n tí h ƣơng (màu xanh) và i n t mang i n tí h m (màu vàng) trong ột h quang plasma Sơ hóa sự h nh thành h quang plasma M i quan h giữa t ộ ng plasma với kí h thƣớ mi ng phun So s nh h nh ạng ột h quang khi hàn PTA và GTA H nh ạng ột h quang khi hàn GTA và PTA Sự ph n nhi t trong ột h quang plasma khi thay ổi ng hàn So s nh sự ph n nhi t khi hàn GTA và PTA ƣ o v ởi khí Ar Sự ph n nhi t ở vùng ủa h quang khi hàn PTA D ng plasma và ột h p kim khi hàn PTA Sự i lƣu ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn khi hàn PTA Sự huyển ộng i lƣu ph n k và hội tụ ủa ng kim loại l ng Sự huyển ộng ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn Sự ị h huyển ủa hạt trong hỗn h p ột h p kim khi hàn PTA Qu tr nh kết tinh khi hàn PTA Mô ph ng qu tr nh truyền nhi t khi hàn PTA ằng ph n mềm ANSYS Hàn ắp ằng qu tr nh hàn PTA với m hàn m tay, i n ộ ao ộng 16mm Sự h nh thành lớp ắp khi hàn PTA ằng m hàn m tay Đi n ự EWTh-2 th o ti u huẩn AWS/SFA A5.12 Đi n ự và gó mài u i n ực nh hƣởng ủa tính ng hàn ến ộ ứng ủa lớp ắp khi hàn PTA nh hƣởng ủa ƣờng ộ ng hàn ến h nh ạng m i hàn nh hƣởng ủa ƣờng ộ ng hàn ến h nh ạng m i hàn nh hƣởng ủa t ộ hàn ến h nh ạng m i hàn nh hƣởng ủa t ộ hàn ến h nh ạng m i hàn Sơ hóa qu tr nh p ột khi hàn PTA nh hƣởng ủa Vb ến h nh ạng m i hàn nh hƣởng ủa Vb ến h nh ạng m i hàn nh hƣởng ủa sự ao ộng m hàn ến h nh ạng m i hàn Ngô Hữu Mạnh Trang 1 2 5 6 6 7 8 8 10 10 11 11 11 12 13 13 14 14 14 14 16 17 17 17 18 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 xii LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ H nh 2.29 H nh 2.30 H nh 2.31 H nh 2.32 H nh 2.33 H nh 2.34 H nh 2.35 H nh 2.36 H nh 2.37 H nh 2.38 H nh 2.39 H nh 2.40 H nh 2.41 H nh 2.42 H nh 2.43 H nh 2.44 H nh 2.45 H nh 2.46 H nh 2.47 H nh 3.1 H nh 3.2 H nh 3.3 H nh 3.4 H nh 3.5 H nh 3.6 H nh 3.7 H nh 3.8 H nh 3.9 H nh 3.10 H nh 3.11 H nh 3.12 H nh 3.13 H nh 3.14 H nh 4.1 H nh 4.2 H nh 4.3 H nh 4.4 H nh 4.5 Một s kiểu ao ộng m hàn khi hàn PTA H nh ạng vũng hàn và m i hàn khi hàn PTA ằng u hàn tự ộng ao ộng h nh răng ƣa với i n ộ 15mm và 18mm M i quan h giữa hiều ài ột h quang và i n p khi hàn PTA nh hƣởng ủa hiều ài h quang khi hàn PTA Kho ng h từ u hàn ến ề m t vật hàn khi hàn PTA Gó nghi ng và hƣớng i huyển m hàn từ ph i sang tr i Gó nghi ng và hƣớng i huyển m hàn từ tr i sang ph i Gó nghi ng, hƣớng i huyển m hàn khi hàn PTA tự ộng nh hƣởng ủa khí Ar ến ông su t nhi t ủa h quang plasma nh hƣởng ủa khí H ến ông su t nhi t ủa h quang plasma H nh ạng m i hàn khi lƣu lƣ ng khí o v là 5l/phút nh hƣởng ủa lƣu lƣ ng ột ến m i hàn M i quan h giữa lƣu lƣ ng khí mang ột và lƣu lƣ ng ột So s nh năng lƣ ng ƣờng ủa một s qu tr nh hàn H nh ạng ủa m i hàn khi hàn ằng một s qu tr nh hàn kh nhau M t ắt ngang ủa kim loại m i hàn H nh ạng m i hàn khi hàn ở hế ộ kh nhau Một s ạng khuế h t n kim loại ở trạng th i rắn C giai oạn ủa qu tr nh tiết pha mới H nh ạng và u trú ủa h p kim ột Surfit 1560 Kí h hạt ủa ột h p kim nền F , Co, Ni nh hƣởng ủa kí h hạt ến qu tr nh hàn PTA nh hƣởng ủa kí h hạt F -Cr ến m i hàn khi hàn PTA Độ ứng ủa lớp ắp ó thành ph n (F , Cr)7C3 Gi n trạng th i khi hàn h p kim MC với M=Fe+4%Cr+6%W+5%Mo+2%V Độ ứng ủa lớp ắp ó thành ph n Cr3C2 khi hàn PTA So s nh ộ ứng ủa WC và W2C C u trú kim loại m i hàn khi hàn h p kim ột F -V-C Ph n tí h XRD kih hàn ột h p kim Ama or tr n nền thép Ca on H s tƣơng quan ủa mô h nh thự nghi m Mứ ộ nh hƣởng ủa WC, Cr3C2 và F ến H nh hƣởng ủa WC, Cr3C2 và F ến H Tam gi n ng ộ ủa h p kim ột M nh hƣởng ến H nh hƣởng ủa thông s hế ộ hàn ến D X ịnh kí h thƣớ và i n tí h m i hàn tr n ph n mềm ZWCAD 2012 nh hƣởng ủa Ih và Vh ến D khi Vb=20g/phút, Bm=12mm, Le=12mm nh hƣởng ủa Ih và Vh ến D khi Vb=40g/phút, Bm=12mm, Le=12mm nh hƣởng ủa Ih và Vh ến D khi Vb=30g/phút, Bm=8mm, Le=12mm Ngô Hữu Mạnh 2015 25 25 25 26 26 27 27 27 28 28 29 30 31 33 34 34 35 37 37 39 39 39 40 41 41 42 43 44 45 50 50 50 51 54 55 57 57 58 xiii LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ H nh 4.6 H nh 4.7 H nh 4.8 H nh 4.9 H nh 4.10 H nh 4.11 H nh 4.12 H nh 4.13 H nh 4.14 H nh 4.15 H nh 4.16 H nh 4.17 H nh 4.18 H nh 4.19 H nh 4.20 H nh 4.21 H nh 4.22 H nh 5.1 H nh 5.2 H nh 5.3 H nh 5.4 H nh 5.5 H nh 5.6 H nh 5.7 H nh 5.8 H nh 5.9 H nh 5.10 H nh 5.11 H nh 5.12 H nh 5.13 nh hƣởng ủa Ih và Vh ến D khi Vb=30g/phút, Bm=16mm, Le=12mm nh hƣởng ủa Ih và Vh ến D khi Vb=30g/phút, Bm=12mm, Le=8mm nh hƣởng ủa Ih và Vh ến D khi Vb=30g/phút, Bm=12mm, Le=16mm nh hƣởng ủa Ih và Vh ến D khi Vb=20g/phút, Bm=8mm, Le=8mm nh hƣởng ủa Ih và Vh ến D khi Vb=40g/phút, Bm=16mm, Le=16mm M i hàn ƣ thự hi n với hế ộ hàn Ih=110A, Vh=300mm/phút, Vb=30g/phút, Bm=12mm, Le=12mm Kí h thƣớ t m thép C45 ƣ ùng ể hàn mẫu Thép t m C45 sau khi ƣ ắt ằng plasma H p kim ột Eutroloy 16606 ủa h ng Castolin H p kim ột M2 sau khi pha trộn thành ph n Đ g hàn Hàn một ƣờng và hàn nhiều ƣờng ằng h p kim ột Eutroloy 16606 Hàn một ƣờng và nhiều ƣờng ằng h p kim ột M3 Hàn PTA ằng h p kim ột M10 và h p kim ột Eutroloy 16606 M i hàn sau khi hàn PTA với ột h p kim M2 Kiểm tra kí h thƣớ m i hàn sau khi hàn PTA Thiết ị gia nhi t ằng i n trở tại trƣờng ĐH B h khoa Hà Nội Mẫu hàn sau khi ắt ằng m y ắt y Troop Kiểm tra kí h thƣớ mẫu sau khi ắt y nh hụp u trú thô ại ủa m i hàn Tính to n kí h thƣớ vùng AHN ủa m i hàn tr n ph n mềm ZWCAD 2012 Tính to n i n tí h vùng AHN ủa m i hàn tr n ph n mềm ZWCAD 2012 C u trú kim loại m i hàn khi hàn ột h p kim Eutroloy 16606 (OM, x500) Ph n tí h thành ph n và tổ hứ pha trong vùng kim loại m i hàn ằng XRD Hàm lƣ ng Crom it trong kim loại m i hàn tại vị trí quét s 1 Hàm lƣ ng Crom it trong kim loại m i hàn tại vị trí quét s 2 Vị trí kiểm tra tr n m i hàn khi hàn h p kim ột Eutroloy 16606 (SEM, x2500) Thành ph n và hàm lƣ 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 ƣ ph n tí h ằng EDS Thành ph n và hàm lƣ 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 ƣ ph n tí h ằng EDS C u trú kim loại m i hàn khi hàn h p kim ột M10 (OM, x1000) Ngô Hữu Mạnh 2015 58 58 59 59 59 60 61 62 62 63 64 65 65 65 67 67 67 69 69 69 70 70 71 72 72 73 73 73 74 75 xiv LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ H nh 5.14 H nh 5.15 H nh 5.16 H nh 5.17 H nh 5.18 H nh 5.19 H nh 5.20 H nh 5.21 H nh 5.22 H nh 5.23 H nh 5.24 H nh 5.25 H nh 5.26 H nh 5.27 H nh 5.28 H nh 5.29 H nh 5.30 H nh 5.31 H nh 5.32 H nh 5.33 H nh 5.34 H nh 5.35 H nh 5.36 H nh 5.37 H nh 5.38 H nh 5.39 H nh 5.40 H nh 5.41 C u trú si u tế vi kim loại m i hàn khi hàn h p kim ột M10 (SEM, x5000) Ph n tí h thành ph n và tổ hứ pha trong vùng kim loại m i hàn ằng XRD Hàm lƣ ng Crom it trong kim loại m i hàn tại vị trí quét s 1 Hàm lƣ ng Crom it trong kim loại m i hàn tại vị trí quét s 2 Hàm lƣ ng Vonfram it trong kim loại m i hàn tại vị trí quét s 1 Hàm lƣ ng Vonfram it trong kim loại m i hàn tại vị trí quét s 2 C vị trí kiểm tra tr n m i hàn khi hàn h p kim ột M10 (SEM, x5000) 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 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 C u trú kim loại vùng AHN C u trú kim loại tiếp gi p vùng AHN tr n nền C45 C u trú kim loại vùng ranh giới giữa m i hàn với nền C45 C u trú si u tế vi kim loại vùng ranh giới giữa m i hàn với nền C45 (x2500) C u trú si u tế vi kim loại vùng ranh giới giữa m i hàn với nền C45 (x2000) Vùng ranh giới giữa m i hàn với nền C45 Biểu ph n nguy n t h p kim trong vùng ranh giới Thành ph n và hàm lƣ ng nguy n t h p kim trong vùng ranh giới C u trú kim loại vùng ranh giới giữa m i hàn với nền C45 C u trú si u tế vi kim loại vùng ranh giới giữa m i hàn với nền C45 (SEM, x5000) Thành ph n, mật ộ và sự ph n ủa nguy n t h p kim Mật ộ và sự ph n ủa nguy n t h p kim Thành ph n và hàm lƣ ng nguy n t h p kim tr n vùng ph n giới Biểu ph n nguy n t h p kim tr n ƣờng thẳng ọ vùng ph n giới Hàm lƣ ng nguy n t h p kim tr n ƣờng ọ vùng ph n giới Thành ph n và hàm lƣ ng nguy n t h p kim tại vùng Biểu ph n nguy n t h p kim tr n ƣờng vuông gó với m i hàn Hàm lƣ ng nguy n t h p kim tr n ƣờng vuông gó với m i hàn C vị trí kiểm tra ộ ứng tr n m i hàn khi hàn h p kim ột Eutroloy 16606 Ngô Hữu Mạnh 2015 75 76 76 77 77 78 78 79 79 79 80 80 80 81 81 81 81 82 82 83 83 85 85 85 86 86 86 87 xv LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ H nh 5.42 H nh 5.43 H nh 5.44 H nh 5.45 H nh 5.46 H nh 5.47 H nh 5.48 H nh 5.49 H nh 5.50 H nh 5.51 H nh 5.52 H nh 5.53 H nh 5.54 Biểu ộ ứng ở vị trí o tr n vùng kim loại m i hàn C vị trí kiểm tra ộ ứng tr n m i hàn khi hàn h p kim ột M2 Biểu ộ ứng ở vị trí o tr n vùng kim loại m i hàn khi hàn ột M2 C vị trí kiểm tra ộ ứng ở vùng ranh giới giữa m i hàn với nền C45 Độ ứng vùng ranh giới giữa m i hàn với nền C45 khi hàn h p kim M2 Kiểm tra ộ ứng ở vùng AHN khi hàn ột h p kim Eutroloy 16606 Độ ứng vùng AHN tr n nền thép C45 khi hàn h p kim ột M2 Mẫu kiểm tra mài m n th o ti u huẩn ASTM G99-04 Sơ th mài m n th o ti u huẩn ASTM G99-04 Mẫu th mài m n th o ti u huẩn ASTM G99-04 Biểu iểu iễn qu tr nh m n ủa mẫu hàn Eutroloy 16606 Mẫu th mài m n th o ti u huẩn ASTM G99-04 Biểu iểu iễn qu tr nh kiểm tra mài m n ủa mẫu hàn M10 Ngô Hữu Mạnh 2015 87 88 89 89 90 91 91 93 93 94 95 95 96 xvi LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 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 ƣ y u u ủa qu tr nh s n xu t. Điều này nh hƣởng r t lớn ến qu tr nh s n xu t, làm gi m năng su t và h t lƣ 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 ƣ hai hỉ ti u kinh tế và kỹ thuật. C hi tiết nhƣ ao ắt, hàm nghiền, trụ vít, lƣ i gạt, mũi khoan,...trong ngành ông nghi p gi y, xi măng, khai kho ng, mía ƣờng, ơ khí, nông nghi p, u khí,...thƣờng ƣ hế tạo g m hai ph n ơ n. Thứ nh t là ph n làm vi , thƣờng ƣ hế tạo từ thép h p kim ứng và hịu mài m n. Thứ hai là ph n th n, thƣờng ƣ hế tạo từ thép on th p ho trung nh ể m o y u u kỹ thuật nhƣ tính hàn, ộ ẻo và nhằm gi m hi phí s n xu t. Hai ph n này ƣ li n kết với nhau ằng phƣơng ph p hàn v y, hàn nổ, ghép n i ơ khí ho hàn ắp ằng ông ngh hàn h quang tay (SMAWShi l M tal Ar W l ing), hàn h quang i n ự nóng h y trong môi trƣờng 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 trƣờng 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 ƣới lớp thu (SAW-Submerged Arc Welding). H nh 0.1. Một s hi tiết ƣ 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 phƣơng ph p hàn truyền th ng nhƣ tr n, nếu không s ụng i n ph p ông ngh th r t ễ x y ra hi n tƣ ng nứt, tró ho t h lớp sau khi hàn. M t kh , m i hàn ƣ thự hi n ằng phƣơng ph p hàn này thƣờng 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 lƣ ng không ao. V vậy ể khắ phụ những m t hạn hế này, một xu hƣớng 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. Ngô Hữu Mạnh 1 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 H nh 0.2. Sơ qu tr nh hàn PTA [99] So với ông ngh hàn truyền th ng, PTA ó nhiều ƣu iểm hơn nhƣ [1], [50]: Ngu n nhi t h quang plasma lớn và tập trung. Năng su t hàn ao, h t lƣ 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 ƣ 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 lƣ 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 ƣ nghi n ứu và ứng ụng ở nhiều nƣớ tr n thế giới, nhƣng tập trung hủ yếu ở nƣớ ó nền ông nghi p ph t triển nhƣ Mỹ, Đứ , Nhật,... Một vài năm trở lại y, ông ngh hàn PTA ƣ nghi n ứu và ứng ụng ở một s nƣớ ang ph t triển nhƣ Ấn Độ, Trung Qu , Braxin,...Ở Vi t Nam, ông ngh hàn PTA hƣa ƣ nghi n ứu và ứng ụng nhiều v thiết ị và vật li u hàn PTA ó gi tƣơng i ao. M t kh , sự ịnh hƣớng nghi n ứu 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 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 trƣờng hịu mài m n ở iều ki n khô (không ó h t ôi trơn). Vật li u hàn ƣ 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. Mục đích nghiên cứu Nghi n ứu, ph n tí h yếu t nh hƣởng ến qu tr nh hàn PTA. Ph n tí h thành ph n, hàm lƣ ng và pha trộn hỗn h p ột h p kim ứng ụng ho qu tr nh hàn PTA. Thự nghi m hàn ắp ột h p kim l n t m thép on C45 ằng ông ngh hàn PTA, kim loại m i hàn ạt ộ ứng 55-60HRC và hịu mài m n o ma s t. Ph n tí h và x ịnh hế ộ ông ngh nhằm hạn hế mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn nh hơn 10%. 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 5560HRC, ó kh năng hịu mài m n trong iều ki n khô. Vật li u nền là thép C45 không nung nóng sơ ộ trƣớ khi hàn. Ngô Hữu Mạnh 2 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 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 hƣởng 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 lƣ ng ột h p kim; pha trộn hỗn h p ột h p kim ằng phƣơng 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 hƣa ƣ 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 phƣơng 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 ƣa 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 hƣởng ến qu tr nh ph n tí h, tính to n trƣờng 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 thƣờng 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 phƣơng ph p ph n t hữu hạn khi hƣa ƣ kiểm nghi m thƣờng hỉ ƣ ùng ể nghi n ứu ịnh tính hứ không ủ ộ tin ậy trong nh gi ịnh lƣ ng hi n tƣ ng iến thi n tứ thời ủa qu tr nh hàn [8]. Từ y u u thự tế tr n, t gi lựa họn phƣơng 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 phƣơng ph p này t n kém về thời gian, ông sứ và kinh tế, nhƣng ó lẽ ở thời iểm hi n tại nó là sự lựa họn phù h p hơn . Phƣơng ph p nghi n ứu ƣ t gi lựa họn và thự hi n nhƣ 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 ƣ ông ở trong và ngoài nƣớ . Từ ó, x ịnh nội ung ƣ nghi n ứu và nội ung hƣa ƣ nghi n ứu ể t m ra hƣớng 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 lƣ ng, pha trộn hỗn h p ột h p kim ằng phƣơng ph p ơ họ p ứng ƣ 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 hƣớng vào nghi n ứu yếu t nh hƣởng 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 hƣa ó ông ngh , thiết ị hế tạo h p kim ột nhƣ 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 ƣ sự nh hƣởng ủa một s Ngô Hữu Mạnh 3 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 nguy n t h p kim, x ịnh ƣ thành ph n và hàm lƣ ng h p kim, pha trộn ƣ hỗn h p ột h p kim ằng phƣơng 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 ƣ 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 hƣởng nhằm hạn hế mứ ộ tham gia kim loại ơ n vào m i hàn nh hơn 10%. Ph n tí h và tạo ƣ hỗn h p ột h p kim ứng ụng ho qu tr nh hàn PTA ằng phƣơng ph p pha trộn ơ họ p ứng y u u về ộ ứng và kh năng hịu mài m n. Ph n tí h ƣ u trú và tổ hứ tế vi, x ịnh ƣ yếu t quyết ịnh ến ộ ứng và kh năng hịu mài m n ủa lớp ắp. 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 ƣờng, 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 hƣởng ủa WC, Cr3C2 và F ến ơ tính m i hàn; x ịnh ƣ thành ph n, hàm lƣ ng, pha trộn ƣ hỗn h p ột h p kim M ằng phƣơng ph p ơ họ ứng ụng ho qu tr nh hàn PTA ở iều ki n Vi t Nam. Ph n tí h nh hƣởng ủa hế ộ ông ngh hàn PTA ến h nh ạng, kí h thƣớ 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 ƣ tổ hứ , u trú , ộ ứng, kh i lƣ 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 ƣ tr nh ày trong 05 hƣơng, ụ thể nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan. Chƣơng 2: Nghi n ứu yếu t nh hƣởng ến qu tr nh hàn. Chƣơng 3: Ph n tí h thành ph n và pha trộn ột h p kim. Chƣơng 4: X y ựng mô h nh và hàn thự nghi m. Chƣơng 5: Kết qu nghi n ứu và àn luận. Kết luận hung ủa luận n và kiến nghị hƣớng nghi n ứu tiếp th o. Tài li u tham kh o. Danh mụ ông tr nh ông ủa luận n. Phụ lụ . Ngô Hữu Mạnh 4 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 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) ƣ nghi n ứu từ những năm 60 ủa thế kỷ XX. Đến những năm 1980, ông ngh hàn PTA mới ƣ ứng ụng rộng r i trong ông nghi p [34], [50]. PTA ƣ 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 nhƣ 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 thƣờng nằm trong kho ng 50150µm [50]. Bột h p kim ƣ hứa trong phễu ho nh hứa. Nó ƣ ƣa 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 ƣ o v ởi môi trƣờng khí trơ thƣờng là khí Argon (Ar) ho H li (H ) ho hỗn h p ủa húng (Ar-He). 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 ƣ ứng ụng ể hàn ắp ề m t y u u kỹ thuật ao. Qu tr nh hàn PTA ó nhiều ƣu iểm nhƣ hạn hế sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn, n ng ao h t lƣ ng lớp ắp, tăng năng su t hàn, hạn hế khuyết tật hàn [1], [50]. V vậy, qu tr nh hàn PTA thƣờng 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 ƣ o v ởi khí trơ n n tr nh ƣ sự oxy hóa và gi m thiểu khuyết tật trong m i hàn. Một trong những ƣu 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 ƣu iểm kh ó là năng lƣ ng ƣờng th p, hạn hế sự ắn tó kim loại, iến ạng hàn nh , vùng nh hƣởng nhi t nh , không ó xỉ, hạn hế sự m t m t nguy n t h p kim, h t lƣ 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 ƣu iểm nhƣ 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 hƣởng nhi t nh hơn o kiểm so t năng lƣ ng ƣờng t t hơn. Ngô Hữu Mạnh 5 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 Th o tài li u [57], qu tr nh hàn PTA ó hi u su t ao, năng lƣ ng ƣờng th p, hàn nhiều loại vật li u kh nhau. Trong s n xu t ông nghi p, qu tr nh hàn PTA ƣ 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]. ƣ H nh 1.2. Hàn ắp ề m t ằng qu tr nh hàn PTA [56] Qu tr nh hàn PTA ũng ƣ 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 ƣờng, 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 ƣu 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 lƣ 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 nƣớ 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 trƣờng ó iều ki n khắ nghi t nhƣ 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 nƣớ ó nền ông nghi p ph t triển nhƣ 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 ƣ khởi ngu n từ nƣớ 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 nƣớ này ƣ p ằng s ng hế nhƣ: Y. Ngô Hữu Mạnh 6 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 Takeuchi và M. Nagata (Japan) ƣ p ằng s ng hế Unit Stat s Pat nt (Pat nt Num r: 4621183) năm 1986 về phƣơng ph p hàn ề m t van ằng ột h p kim; A. Sato và ộng sự ƣ 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 nƣớ ó nền ông nghi p ph t triển. Cụ thể nhƣ 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 ƣ nghi n ứu và ứng ụng ở nƣớ ó nền ông nghi p ph t triển, ông ngh hàn PTA hi n nay ang ƣ ứng ụng và mở rộng sang nƣớ ang ph t triển nhƣ 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 nƣớ 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 it ở nƣớ ang ph t triển nhằm ph t triển kinh oanh, khai th ngu n nh n ông gi rẻ và mở rộng thị trƣờng ti u thụ ở nƣớ , khu vự ó t ộ tăng trƣởng ao nhƣ Ch u Á và Nam Mỹ. 1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước M ù ƣ nghi n ứu và ứng ụng ở nhiều nƣớ tr n thế giới, nhƣng PTA vẫn n kh mới lạ và hƣa ƣ nghi n ứu, ứng ụng nhiều ở Vi t Nam. Qu tr nh kh o s t ở một s trƣờng 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 hƣa iết ho hƣa ƣ tiếp ận với ông ngh hàn PTA. Có lẽ, một m t là o iều ki n nghi n ứu ở trong nƣớ ị hạn hế v thiếu thiết ị và vật li u hàn PTA, s lƣ ng huy n gia ho nhà nghi n ứu về ông ngh hàn PTA ở Vi t Nam là không nhiều, môi trƣờng ứng ụng ông ngh hàn PTA là hƣa 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 hƣởng 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 hƣa m u tƣ thiết ị hàn PTA v gi thành ao, phạm vi ứng ụng n h p o hƣa ó môi trƣờng ứng ụng và thị trƣờng kinh doanh. M ù nghi n ứu và ứng ụng sau so với nhiều nƣớ , nhƣng với những ƣu iểm vƣ t trội n n ông ngh hàn PTA ƣớ u ƣ 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 hƣớng ứng ụng. Đến nay, một s ơn vị mạnh ạn u tƣ thiết ị hàn PTA ho qu tr nh nghi n ứu (nhƣ trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội) và ứng ụng ể hàn hi tiết, Ngô Hữu Mạnh 7 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 s n phẩm trong lĩnh vự u khí, hóa h t, vận t i, khai m ,...(nhƣ Công ty THT Trƣờng Ph t, Công ty Vi t Long). Năm 2004, ề tài khoa họ m s VLIR-HUT PJ04 thuộ hƣơng tr nh h p t giữa trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội với ộng ng trƣờng ại họ kh i Fl mish – Vƣơng 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, Trƣờng Đại họ B h Khoa Hà Nội) làm hủ nhi m nghi n ứu qu tr nh hàn PTA ứng ụng tạo ph n lƣ 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 ƣ một s v n ề nhƣ: + Nghi n ứu môi trƣờng 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 lƣ 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 hƣởng 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 lƣ i ao h t m nh trong ngành ông nghi p s n xu t ột gi y, nhƣng 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 hƣớng ứng ụng nhằm tạo ra ề m t làm vi trong những iều ki n và môi trƣờng khắ nghi t. Tiếp tụ mở rộng nghi n ứu về ông ngh hàn PTA th o hƣớng ứng ụng, năm 2011, TS. Hoàng Văn Ch u (Vi n Nghi n ứu Cơ khí, Bộ Công Thƣơng) thự hi n ề tài p Nhà nƣớ , 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] Ngô Hữu Mạnh 8 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 Kết qu nghi n ứu ủa ề tài ƣ 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 hƣa ó nh gi ụ thể về mứ ộ huyển giao ho ơn vị s n xu t, nhƣng 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 hƣớng nghi n ứu về ông ngh hàn PTA ở Vi t Nam. Trong những năm g n y, o nhu u ủa thị trƣờng, một s Doanh nghi p Vi t Nam u tƣ 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 nhƣ khai kho ng, xi măng, gi y, u khí, mía ƣờng, x y ựng, hóa h t,...Với những ề tài mang tính ứng ụng ao và t ộ ph t triển ủa nƣớ ta nhƣ hi n nay, hắ hắn trong tƣơng lai không xa, ông ngh hàn PTA sẽ ƣ 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 nƣớ ph t triển, sau ó mở rộng sang nƣớ 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 nhƣ ộ ứng cao, hịu mài m n, hịu va ập, hịu nhi t, h ng ăn m n. Với t ộ ph t triển nhƣ hi n nay, ự o trong tƣơng lai g n, PTA sẽ ƣ 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 lƣ ng ao p ứng y u u thự tế s n xu t ông nghi p. Ngô Hữu Mạnh 9 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 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 thƣờng, ph n t khí không ẫn i n. Nhƣng 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 ƣ 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 ƣơng và i n t tự o mang i n tí h m. Chúng ị ion hóa n n ó năng lƣ ng và vận t r t lớn, huyển ộng ó hƣớng ể tạo ra h quang plasma [50]. H nh 2.1. C ion mang i n tí h ƣơng (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 hƣởng ởi từ trƣờng. Nhi t ộ trung nh ủa ột h quang plasma kho ng 15000-200000C. Qu tr nh hàn PTA thƣờng 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 ƣ n i với i n ự không nóng h y, n ự ƣơng ƣ 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 ƣ n i với i n ự không nóng h y, n ự ƣơng ƣ 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 ƣ ẫn hƣớng 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 ƣ 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 ƣờng ộ ng hàn, t ộ hàn, lƣu lƣ ng khí tạo plasma và khí mang ột, hiều ao m hàn sẽ làm thay ổi ông su t h quang plasma, năng lƣ ng ƣờng, hiều s u ng u và h nh ạng ủa vũng hàn [70]. Ngô Hữu Mạnh 10 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Vận t ng plasma nằm trong kho ng 60-200m/gi y khi t plasma là 3.5 lít/phút. Vận t ng plasma sẽ tăng l n khi tăng t ộ và gi m kí h thƣớ mi ng phun plasma [44], [50]. 2015 ộ p khí tạo p khí tạo plasma H nh 2.3. M i quan h giữa t ộ ng plasma với kí h thƣớ mi ng phun [50] Th o tài li u [84], t ộ ng plasma (V) ƣ x ịnh qua ông thứ sau: V (r )  2P(r )  (2.1) Trong ó: ΔP(r) lự từ tính ủa ng i n ρ∞ là tỉ trọng ủa ng plasma l ng Đƣờng kính ủa mi ng phun plasma nh hƣởng trự tiếp ến ƣờng ộ h quang plasma. Khi tăng ƣờng kính mi ng phun th ƣờng ộ h quang plasma gi m xu ng. Ngoài ra, ƣờng 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 nhƣ qu tr nh hàn GTA. Do ó, nó ƣ 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] Ngô Hữu Mạnh 11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 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) ƣ mô t là tổng năng lƣ ng nhi t h quang truyền vào m i hàn. Trong qu tr nh hàn PTA, khi tăng ƣờng 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 nhƣng 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 ƣ x ịnh qua ông thứ sau: V [( )( y  r )] 2. ..r (2.2)   [(Tr  Tamb ) ] exp 2 U .I 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 trƣờng (0C) φ là h s ẫn nhi t r là kho ng h tính từ t m ngu n nhi t ến iểm t k (mm) U là i n p h quang (V) I là ƣờng ộ ng hàn (A) V là t ộ hàn (m/gi y) α là mứ ộ khuyế h t n nhi t y là hƣớng truyền nhi t ọ th o trụ ƣờng hàn Th o tài li u [47], Dupont hứng minh ƣ hi u su t ủa h quang plasma tăng hậm từ 0.44 ến 0.50 khi ng hàn tăng từ 200A l n 400A. Điều kh i t hính giữa qu tr nh hàn GTA và PTA là u tạo ủa mi ng phun plasma. Mi ng phun plasma ó nh hƣởng ến hi u su t h quang plasma và hi u ứng h y ủa kim loại. Đƣờng kính ủa mi ng phun plasma phụ thuộ vào nhiều yếu t nhƣ kí h hạt ủa ột h p kim và t ộ p ột [64]. Khi mi ng phun plasma ƣ làm m t ằng nƣớ 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 hƣởng r t lớn ến h t lƣ 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 ƣu 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 lƣ 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 ƣớ tính kho ng 27000C [90]. Nhi t ộ trung nh ủa vũng hàn là kho ng 1650-17000C [50] Nhi t h quang plasma phụ thuộ hủ yếu vào loại i n ự , loại khí và t ộ p khí tạo plasma, ƣờng ộ ng hàn và u tạo ủa mi ng phun plasma. Ngô Hữu Mạnh 12 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 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 hƣởng 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 ƣ 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% nƣớ làm m t tu n hoàn và th t tho t ra môi trƣờng 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 ƣ 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 thƣờng ƣ s ụng ho h t khí và h t l ng. Sự huyển ộng i lƣu ủa kim loại l ng trong vũng hàn nh hƣởng 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 lƣu ủa kim loại l ng trong vũng hàn nh hƣởng ến h nh ạng vũng hàn, sự h nh thành pha, sự kết tinh và ơ tính ủa m i hàn [77]. Ngô Hữu Mạnh 13 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 H nh 2.9. D ng plasma và ột h p kim khi hàn PTA [94] C yếu t nh hƣởng trự tiếp ến sự huyển ộng i lƣu 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 lƣu 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 ƣ 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 ƣ gọi là ng i lƣu ph n k . D ng kim loại l ng huyển ộng từ i n vào t m ủa vũng hàn ƣ gọi là ng i lƣu hội tụ. D ng kim loại l ng huyển ộng i lƣu ph n k tƣơng i ổn ịnh. D ng kim loại l ng huyển ộng i lƣu hội tụ không ổn ịnh. Nó g y ra hi n tƣ 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]. a, H nh 2.11. Sự huyển ộng b, i lƣu 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 lƣu ph n k , Sự huyển ộng i lƣu hội tụ Lự i n từ (Fem) sinh ra o sự t ộng giữa ng kim loại l ng trong vũng hàn và từ trƣờng ủa ng i n. Sự ị h huyển ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn phụ thuộ vào lự từ và ƣờng ộ h quang plasma [50]. Lự i n từ thay ổi khi ó sự thay ổi mật Ngô Hữu Mạnh 14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 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 ƣ x ịnh qua ông thứ ƣới y [74]. (2.3) Fem  J cd .Bmf 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 ƣới ủa vũng hàn. Lự ẩy A sim t (Fb) ƣ x ịnh qua ông thứ ƣới y [74]. Fb   lm . e .g (Tmp  T0,mp ) (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 trƣờng 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 ngƣ 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 ƣ x ịnh qua ông thứ ƣới y [50], [59], [74].  F   S T (2.5) T Trong ó: s là sứ ăng ề m t ủa kim loại l ng. T là sự h nh l h nhi t ộ trong vũng hàn. Lự Marangoni (Ma) ƣ x ịnh qua ông thứ sau [77]. Ma   d .W .T dT 2.. (2.6) Trong ó: Wp là hiều rộng ủa vũng hàn ΔT là sự gi m nhi t từ t m ra i n ủa vũng hàn 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 lƣu li n tụ ủa kim loại l ng th o hƣớng từ i n vào t m ủa vũng hàn. V vậy, lự va hạm ó xu hƣớng làm tăng th m sự x o ộng ủa kim loại l ng trong vũng hàn và g y ra hi n tƣ 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 hƣởng ến sự i lƣu ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn [50]. Ngô Hữu Mạnh 15 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 Nhƣ vậy, sự huyển ộng i lƣu 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 phƣơng ph p hàn, loại ng hàn, thông s hế ộ hàn, tính vật li u và phƣơng 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 lƣ ng nhi t o h quang plasma sinh ra là r t lớn. Nó nh hƣởng 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 hƣởng 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 thƣờng ó ạng h nh u, kí h hạt nằm trong kho ng 50-150μm và ƣ p ƣới ạng khí ộng lự họ . Khi kí h hạt tăng l n sẽ nh hƣởng 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, ƣờng ộ ng hàn và kho ng h m hàn ó nh hƣởng 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 trƣớ 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 ƣ 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 ƣ 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 thƣờng nằm trong kho ng 50-150μm n n nó ị nóng h y r t nhanh ƣới 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 lƣ ng ƣờng, hiều s u ng u và hạn hế sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. Ngô Hữu Mạnh 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 H nh 2.14. Qu tr nh kết tinh khi hàn PTA [33], [50] B ng 2.1. B ng so s nh iểm ủa một s qu tr nh hàn [78]. Qu tr nh Năng lƣ ng Mứ ộ tham gia Hàn loại Chiều ày T ộ kết ủa kim loại nền vật li u kh lớp hàn tinh hàn ƣờng vào m i hàn nhau (mm) (kg/giờ) OFW Th p Th p Trung nh 4-6 2 SMAW Trung nh Cao Trung nh 4-6 3 GMAW Cao Cao Th p 6 - 10 4 SAW Cao Cao Th p 6 - 12 10 GTAW Trung nh Trung nh Trung nh 4 - 10 6 PTAW Th p Th p Cao 2 - 10 8 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 lƣu li n tụ , qu tr nh hóa-l x y ra r t nhanh trƣớ 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 hƣởng 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 hƣởng 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, phƣơng ph p hàn. Khi hàn PTA, t ộ nguội ủa kim loại vũng hàn thƣờng nằm trong kho ng (0.4-8).103 0 -1 K.s [39], [50]. H nh 2.16. Hàn ắp ằng qu tr nh hàn PTA với m hàn Ngô Hữu Mạnh m tay, i n ộ ao ộng 16mm 17 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 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 ƣ là kho ng 10mm. Điều này sẽ làm gi m năng su t ắp o ph i thự hi n nhiều ƣờng hàn. V vậy, ể tăng năng su t ắp th ph i tăng kí h thƣớ hiều ao và hiều rộng m i hàn. Khi ó, n ph i ao ộng ngang m hàn với i n ộ ao ộng tƣơng ứng với hiều rộng m i hàn n ạt ƣ 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 hƣởng 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, ƣờng hàn n n ó ao ộng ngang trong phạm vi ho phép ể tăng kí h thƣớ hiều rộng và ể hạn hế sự h ng g i l n nhau. Nếu ph i thự hi n nhiều ƣờng hàn th ƣờng hàn sau h ng g i l n 1/3 hiều rộng ủa ƣờng hàn trƣớ 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 ƣờng 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 trƣờng) trƣớ khi tiến hành hàn ƣờng tiếp th o. Điều này sẽ hạn hế ƣ sự tham gia ủa kim loại vào m i hàn. S lớp hàn thƣờng không lớn hơn 3 lớp ể hạn hế hi n tƣ 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 ƣờng ng hàn và ông su t ngu n nhi t, tăng t ộ hàn, n ng ao h t lƣ ng m i hàn và năng su t hàn. B n ạnh ó, kho ng h từ u hàn ến vật hàn ũng ƣ 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 lƣ 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 ƣu iểm ủa ông ngh hàn PTA so với ông ngh hàn truyền th ng kh nhƣ SMAW, GMAW, GTAW, SAW, FCAW,...Tuy nhi n, ể m i hàn ạt ƣ 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 ƣu ho qu tr nh hàn. V vậy, nghi n ứu nh hƣởng ủa thông s ến h nh ng, kí h thƣớ , h t lƣ 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 hƣởng r t lớn ến m i hàn. Chi phí và thời gian hàn ƣ gi m xu ng ng kể khi kiểm so t ƣ mứ ộ nh hƣởng ủa thông s hế ộ hàn ến kí h thƣớ m i hàn, u trú kim loại m i hàn, sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn, vùng nh hƣởng nhi t, hi n tƣ 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 hƣởng ến h nh ạng, kí h thƣớ và h t lƣ ng m i hàn. Tùy th o mứ ộ, thông s này ó thể nh hƣởng ít hay nhiều ến m i hàn. C thông s hế ộ hàn quan trọng, nh hƣởng trự tiếp ến mứ ộ tham Ngô Hữu Mạnh 18 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 gia ủa kim loại nền vào m i hàn khi hàn PTA ao g m ƣờng ộ ng hàn, t ộ hàn, lƣu lƣ ng ột, ao ộng m hàn và hiều ài h quang [50]. Th o tài li u [54] và [87], thông s hế ộ hàn ao g m ƣờng ộ ng hàn, ao ộng m hàn, t ộ hàn, lƣu lƣ ng ột, kho ng h từ m hàn ến vật hàn, loại khí o v và khí mang ột. Th o tài li u [50], thông s hế ộ hàn PTA ơ n ao g m ƣờng ộ ng hàn, lƣu lƣ ng ột, ao ộng m hàn, t ộ hàn và kho ng h từ u hàn ến vật hàn. Nhƣ vậy, ƣờng ộ ng hàn, t ộ hàn, lƣu lƣ 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 hƣởng r t lớn ến qu tr nh hàn PTA. Ngoài ra n một s thông s hế ộ hàn kh ũng ó nh hƣởng ến qu tr nh hàn nhƣ i n p hàn, gó nghi ng m hàn, loại i n ự ,... T t thông s hế ộ hàn PTA sẽ ƣ t gi ph n tí h một h ụ thể ằng l thuyết và thự nghi m ể nh gi mứ ộ nh hƣởng ủa húng, từ ó iều hỉnh và x ịnh ƣ miền gi trị ận t i ƣu. 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 nhƣ Vônfram (W), Vônfram-Thôri (W-Th), Vônfram-Zirconi (W-Zr), Vônfram-Lantan (W-La), Vônfram-Ceri (W-Ce). Khi hàn thép on thƣờng 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 ƣ 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 lƣ ng oxyt Thôri (ThO2) trong hai loại i n ự này l n lƣ 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 Đƣờng kính và loại i n ự ó nh hƣởng r t lớn ến ƣờng ộ ng hàn, ông su t nhi t và sự ổn ịnh ủa h quang plasma. V vậy n lựa họn ƣờng 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 ƣ mài phù h p với ƣờng kính và loại ng hàn. Gó mài và hƣớng mài u i n ự ó nh hƣởng 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, ƣờng kính i n ự ƣ 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, ƣờng kính i n ự ƣ họn là 4.0mm. Ngô Hữu Mạnh 19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 H nh 2.19. Đi n ự EWTh-2 và gó mài B ng 2.2. C thông s ủa i n ự hàn EWTh-2 Dạng m hàn Đƣờng kính i n ự (mm) Gó v t u i n ự (0) Chiều ài oạn mài u i n ự (mm) m tay 2.4 30 - 45 5 Đ u hàn tự ộng 4.0 30 - 45 8 M hàn u i n ự [98] Chiều ài i n ự (mm) Cự tính ng hàn 50-120 DCEN Cƣờng ộ ng hàn max (A) 250 450 2.2.1.2. Cƣờng độ dòng hàn Khi hàn thép on và thép không gỉ ằng qu tr nh hàn GTA, PA, PTA thƣờng s ụng ng i n một hiều u ự thuận (DC- ho DCEN – Direct current electrode n gativ ). Với phƣơng 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. Nhƣ vậy sẽ tr nh ƣ hi n tƣ ng qu nhi t, gi m hi n tƣ ng m n và tăng tuổi thọ ho i n ự . Cƣờng ộ ng hàn (Ih) ó nh hƣởng trự tiếp ến ông su t nhi t ủa h quang, kí h thƣớ 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 thƣờng 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 nhƣ ộ ứng và kh năng hịu mài m n. V vậy, ƣờng ộ ng hàn ph i phù h p với ƣờng 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 hƣớng gi m xu ng th p hơn so với khi s ụng ng hàn một hiều ự thuận (DC-). H nh 2.20. nh hƣởng ủa tính ng hàn ến ộ ứng ủa lớp ắp khi hàn PTA [31] Khi tăng ƣờng 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]. Ngô Hữu Mạnh 20 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ H nh 2.21. nh hƣởng ủa ƣờng ộ 2015 ng hàn ến h nh ạng m i hàn [62] H nh 2.22. nh hƣởng ủa ƣờng 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, ƣờng ộ ng hàn ó nh hƣởng ến thông s kí h thƣớ m i hàn và mứ ộ tham gia ủa kim loại ơ n vào m i hàn. Mứ ộ nh hƣởng ủa ƣờng 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. Nhƣng sự nh hƣởng này ó hung một xu hƣớng ó là tỉ l thuận với nhau. Khi tăng cƣờng 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 lƣ ng ƣờng, 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 , ƣờng 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 ƣờng ộ ng hàn, t ộ và năng su t hàn sẽ gi m xu ng. Tuy nhi n, khi gi m ƣờng ộ ng hàn sẽ n ng ao ƣ tuổi thọ i n ự , gi m năng lƣ ng ƣờng, 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 ƣờng ộ ng hàn trong một phạm vi ho phép phù h p với ƣờng kính i n ự , loại vật li u nền, vật li u hàn mà không g y nh hƣởng qu lớn ến h nh ạng, kí h thƣớ , h t lƣ ng m i hàn là ó thể h p nhận ƣ . Tuy nhi n, khi ƣờng ộ ng hàn gi m xu ng qu th p ẫn ến ông su t nhi t h quang qu nh sẽ nh hƣởng ti u ự ến h nh ạng m i hàn ũng nhƣ h t lƣ ng ề m t ắp. Ngô Hữu Mạnh 21 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 Gi trị ủa ƣờng ộ ng hàn ó thể ƣ 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 ƣờng ộ ng hàn. Ngoài ra, ó thể kết h p với thự nghi m ể x ịnh và lựa họn ƣ gi trị ƣờng 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 hƣởng ến h nh ạng, kí h thƣớ 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 hƣởng ủa t ộ hàn ến h nh ạng m i hàn [62] H nh 2.24. nh hƣởng 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 hƣởng ến h u hết thông s kí h thƣớ m i hàn và mứ ộ tham gia ủa kim loại ơ n vào m i hàn. Mứ ộ nh hƣởng 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 hƣởng này ó hung một xu hƣớng ó là tỉ l nghị h với nhau. Th o l thuyết hàn, t ộ hàn tỉ l nghị h với năng lƣ ng ƣờng. V vậy, khi gi m t ộ hàn sẽ làm năng lƣ ng ƣờng 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. Ngƣ 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 hƣớng gi m xu ng, t ộ kết tinh tăng l n. Điều này sẽ hạn hế sự tham gia ủa kim Ngô Hữu Mạnh 22 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 loại nền vào m i hàn. Tuy nhi n, nếu vận t hàn qu lớn, sự kết tinh kim loại vũng hàn x y ra qu nhanh, vũng hàn và m i hàn không ƣ o v t t ó thể g y ra khuyết tật hàn không mong mu n nhƣ rỗ khí, x p, nứt ho t h lớp. V vậy, không n n tăng t ộ hàn qu lớn. Điều này sẽ nh hƣởng r t lớn ến qu tr nh hàn và sự kết tinh ủa kim loại m i hàn. Nhƣ vậy, t ộ hàn ó nh hƣởng trự tiếp ến h nh ạng, kí h thƣớ và h t lƣ ng m i hàn. Nó tỉ l nghị h với ộ s u ng u, tiết i n ngang m i hàn và mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. V vậy, n tính to n và x ịnh t ộ hàn phù h p ể m i hàn m o hỉ ti u về kỹ thuật. 2.2.1.4. Lƣu lƣợng bột Qu tr nh hàn PTA ƣ s ụng phổ iến trong kỹ thuật hàn ắp ề m t; i t là ề m t ứng, làm vi trong iều ki n hịu mài m n, h ng ăn m n, hịu nhi t, hịu ứng su t. Trong su t qu tr nh hàn PTA, ột h p kim li n tụ ƣ p ến u hàn, i qua ột h quang plasma vào vũng hàn [84]. H nh 2.25. Sơ hóa qu tr nh p ột khi hàn PTA [94] Ph n tí h tài li u [51] và [62] th y rằng, khi tăng lƣu lƣ ng p ột h p kim hỉ ó thể làm tăng hiều ao ủa m i hàn và tiết i n ngang ủa m i hàn. Trong ó, mứ ộ tăng hiều ao m i hàn lớn hơn hiều rộng ủa m i hàn. M t kh , hiều s u ng u và mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn ó xu hƣớng gi m xu ng. Th o tài li u [83], ể gi m sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn, thƣờng ổ sung một lƣ ng nh Boron (B) vào h p kim ột. Sự ó m t ủa Boron sẽ làm tăng t ộ kết tinh ủa kim loại m i hàn và hạn hế sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. Th o tài li u [26], [46] và [83], khi tăng t ộ p ột kết h p với tăng ông su t nhi t h quang plasma, th tiết i n m i hàn và kh i lƣ ng kim loại kết tinh sẽ tăng l n. H nh 2.26. nh hƣởng ủa Vb ến h nh ạng m i hàn [51] Ngô Hữu Mạnh 23 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 H nh 2.27. nh hƣởng ủa Vb ến h nh ạng m i hàn [62] Ph n tí h H nh 2.26 và H nh 2.27 th y rằng, lƣu lƣ ng ột p ó nh hƣởng 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. Mứ ộ nh hƣởng này là kh nhau và ó xu hƣớng tỉ l nghị h với nhau. Lƣu lƣ ng ột p ƣ x ịnh trong một ơn vị thời gian. Khi lƣu lƣ ng p ột tăng l n sẽ làm tăng hiều ao và hiều rộng m i hàn. C n hiều s u ng u ủa m i hàn ó xu hƣớng gi m xu ng. Nguy n nh n hính là o lƣu lƣ ng ột h p kim ƣ p tăng l n trong khi ông su t ngu n nhi t plasma không thay ổi. Khi ó, nhi t h quang plasma sẽ tập trung hủ yếu làm nóng h y h p kim ột và một ph n ề m t ủa kim loại nền. V vậy, nhi t truyền vào vũng hàn và vật hàn gi m xu ng, mứ ộ tham gia kim loại nền vào m i hàn ó xu hƣớng gi m xu ng. M t kh , khi tăng lƣu lƣ ng p ột, kết h p tăng ƣờng ộ h quang plasma, tăng lƣu lƣ ng khí tạo plasma và khí mang ột sẽ làm tăng ông su t nhi t và tiết i n ngang ủa ột h quang plasma. Điều này sẽ làm tăng kí h thƣớ vũng hàn, t ộ h y ủa h p kim, hiều s u ng u và mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. Đ y là iều không mong mu n khi hàn PTA. Ngƣ lại, khi ông su t nhi t h quang plasma không thay ổi, nếu lƣu lƣ ng p ột gi m xu ng th kh i lƣ ng ột h p kim p sẽ gi m th o, nhi t truyền vào vũng hàn và vật hàn sẽ tăng l n, làm gia tăng hiều s u ng u và sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. V vậy, n tính to n kết h p với thự nghi m ể x ịnh lƣu lƣ ng p ột phù h p ể không nh hƣởng ti u ự ến h nh ạng và h t lƣ ng m i hàn. 2.2.1.5. Dao động mỏ hàn Dao ộng m hàn nhằm mụ í h làm tăng hiều rộng m i hàn. Điều này ho phép hàn ƣ ề m t lớn hơn. Ngoài ra, ao ộng m hàn giúp ph n t n ngu n nhi t, không ể ngu n nhi t tập trung qu lớn tại một vị trí hàn. Tuy nhi n, khi tăng i n ộ và t n s ao ộng m hàn sẽ làm kim loại l ng trong vũng hàn ị x o trộn li n tụ , làm gi m kh năng o v kim loại vũng hàn và vùng l n ận. Khi ó, kh năng x y ra khuyết tật nhƣ rỗ khí trong m i hàn sẽ gia tăng. H nh 2.28. nh hƣởng ủa sự ao ộng m hàn ến h nh ạng m i hàn [51] Ngô Hữu Mạnh 24 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 Th o tài li u [51], khi iều hỉnh i n ộ ao ộng m hàn sẽ ẫn ến sự thay ổi hiều rộng, hiều ao và hiều s u ng u ủa m i hàn; ũng nhƣ mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. Ph n tí h H nh 2.28 th y rằng, ao ộng m hàn ó nh hƣởng ến hiều rộng, hiều ao, ộ s u ng u ủa m i hàn và mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. Mứ ộ nh hƣởng này là kh nhau và x y ra hai xu hƣớng thuận và nghị h. Khi hàn PTA với u hàn tự ộng, thƣờng s ụng ng hàn lớn, ông su t h quang lớn, t ộ và năng su t hàn ao n n hiều rộng m i hàn ạt ƣ lớn hơn nhiều so với hàn ằng m m tay. V m hàn m tay thƣờng ó ông su t nh hơn, ng hàn ị hạn hế n n ph i ao ộng ngang m hàn ể ạt ƣ hiều rộng n thiết ho m i hàn. Tuy nhi n, khi n hàn ắp ề m t ó i n tí h lớn, n n tiến hành hàn nhiều ƣờng thay v hàn một ƣờng ó ao ộng ngang qu lớn. H nh 2.29. Một s kiểu ao ộng m hàn khi hàn PTA [25], [50], [34] T ộ hàn, t n s và i n ộ ao ộng m hàn ó nh hƣởng tới kí h thƣớ và nhi t ộ ủa vũng hàn. Khi hàn PTA, i n ộ ao ộng m hàn không n n họn lớn hơn 30mm [81]. 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 ƣa với i n ộ 15mm và 18mm Quan s t H nh 2.30 th y rằng, khi hàn PTA tự ộng, ao ộng u hàn th o h nh răng ƣa với i n ộ ổn ịnh sẽ tạo ƣ m i hàn ó h nh ạng ều, v y hàn mịn. 2.2.1.6. Chiều dài cột hồ quang Trong qu tr nh hàn, sự thay ổi kho ng h giữa m hàn với vật hàn ẫn ến sự thay ổi hiều ài ột h quang, i n p hàn và ông su t ngu n nhi t h quang plasma. Điều này sẽ nh hƣởng ến kí h thƣớ vũng hàn, t ộ nóng h y và kết tinh ủa kim loại l ng trong vũng hàn. Chiều ao ủa lớp ắp tăng l n khi hiều ài ột h quang gi m xu ng và ngƣ lại [40]. H nh 2.31. M i quan h giữa hiều ài ột h quang và i n p khi hàn PTA [40] Th o tài li u [25], khi vị trí i n ự thay ổi ±1mm th i n p h quang plasma sẽ thay ổi từ 0.5V ến 1.0V. Ngô Hữu Mạnh 25 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 H nh 2.32. nh hƣởng ủa hiều ài h quang khi hàn PTA [62] Ph n tí h H nh 2.32 th y rằng, hiều ài ột h quang ó nh hƣởng 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. Mứ ộ nh hƣởng này là kh nhau và ó xu hƣớng tỉ l thuận với nhau. Công su t nhi t hi u ụng ủa h quang plasma (q) tỉ l thuận với i n p hàn (U). Do vậy, khi hiều ài ột h quang gi m xu ng, i n p hàn sẽ gi m th o, ông su t nhi t h quang và năng lƣ ng ƣờng ũng ị suy gi m. Điều này sẽ làm gi m hiều s u ng u, mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. Ngƣ lại, khi tăng hiều ài ột h quang plasma sẽ làm tăng i n p hàn, ông su t ngu n nhi t, năng lƣ ng ƣờng và t ộ nóng h y h p kim ột [50]. Khi tăng hiều ài ột h quang, hiều s u ng u và sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn ũng tăng l n nhƣng mứ ộ tăng là không lớn v sự m t m t nhi t g n n ằng với sự tăng nhi t o sự tăng i n p hàn [36], [82]. H nh 2.33. Kho ng h từ u hàn ến ề m t vật hàn khi hàn PTA [82] Trong ông ngh hàn PTA, hiều ài ột h quang thƣờng nằm trong kho ng 820mm. Trong ó, hiều ài h quang ƣ ứng ụng nhiều nh t là kho ng 10-15mm v nếu kho ng h này lớn sẽ làm gi m hi u qu o v ủa khí [31]. Kho ng h này phụ thuộ vào từng trƣờng h p và ứng ụng ụ thể. V vậy, trong qu tr nh hàn PTA, n hạn hế vi iều hỉnh hiều ài ột h quang ể hạn hế sự nh hƣởng ến h nh ạng, kí h thƣớ và h t lƣ ng m i hàn. 2.2.1.7. Góc nghiêng mỏ hàn và hƣớng dịch chuyển mỏ hàn Gó nghi ng m hàn ó nh hƣởng trự tiếp ến h nh ạng vũng hàn, ộ s u ng u, kh năng o v ủa khí. Trong thự tế, ó nhiều phƣơng ph p ị h huyển m hàn với gó nghi ng m hàn kh nhau. Mỗi phƣơng ph p lại ó những ƣu, nhƣ iểm kh nhau và ứng ụng ho từng trƣờng h p ụ thể khi hàn. Qua nghi n ứu l thuyết kết h p thự nghi m th y rằng, khi s ụng m hàn m tay, thƣờng họn phƣơng ph p ị h huyển m hàn từ ph i sang tr i, với gó nghi ng m hàn nằm trong kho ng 700-800 so với trụ ủa ƣờng hàn ( p ụng với ngƣời thuận tay ph i, ngƣời thuận tay tr i thự hi n ngƣ lại). Với phƣơng ph p ị h huyển và gó nghi ng m hàn này, nhi t h quang sẽ không tập trung qu nhiều vào vũng hàn, n n hạn Ngô Hữu Mạnh 26 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 hế ƣ hiều s u ng u ủa m i hàn, hạn hế sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. M i hàn nhận ƣ ó h nh ạng ều, vẩy hàn mịn o kh năng quan s t vũng hàn ũng t t hơn. H nh 2.34. Gó nghi ng và hƣớng ị h huyển m hàn từ ph i sang tr i Nếu giữ nguy n gó ộ m hàn, nhƣng thay ổi hƣớng ị h huyển m hàn từ tr i sang ph i ( p ụng với ngƣời thuận tay ph i, ngƣời thuận tay tr i thự hi n ngƣ lại), nhi t h quang sẽ tập trung ph n lớn vào vũng hàn, hiều s u ng u sẽ gia tăng, ẫn ến làm tăng sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn, sự x o trộn kim loại l ng trong vũng hàn và nguy ơ x y ra khuyết tật hàn ũng gia tăng. H nh 2.35. Gó nghi ng và hƣớng ị h huyển m hàn từ tr i sang ph i Khi hàn tự ộng, gó ộ m hàn thƣờng ƣ iều hỉnh ở vị trí vuông gó với vật 0 hàn (gó 90 ). Hƣớng ị h huyển m hàn ó thể từ tr i qua ph i ho từ ph i qua tr i, tùy th o quỹ ạo ị h huyển ủa u hàn. Khi ó, nhi t h quang sẽ tập trung hủ yếu vào vũng hàn. Tuy nhi n, o i thi n ƣ t ộ hàn n n khi hàn tự ộng, năng su t hàn sẽ tăng l n, h nh ạng và kí h thƣớ m i hàn ổn ịnh hơn so với hàn ằng m m tay. H nh 2.36. Gó nghi ng, hƣớng ị h huyển m hàn khi hàn PTA tự ộng Nhƣ vậy, khi hàn PTA, nếu s ụng m hàn m tay th ó thể s ụng hai phƣơng ph p ị h huyển m hàn. Và trong thự tế, thƣờng s ụng phƣơng ph p ị h huyển m hàn từ ph i sang tr i với gó nghi ng m hàn kho ng 70-800 so với trụ ƣờng hàn. C n khi hàn tự ộng, m hàn thƣờng ƣ t vuông gó với vật hàn, m hàn ao ộng ngang về hai phía so với trụ m i hàn. 2.2.1.8. Khí bảo vệ, khí tạo plasma và khí mang bột Loại khí s ụng, lƣu lƣ ng và t ộ p khí ó nh hƣởng r t lớn ến h nh ạng ột h quang plasma, h nh ạng và kí h thƣớ vũng hàn, qu tr nh luy n kim và h t lƣ ng m i hàn. Trong qu tr nh hàn PTA, khí tạo plasma, khí o v và khí mang ột thƣờng ƣ s ụng ùng một loại là khí trơ. Trong ó, s ụng phổ iến nh t là khí Ar (Argon), H (H li) ho hỗn h p ủa hai loại khí này (Ar-He). Ngô Hữu Mạnh 27 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ B ng 2.3. Đ 2015 iểm ủa khí Ar và H [3], [50] và [63]. Loại khí Đi n thế ion hóa ( V) Kh i lƣ ng ri ng (kg/m3) Heli 24.5 0.179 Argon 15.7 1.784 Qu tr nh p khí phụ thuộ hủ yếu vào tỉ trọng, năng lƣ ng ion hóa và kh năng ẫn nhi t ủa khí. V kh năng ẫn nhi t ủa khí ó nh hƣởng trự tiếp ến h nh ạng vũng hàn và t ộ hàn. V vậy, kh năng ẫn nhi t ủa khí s ụng trong qu tr nh hàn PTA là yếu t quyết ịnh năng su t và h t lƣ ng m i hàn. Kh năng ẫn nhi t ủa khí Ar ở 80000C là kho ng 0.015W/ m0C, ủa khí H ao hơn so với khí Ar [58]. Argon (Ar) là loại khí ƣ s ụng phổ iến nh t trong phƣơng ph p hàn PTA. Nó là khí trơ, n ng hơn không khí, không ị ôxy hóa, không ph n ứng với kim loại l ng trong vũng hàn. Khí Ar giúp ho qu tr nh o v vùng hàn t t hơn v tỉ trọng ủa nó ao hơn không khí, h quang plasma h p, kh năng ẫn nhi t t t, năng lƣ ng ion hóa th p, kh năng tạo sứ ăng tr n ề m t ủa kim loại l ng ao, sự m t m t nguy n t h p kim o ị h y th p. B n ạnh ó, khí Ar ƣ s ụng làm khí tạo plasma v nó ễ àng tạo h quang plasma, h quang plasma tập trung và ổn ịnh hơn [25], [34]. H nh 2.37. nh hƣởng ủa khí Ar ến ông su t nhi t ủa h quang plasma [13] Heli (He) là loại khí trơ ó tính ẫn nhi t và kh năng ion hóa ao hơn Argon. Nếu s ụng khí H sẽ ho phép tăng t ộ hàn, hiều s u ng u và h t lƣ ng m i hàn ao hơn so với s ụng khí Ar [50]. Tuy nhi n, mật ộ ph n t khí H th p hơn so với không khí, n n hi u qu o v vũng hàn không ao ằng khí Ar. V vậy, ể tăng kh năng o v vũng hàn n ph i tăng lƣu lƣ ng p khí H . Lƣ ng khí H o v lớn, ẫn ến tăng mứ ộ ti u hao khí, tăng hi phí s n xu t. M t kh , khi tăng t ộ p khí H sẽ làm tăng p lự h quang l n ề m t kim loại l ng vũng hàn và nh hƣởng ến h nh ạng vũng hàn. H nh 2.38. nh hƣởng ủa khí H Ngô Hữu Mạnh ến ông su t nhi t ủa h quang plasma [14] 28 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 B n ạnh ó, h t lƣ ng và gi thành ủa khí ũng là yếu t ể lựa họn loại khí o v , khí tạo plasma và khí mang ột phù h p với iều ki n s n xu t ở Vi t Nam. Nếu l y hỉ ti u kinh tế ể so s nh th khí Ar rõ ràng ó ƣu thế hơn so với khí H . Điều này ũng l gi i tại sao trong qu tr nh hàn PTA, khí Ar ƣ s ụng phổ iến hơn so với khí He. T t nhi n, trong những iều ki n ụ thể vi lựa họn khí o v , khí mang ột, khí tạo plasma là t iến.  Khí bảo vệ Trong qu tr nh hàn PTA, khí o v s ụng là khí trơ ( hủ yếu là Ar). Khí này ó nhi m vụ o v i n ự , vùng kim loại l ng vũng hàn và ng h p kim ột. H p kim ột ƣ o v ởi khí Ar n n tr nh ƣ sự oxy hóa, từ ó tr nh ƣ hi n tƣ ng rỗ khí trong m i hàn. Ngoài vi o v vũng hàn, khí Ar n ó t ụng o v i n ự nhằm n ng ao tuổi thọ ủa i n ự [50]. Khi s ụng khí Ar, ộ tinh khiết ủa khí ph i lớn hơn 98%. Lƣu lƣ ng p khí ƣ giữ ổn ịnh trong su t qu tr nh hàn ể không g y nh hƣởng ến sự nóng h y và kết tinh ủa kim loại vũng hàn [31]. Th o tài li u [50], khí o v ó nhi m vụ v o v kim loại l ng vũng hàn và ng kim loại l ng trong ột h quang tr nh kh i sự x m nhập ủa không khí, ổn ịnh h quang, n ng ao h t lƣ ng ề m t và ơ tính m i hàn, hạn hế sự m t m t nguy n t h p kim, tạo iều ki n thuận l i ho qu tr nh luy n kim khi hàn. Cũng th o tài li u [50], nếu trong khí o v ó lẫn khí O2 ho CO2 ù với hàm lƣ ng r t nh ũng ó thể ẫn tới hi n tƣ ng tắt h quang plasma, làm tăng kh năng ăn m n i n ự và mi ng phun plasma. Th o tài li u [79], hạn hế s ụng khí o v ó hứa Nitơ ho hạn hế sự x m nhập ủa Nitơ vào vũng hàn. V n kính nguy n t ủa Nitơ là 0.71Å nh hơn n kính nguy n t C on (C) là 0.77Å. Nếu không, Nitơ sẽ x m nhập vào vũng hàn và h a tan một ph n vào kim loại l ng khi hàn. Nitơ sẽ nằm x n kẽ ho thế hỗ ủa C on trong mạng tinh thể ủa kim loại. Khi tăng lƣu lƣ ng khí o v sẽ làm tăng kh năng o v kim loại vũng hàn tr nh ƣ sự x m nhập ủa khí từ môi trƣờng xung quanh. B n ạnh ó, nó giúp làm gi m hiều s u ng u và sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. V khi tăng lƣu lƣ ng khí o v sẽ làm tăng vận t ng khí, tăng sự trao ổi nhi t, o ó làm gi m nhi t ộ ủa vũng hàn [25], [34]. Nhƣng nếu mứ ộ tăng khí o v qu lớn sẽ ẫn ến làm tăng p lự l n ề m t kim loại l ng và sự x o trộn ng kim loại l ng trong vũng hàn. M t kh , khi tăng t ộ ng khí o v ó thể tạo ra ng khí xo y nh hƣởng trự tiếp ến kh năng o v vũng hàn và h nh ạng ề m t ủa m i hàn. Ngƣ lại, khi gi m lƣu lƣ ng khí o v sẽ làm gi m kh năng o v vũng hàn. Khi lƣu lƣ ng khí o v qu nh , khí ngoài môi trƣờng xung quanh sẽ ó ơ hội x m nhập vào vũng hàn g y nh hƣởng ến h t lƣ ng m i hàn nhƣ rỗ khí, ôxy hóa ề m t vũng hàn. H nh 2.39. H nh ạng m i hàn khi lƣu lƣ ng khí o v là 5l/phút Trong qu tr nh hàn PTA, khi tăng hiều ài ột h quang th lƣu lƣ ng khí p ũng ph i tăng l n th o tỉ l nh t ịnh ể m o vũng hàn và vùng l n ận vẫn ƣ o v t t. V khi tăng hiều ài ột h quang th kh năng o v ủa khí sẽ gi m xu ng, kh Ngô Hữu Mạnh 29 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 năng th m nhập ủa khí ngoài môi trƣờng xung quanh vào vũng hàn sẽ gia tăng làm nh hƣởng ến qu tr nh hàn và h t lƣ ng kim loại m i hàn [71]. Lƣu lƣ ng khí Ar ƣ p ể o v vũng hàn thƣờng nằm trong kho ng 1020l/phút. Nếu s ụng khí o v là He th lƣu lƣ ng khí p là kho ng 18-40l/phút [58]. Nhƣ vậy, mứ ộ ti u hao khí H ao hơn g n hai l n so với khí Ar.  Khí tạo plasma Trong qu tr nh hàn PTA, h quang plasma y u u ph i luôn ổn ịnh. Do ó, t ộ và lƣu lƣ ng p khí tạo plasma ph i m o sự ổn ịnh trong su t qu tr nh hàn. Khi ƣờng ộ h quang plasma thay ổi sẽ nh hƣởng và t ộng trự tiếp ến sự hiều s u ng u, sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn, sự khuế h t n ủa kim loại, h nh ạng và kí h thƣớ vũng hàn. Khi tăng t ộ p khí tạo plasma sẽ ẫn ến sự thay ổi h nh ạng và kí h thƣớ ột h quang plasma [23]. Khi ó, ƣờng ộ h quang plasma sẽ tăng l n làm tăng sự x o trộn và sự h a tan kim loại l ng trong vũng hàn. V vậy, nếu tăng t ộ p khí tạo plasma th ph i tăng t ộ p ột. Tuy nhi n iều này lại làm tăng kí h thƣớ vũng hàn và m i hàn. Ngoài ra, khi tăng t ộ p khí tạo plasma, p lự h quang plasma tăng l n làm nh hƣởng trự tiếp ến h nh ạng ể hàn và hiều ao ủa m i hàn [50]. Th o tài li u [50], khi ƣờng ộ ng hàn là 100A, khí o v Ar với lƣu lƣ ng p khí o v là 10l/phút, t ộ p khí mang ột là 3.5l/phút, i n ộ ao ộng m hàn là 40mm, t ộ hàn 7.8 m/phút, hiều ài ột h quang là 20mm, kí h thƣớ ủa vật hàn là 300x300x30mm, ột h p kim là F -Cr và Ni-Cr với kí h hạt là 60-200µm, th khí tạo plasma ƣ họn là 4l/phút. Cũng th o tài li u [50], ƣờng kính ủa mi ng phun plasma ó nh hƣởng trự tiếp ến t ộ p khí tạo plasma. Khi thay ổi kí h mi ng phun plasma, t ộ p khí ũng thay ổi th o. Thông thƣờng, khi hàn thép on, t ộ p khí tạo plasma nằm trong kho ng 2-6l/phút. Nhƣ vậy, sự thay ổi t ộ p khí tạo plasma sẽ nh hƣởng trự tiếp ến ƣờng ộ h quang plasma, sự h y lo ng kim loại vũng hàn, t ộ kết tinh, hiều s u ng u ủa m i hàn.  Khí mang bột Khí mang ột ó nhi m vụ huyển (mang) h p kim ột từ nh hứa qua k nh ẫn ến u hàn và i vào ột h quang plasma. Khi i qua ột h quang plasma, h p kim ột sẽ ị nung nóng ến trạng th i h y, sau ó ị h huyển vào vũng hàn ở trạng th i l ng và kết tinh tạo thành m i hàn. Khi tăng lƣu lƣ ng p khí mang ột sẽ làm tăng kh i lƣ ng ột h p kim p ho qu tr nh hàn, làm tăng kí h thƣớ m i hàn và năng su t hàn. Tuy nhi n, nó làm tăng sự x o trộn trong ột h quang plasma và vùng kim loại l ng trong vũng hàn. Khi gi m t ộ p khí mang ột, kh i lƣ ng h p kim ột p ho qu tr nh hàn sẽ gi m xu ng, làm gi m kí h thƣớ ( hủ yếu là hiều ao và hiều rộng) m i hàn. Điều này làm gi m hi u su t ắp và năng su t hàn. H nh 2.40. nh hƣởng ủa lƣu lƣ ng Ngô Hữu Mạnh p ột ến m i hàn [61] 30 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 T ộ p khí mang ột nh hƣởng trự tiếp ến lƣu lƣ ng ột ƣ p, sự nóng h y, p lự h quang, h nh ạng m i hàn, hiều s u ng u và sự tham gia ủa kim loại vào m i hàn. V vậy, khi tăng t ộ p khí mang ột, n tăng ƣờng ộ ng hàn ể m o lƣ ng ột ƣ nung nóng h y hoàn toàn khi i qua ột h quang. Th o tài li u [22] và [50], khi hàn PTA, lƣu lƣ ng p khí mang ột thƣờng nằm trong kho ng 5-10l/phút. Với lƣu lƣ ng p khí này, kh i lƣ ng h p kim ột ƣ p kho ng 0.8-1.4kg/giờ. H nh 2.41. M i quan h giữa lƣu lƣ ng khí mang ột và lƣu lƣ ng ột ƣ p [71] Th o tài li u [50], khi hàn PTA vật li u nền là thép C on ho thép Aust nit th lƣu lƣ ng p khí mang ột thƣờng họn trong kho ng 3-5l/phút. Với t ộ p khí này, kh i lƣ ng h p kim ột ƣ p là kho ng 1.0kg/giờ. Nhƣ vậy, khi thay ổi lƣu lƣ ng p khí mang ột th n iều hỉnh lƣu lƣ ng ột và ƣờng ộ ng hàn ho phù h p ể m o toàn ộ lƣ ng ột p ho qu tr nh hàn ƣ nung nóng h y hoàn toàn. 2.2.2. Năng lượng đường Khi hàn PTA, nhi t ộ tr n ề m t ủa m i hàn li n tụ ƣ ung p ởi ngu n nhi t h quang plasma. T ộ truyền nhi t ƣ x ịnh qua ông thứ ƣới y [40]. q T  A x (2.7) Trong ó: q là ông su t ngu n nhi t A là i n tí h m t ắt ngang ủa ngu n nhi t. T là gra i n nhi t ộ th o hƣớng truyền nhi t. x Công su t nhi t hi u ụng ủa h quang plasma thay ổi th o hiều ài ột h quang. Điều này ẫn ến sự thay ổi kí h thƣớ vũng hàn [40]. q = η.I.U (2.8) Trong ó: q là ông su t ngu n nhi t (J) η là h s hi u su t h quang (%) I là ƣờng ộ ng hàn (A) U là i n p hàn (V) Nếu ột h p kim ó ộ ng nh t cao, ạng h nh u th ông su t nhi t hi u ụng ủa h quang ƣ x ịnh th o ông thứ ƣới y [42], [60], [73]. (2.9) q   .U .I Trong ó: q là ông su t nhi t hi u ụng ủa h quang (J) I là ƣờng ộ ng hàn (A) U là i n p hàn (V) Ngô Hữu Mạnh 31 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 α là hi u su t phụ thuộ vào phƣơng ph p hàn, α = 0,6 Công thứ 2.8 và 2.9 ho th y, ông su t nhi t hi u ụng ủa h quang plasma phụ thuộ hủ yếu vào i n p hàn và ƣờng ộ ng hàn. Gi trị này thay ổi khi ó sự thay ổi hiều ài ột h quang plasma. H quang plasma ó nhi t ộ ao và tập trung. H s ẫn nhi t ủa không khí r t th p n n nhi t truyền vào không khí là r t nh . V vậy, nhi t o h quang plasma sinh ra hủ yếu ƣ truyền vào vật hàn. Trong ó, nhi t tập trung hủ yếu vào vũng hàn ể làm h y h p kim ột và một ph n kim loại nền tr n ề m t vật hàn. Nhi t ộ ủa vũng hàn phụ thuộ hủ yếu vào tính h t l -nhi t ủa vật li u nhƣ ộ ẫn nhi t, nhi t ung ri ng, tỉ trọng và kh năng ẫn nhi t [32]. Th o Tom Glynn, nhi t h quang plasma truyền vào vật hàn hiếm kho ng 6065%, h p kim ột kho ng 10-15%, nƣớ làm m t tu n hoàn kho ng 10-20% và môi trƣờng khí xung quanh kho ng 10-20% [78]. Năng lƣ ng nhi t h quang plasma ƣ s ụng ể làm nóng h y h p kim ột và một ph n kim loại tr n ề m t ủa vật li u nền. Nếu qu tr nh hàn plasma ó s ụng phƣơng ph p ao ộng h quang th năng lƣ ng ƣờng r t khó tính to n một h hính x tuy t i. V qu tr nh ao ộng tạo ra những oạn hàn kh nhau và không ổn ịnh. Năng lƣ ng ƣờng ƣ x ịnh qua ông thứ ƣới y [5]. q (2.10) qd  V Trong ó: qd là năng lƣ ng ƣờng (J/mm) q là ông su t nhi t hi u ụng ủa h quang (J) V là t ộ hàn (mm/gi y) Th o tài li u [72], năng lƣ ng ƣờng ó thể ƣ x ịnh th o ông thứ sau. H 60.E.I 1000.S Trong ó: H là năng lƣ ng ƣờng (J/mm) E là i n p hàn (V) I là ƣờng ộ ng i n hàn (A) S là t ộ hàn (mm/gi y) Th o tài li u [14] và [22], năng lƣ ng ƣờng ƣ Q V .I .60 . 1000.S (2.11) x ịnh th o ông thứ sau: (2.12) Trong ó: Q là năng lƣ ng ƣờng (J/mm) V là i n p hàn (V) I là ƣờng ộ ng i n hàn (A) S là t ộ hàn (mm/gi y) η là h s phụ thuộ vào qu tr nh hàn, η=0,6. Th o tài li u [37], năng lƣ ng ƣờng ƣ x ịnh th o ông thứ sau: Qk U .I 3 10 V (2.13) Trong ó: Q là năng lƣ ng ƣờng (kJ/mm) U là i n p hàn (V) I là ƣờng ộ ng i n hàn (A) Ngô Hữu Mạnh 32 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 V là t ộ hàn (mm/gi y) k là h s phụ thuộ vào qu tr nh hàn, với qu tr nh hàn PTA họn k = 0,6. Nh n hung, mỗi t gi ƣa ra một ông thứ x ịnh năng lƣ ng ƣờng kh nhau về h nh thứ nhƣng n h t ủa húng là gi ng nhau ó là năng lƣ ng ƣờng ằng tỉ s giữa ông su t nhi t hi u ụng và t ộ hàn. Th o tài li u [5], t ộ hàn ƣ x ịnh th o ông thứ sau:  d .I (2.14) V   .Fd .3600 Trong ó: V là t ộ hàn ( m/gi y) I là ƣờng ộ ng hàn (A) Fd là i n tí h tiết i n ngang m i hàn ( m2) αd là h s ắp (g/A.giờ)  là kh i lƣ ng ri ng ủa kim loại (g/ m3) Từ ông thứ (2.14) ho th y, t ộ hàn phụ thuộ hủ yếu vào ƣờng ộ ng hàn và i n tí h tiết i n ngang ủa m i hàn. Cƣờng ộ ng hàn tỉ l thuận với t ộ hàn. Tiết i n m i hàn tỉ l nghị h với t ộ hàn. Khi hàn tự ộng, ƣờng ộ ng hàn (I) và i n tí h tiết i n ngang m i hàn (F) là tƣơng i ổn ịnh, t ộ hàn (V) ũng ít ó sự thay ổi. Tuy nhi n, khi hàn m m tay, thông s này lại ị phụ thuộ vào tay nghề và kinh nghi m ủa ngƣời th hàn. H nh 2.42. So s nh năng lƣ ng ƣờng ủa một s qu tr nh hàn [80] So với qu tr nh hàn truyền th ng kh , qu tr nh hàn PTA ó năng lƣ ng ƣờng th p hơn, h t lƣ ng m i hàn ƣ n ng ao, gi m hiều s u ng u m i hàn, hạn hế sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn, tiết ki m vật li u qu ,…. Đ y là một ƣu iểm r t lớn ủa qu tr nh hàn PTA. Nhƣ vậy, sự thay ổi ông su t nhi t hi u ụng (q) và t ộ hàn (V) ẫn ến sự thay ổi năng lƣ ng ƣờng (qd). Điều này g y nh hƣởng ến sự nóng h y ủa vật li u, kí h thƣớ vũng hàn, ộ s u ng u, mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn, mứ ộ khuế h t n kim loại ột vào vật li u ơ n, sự kết tinh và vùng nh hƣởng nhi t ủa m i hàn. Nếu qu tr nh hàn ƣ tự ộng hóa th sẽ hạn hế ƣ sự thay ổi ủa (q) và (V), khi ó năng lƣ ng ƣờng sẽ ổn ịnh hơn so với hàn ằng m hàn m tay. 2.2.3. Sự tham gia của kim loại vào mối hàn 2.2.3.1. Sự tham gia của kim loại nền vào mối hàn Mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn phụ thuộ vào phƣơng ph p hàn, loại vật li u, s lớp hàn, năng lƣ ng ƣờng, ông su t ngu n nhi t, t ộ hàn,...Trong Ngô Hữu Mạnh 33 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 trƣờng h p n tạo lớp ắp ó tính h t ƣu vi t hơn kim loại nền nhƣ tạo lớp ắp ứng, hịu mài m n, h ng ăn m n, hịu nhi t,…thƣờng ó y u u khắt kh về tỉ l kim loại nền tham gia vào m i hàn ể hạn hế nh hƣởng tới ơ tính ủa lớp kim loại ắp. Hạn hế lƣ ng kim loại nền tham gia m i hàn sẽ hạn hế ƣ khuyết tật không mong mu n nhƣ nứt, rỗ khí, t h lớp, mềm hóa kim loại m i hàn,… V vậy, v n ề t ra khi hàn ắp tạo ề m t ứng, hịu mài m n là ph i hạn hế mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn ở mứ th p nh t ể hạn hế sự nh hƣởng ến tính ủa lớp ắp. Sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn ẫn ến sự gia tăng nguy n t h p kim i t là Sắt (F ). Sắt sẽ h a tan vào m i hàn từ vật hàn. Điều này ẫn ến gi m ộ ứng, kh năng h ng ăn m n và kh năng hịu mài m n ủa kim loại m i hàn ũng suy gi m ng kể [26]. Ngoài ra, nguy n t h p kim kh nhƣ Mn, Si, C, P, S ũng ó thể h a tan vào m i hàn từ vật hàn g y nh hƣởng ến ơ tính lớp ắp. Sự h a tan ủa nguy n t hủ yếu x y ra trong qu tr nh l ng. Khi huyển sang giai oạn kết tinh, sự h a tan ó xu hƣớng gi m xu ng và thƣờng x y ra ở g n ƣờng l ng (viền h y) ở ộ s u kho ng 0.2-0.5mm so với ề m t vật hàn [30]. H nh 2.43. H nh ạng ủa m i hàn khi hàn ằng một s qu tr nh hàn kh nhau [80] Trong qu tr nh hàn PTA, mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn ƣ kiểm so t trong kho ng từ 3-10%. Nó giúp tiết ki n ƣ kim loại qu , gi m ƣ hi phí s n xu t, hạn hế sự nh hƣởng tới kim loại m i hàn, gi m mứ ộ truyền nhi t vào vật hàn, gi m năng lƣ ng ƣờng và hạn hế sự iến ạng ủa vật hàn [30]. Khi hàn ắp tạo ề m t ứng thƣờng s ụng qu tr nh hàn nhƣ OAW, SMAW, GTAW, GMAW, SAW, FCAW, PTAW. C qu tr nh hàn này ó sự kh i t về năng su t, h t lƣ ng m i hàn và mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. Với qu tr nh hàn truyền th ng, mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn thƣờng nằm trong kho ng 10-30% kh i lƣ ng kim loại m i hàn. Với qu tr nh hàn PTA, vật li u hàn ở ạng ột n n thời gian huyển từ trạng th i rắn sang trạng th i l ng là r t ngắn. V vậy, nó hỉ làm nóng h y một lớp kim loại tr n ề m t vật hàn. Khi ó, m i hàn ƣ tạo thành hủ yếu từ h p kim ột. Qu tr nh kết tinh x y ra r t nhanh, mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn ƣ kh ng hế nh hơn 10% [54], [81]. H nh 2.44. M t ắt ngang ủa kim loại m i hàn [16], [50], [51], [52], [61], [62], [81] Ngô Hữu Mạnh 34 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Nó ƣ Mứ x 2015 ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn hủ yếu tập trung g n ƣờng l ng. ịnh qua ông thứ ƣới y [31], [50], [80]: B (2.15) D 100% A B Trong ó: D - Mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn (%) A - Di n tí h m t ắt ngang kim loại ph n l i m i hàn (mm2) B - Di n tí h m t ắt ngang kim loại ph n s u ng u m i hàn (mm2) P - Chiều s u ng u ủa m i hàn (mm) R - Chiều ao ph n l i ủa m i hàn (mm) H nh 2.45. H nh ạng m i hàn khi hàn PTA ở hế ộ kh nhau Từ kết qu ph n tí h l thuyết và thự nghi m ó thể th y rằng ịnh rằng, khi thay ổi gi trị ủa thông s hế ộ hàn sẽ làm thay ổi hiều rộng, hiều ao và hiều s u ng u ủa m i hàn. Điều ó ẫn ến sự thay ổi tiết i n ngang và mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. 2.2.3.2. Sự tham gia của kim loại bột vào mối hàn Th o tài li u [50] và [36], sự h a tan ủa hạt ít phụ thuộ hủ yếu vào kí h hạt an u (d0). C yếu t nh hƣởng ến mứ ộ khuế h t n ủa nguy n t h p kim là nhi t ộ ủa vũng hàn, iểm nóng h y, kí h hạt. Trong qu tr nh hàn, h p kim ột ị nóng h y và một ph n ị ay hơi ƣới t ụng ủa nhi t h quang plasma. Với kí h hạt 50μm, th t ộ ay hơi nằm trong kho ng 0.8-1.0μs. Thời gian kết tinh (TSH), thời gian h y (TM) và thời gian ở trạng th i l ng (TLH) ƣ x ịnh ằng ông thứ ƣới y [85]. T TSH m. p C p dT p 2   p rp2  S  S p  2  0,514Re0,5 3 To . p TM  TLH   (2.16)  2. p .Lm .rp2  (2.17)  3 2  0,514.Re0,5 S   S m  2. pl .rp2 3 Ts  S Tmp C pl dT    S p  2  0,514.Re0,5  (2.18) Trong ó: p là tỉ trọng ủa ột h p kim (g/ m3) rp là n kính ủa hạt (µm). T0,p là nhi t ộ an u (0C) Tm,p là nhi t ộ nóng h y ủa ột h p kim (0C) Cp là nhi t ung ri ng ủa h p kim ột (J/kg0C) Tp là nhi t ộ ủa từng thành ph n h p kim trong hỗn h p ột (0C) S là nhi t ủa ng plasma tạo ởi khí Ar (0C) Sp là nhi t ủa ng plasma ể nung nóng ột (0C) Ngô Hữu Mạnh 35 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 Re là hằng s Raynol ủa plasma, Re = 1,06 Lm là t ộ h y ủa ột Sm là nhi t h quang plasma ể nung ột ến iểm l ng (0C). pl là tỉ trọng ủa ột h p kim ở trạng th i l ng (g/cm3) Ts là nhi t ộ tr n ề m t ủa vũng hàn khi kết tinh (0C) Cpl là nhi t ung ri ng ủa ột ở trạng th i l ng (J/kg0C) Công thứ tr n hỉ úng khi nhi t h quang plasma tập trung làm nóng h y h p kim ột mà không làm nóng h y kim loại nền. Điều này ng nghĩa với vi sự sự tham gia ủa kim loại ơ n vào m i hàn ạt gi trị nh nh t. Khi ó, hỉ n sự khuế h t n ủa nguy n t h p kim vào nền C45 và một ph n r t nh kim loại nền tham gia vào m i hàn. Nếu giữ nguy n lƣu lƣ ng p ột ho qu tr nh hàn th lƣ ng ột h p kim tham gia vào vũng hàn và kết tinh thành m i hàn ạt gi trị lớn nh t [47]. V pc,max  1 . . m .U .I E pc (2.19) Trong ó: Epc là giới hạn h y ủa h p kim ột. Vpc, max là t ộ p bột h p kim lớn nh t. Mứ ộ tham gia ủa h p kim ột vào m i hàn phụ thuộ vào r t nhiều yếu t . Ở lớp hàn thứ nh t, mứ ộ tham gia ủa h p kim ột vào m i hàn ó thể ƣ x ịnh qua ông thứ ƣới y [47]. 1   V pc .Ebm D1  1   .100%   . m .U .I  E pc .V pc  (2.20) Trong ó: Ebm là giới hạn h y ủa vật li u nền. Epc là giới hạn h y ủa h p kim ột. Vpc là t ộ p h p kim ột ho mứ ộ ti u hao ột h p kim. Từ ông thứ tr n, ó thể nhận th y rằng, mứ ộ tham gia ủa h p kim ột vào m i hàn phụ thuộ vào nhiều yếu t kh nhau. Trong ó, phụ thuộ r t lớn vào i n p hàn (U), ƣờng ộ ng hàn (I) và t ộ p ột (Vpc). 2.2.4. Sự khuếch tán và hòa tan các nguyên tố hợp kim Th o ịnh luật Fi k II về khuế h t n kim loại, hiều s u khuế h t n hay ề rộng ủa vùng khuế h t n phụ thuộ vào từng kim loại ụ thể, phụ thuộ vào trạng th i hoạt tính (hoạt năng) ủa nguy n t ủa kim loại ó, phụ thuộ vào nhi t ộ và thời gian kim loại lƣu lại ở nhi t ộ ao. Nhi t ộ àng ao th kh năng khuế h t n àng mạnh ẫn ến hiều s u khuế h t n àng lớn. Thời gian kim loại ở nhi t ộ àng ao th hiều s u khuế h t n ũng àng lớn [11]. Trong qu tr nh hàn, ƣới t ụng ủa nhi t h quang plasma, nguy n t kim loại ị kí h hoạt, huyển ộng và ó xu hƣớng t h ra kh i mạng tinh thể khi húng ó ƣ ộng năng ủ lớn. Do h quang plasma ó ông su t nhi t lớn n n sự khuế h t n và h a tan nguy n t h p kim x y ra r t m nh li t. Điều này ẫn ến sự thay ổi tổ hứ kim loại m i hàn sau khi kết tinh. Th o tài li u [11], khuế h t n là sự huyển hỗ ngẫu nhi n ủa nguy n t o ao ộng nhi t. Trong ó, khuế h t n ủa nguy n t A trong nền ủa hính nguy n t A gọi là tự khuế h t n; n khuế h t n ủa nguy n t kh loại B ó n ng ộ nh hơn trong nền A gọi là khuế h t n kh loại. Khuế h t n ủa A và B trong nền A ho B gọi là khuế h t n tƣơng hỗ. Ngô Hữu Mạnh 36 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 H nh 2.46. Một s ạng khuế h t n kim loại ở trạng th i rắn [11] Sự khuế h t n x y ra khi nguy n t kim loại ƣ kí h hoạt và ó sự h nh l h về n ng ộ giữa vùng. Khi ó, nguy n t kim loại ó năng lƣ ng ủ lớn ể thắng ho ph v lự li n kết giữa húng với nguy n t kh trong mạng kim loại. Trong qu tr nh khuế h t n và h a tan, nguy n t kim loại ó i lự mạnh sẽ ị h huyển lại g n nhau và li n kết với nhau ể tạo ra hỗn h p ho pha mới ó li n kết ền vững hơn. Sự khuế h t n sẽ ừng lại khi n ng ộ ủa nguy n t ị o h a ho năng lƣ ng ủa nó gi m xu ng không n ủ lớn ể thắng ƣ lự li n kết ủa nó với nguy n t xung quanh. H nh 2.47. C giai oạn ủa qu tr nh tiết pha mới [11] Th o sự ph n tí h ủa t gi , trong qu tr nh hàn PTA, ông su t nhi t h quang plasma lớn và sự kh i t về thành ph n, n ng ộ, hàm lƣ ng nguy n t h p kim giữa vật li u hàn là h p kim ột Eutroloy 16606 và h p kim ột M với thép nền C45 là nguy n nh n ẫn ến nguy n t kim loại ị khuế h t n và h a tan vào t m thép C45. Sự h nh l h về n ng ộ nguy n t h p kim, kết h p với yếu t ngu n nhi t plasma lớn là iều ki n thuận l i ể hi n tƣ ng khuế h t n và h a tan x y ra. Điều này sẽ làm gi m n ng ộ, hàm lƣ ng nguy n t ủa nguy n t h p kim ứng trong kim loại m i hàn và thay ổi tính ủa kim loại m i hàn. B n ạnh ó, nguy n t ủa nguy n t C ó kí h thƣớ nh , kết h p với sự h nh l h về n ng ộ và hàm lƣ ng n n kh năng C ị khuế h t n và h a tan. Tuy nhi n, o t ộ hàn PTA ƣ i thi n, năng lƣ ng ƣờng th p, t ộ nóng h y và kết tinh ủa kim loại vũng hàn nhanh n n hạn hế ƣ sự khuế h t n và h a tan ủa nguy n t h p kim. M t kh , nguy n t h p kim nhƣ Cr, V, W, Mo ó kí h thƣớ nguy n t lớn n n sự khuế h t n vào kim loại nền C45 ũng ị hạn hế hơn. Kết luận Chương 2 Khi hàn PTA với m hàn m tay, hiều rộng m i hàn ạt ƣ là kho ng 10mm nếu không ao ộng ngang m hàn. Dao ộng ngang của m hàn thƣờng không lớn hơn 50mm. S lớp hàn ắp ứng tr n ề m t không n n lớn hơn 3 lớp. Đƣờng hàn sau g i l n ƣờng hàn trƣớ 1/3 hiều rộng ủa nó. N n s ụng qu tr nh hàn tự ộng khi hàn ắp ề m t lớn ể tăng năng su t hàn. Loại i n ự , ƣờng kính i n ự , gó mài u i n ự , ự tính ủa ng i n ó nh hƣởng ến ƣờng ộ ng hàn, ông su t nhi t h quang, ộ ổn ịnh ủa h quang và tuổi thọ ủa i n ự hàn. Cƣờng ộ ng hàn tỉ l thuận với năng lƣ ng ƣờng, ông su t nhi t h quang, hiều s u ng u và mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. T ộ hàn tỉ l nghị h với năng lƣ ng ƣờng, hiều s u ng u và mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. Ngô Hữu Mạnh 37 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 Lƣu lƣ ng p ột tỉ l thuận với hiều ao m i hàn, t ộ p khí mang ột, nhƣng tỉ l nghị h với mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. Bi n ộ ao ộng m hàn tỉ l thuận với hiều rộng m i hàn và năng su t hàn, nhƣng tỉ l nghị h với hiều s u ng u, mứ ộ tham gia kim loại nền vào m i hàn. Chiều ài ột h quang tỉ l thuận với i n p hàn, tiết i n ột h quang, năng lƣ ng ƣờng, ông su t nhi t h quang. Tuy nhi n, khi tăng kho ng h m hàn, kh năng o v ủa khí sẽ gi m xu ng, mứ ộ th t tho t nhi t và nguy ơ x y ra khuyết tật tr n m i hàn sẽ gia tăng. Gó nghi ng m hàn nh hƣởng trự tiếp ến h nh ạng m i hàn, hiều s u ng u, kh năng o v ủa khí. Khí mang ột, khí tạo plasma, khí o v ó nh hƣởng ến kh năng o v vũng hàn, ông su t nhi t h quang, p lự h quang, tuổi thọ i n ự , lƣ ng ột ƣ p, năng su t ắp. Năng lƣ ng ƣờng tỉ l thuận với ƣờng ộ ng hàn, i n p hàn, ông su t ngu n nhi t, mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn, nhƣng tỉ l nghị h với t ộ hàn. Nó là một yếu t nh hƣởng trự tiếp ến mứ ộ tham gia ủa kim loại ơ n vào m i hàn. Khi hàn PTA, mứ ộ tham gia ủa kim loại ơ n vào m i hàn phụ thuộ vào i n p hàn (U), ƣờng ộ ng hàn (I) và t ộ p ột (Vpc). Ngô Hữu Mạnh 38 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 3. Phân tích thành phần và pha trộn bột hợp kim 3.1. Ảnh hưởng của kích cỡ hạt và thành phần bột 3.1.1. Ảnh hưởng của kích cỡ hạt Bột h p kim thƣờng ó ạng h nh u. Kí h hạt thƣờng nằm trong kho ng 50150µm. Kí h hạt ủa h p kim ột ùng ho qu tr nh hàn PTA ũng kh so với phƣơng ph p phun kim loại [82]. H nh 3.1. H nh ạng và kí h hạt ủa h p kim ột Surfit 1560 [96] B ng 3.1. Kí h hạt ủa một s phƣơng ph p hàn và phun kim loại [82] Phƣơng ph p Kí h hạt ột h p kim (µm) Hàn O2–C2H2 Hàn PTA Phun phủ plasma 20-100 53-150 5-53 Tùy thuộ vào mụ í h s ụng và y u u ề m t ể x ịnh và lựa họn vật li u ột ó thành ph n, hàm lƣ ng và tính th o y u u. Khi họn h p kim ột ho phƣơng ph p hàn PTA, n tính ến sự nh hƣởng ủa t ộ h y, t ộ kết tinh ủa kim loại l ng trong vũng hàn, ơ tính kim loại m i hàn. H nh 3.2. Kí h hạt ủa ột h p kim nền F , Co, Ni [101] Theo tài li u [50], kí h ột h p kim từ 50-150µm sẽ tạo iều ki n thuận l i ho qu tr nh ị h huyển, nóng h y và kết tinh ủa kim loại m i hàn. Nó hạn hế ƣ sự h nh thành ọt khí và hi n tƣ ng nứt trong m i hàn. Khi kí h hạt ủa ột h p kim tăng l n tr n 150µm sẽ làm gi m t ộ hàn, s lƣ ng ọt khí trong m i hàn sẽ tăng l n và làm tăng nguy ơ nứt. Ngƣ lại, khi kí h hạt ủa ột h p kim nh hơn 50µm sẽ làm tăng p lự ủa ột h quang plasma, nh hƣởng ến kí h thƣớ ủa vũng hàn, sự ị h huyển kim loại vào vũng hàn, qu tr nh kết tinh ủa kim loại m i hàn. H nh 3.3. nh hƣởng ủa kí h Ngô Hữu Mạnh hạt ến sự nóng h y và kết tinh khi hàn PTA [31] 39 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 Th o tài li u [31], t ộ kết tinh ủa kim loại m i hàn phụ thuộ r t lớn vào hế ộ hàn, ông su t nhi t và kí h hạt ủa ột h p kim. C qu tr nh nóng h y, ay hơi và kết tinh kim loại m i hàn phụ thuộ vào nhiều yếu t , trong ó ó kí h hạt ủa ột h p kim. 1- C hạt ó kí h nh , sẽ ị nóng h y khi i vào ột h quang plasma và một ph n sẽ ị ay hơi trƣớ khi vào vũng hàn. 2- Bột h p kim i vào ột h quang, tại y nó ị nóng h y hoàn toàn, sau ó i vào vũng hàn. 3- Bột h p kim i qua ột h quang plasma ể xu ng vũng hàn và ị nóng h y hoàn toàn trong vũng hàn. 4- Bột h p kim i qua ột h quang plasma và i vào vũng hàn. Tại y, một ph n ột h p kim ị nóng h y, ph n n lại không ị nóng h y và nằm lại trong vũng hàn ở trạng th i rắn. 5- Bột h p kim i qua ột h quang và i vào vũng hàn. Nhƣng nó không ị nóng h y và t n tại ở ạng thể rắn trong m i hàn. Th o tài li u [38], kí h hạt ủa ột h p kim ó nh hƣởng lớn ến trạng th i ề m t ủa m i hàn. Nếu thông hế ộ hàn không ó sự thay ổi, th h t lƣ ng và năng su t hàn ủa h p kim ột hạt mịn là t t hơn ( ao hơn) so với h p kim ột ó hạt thô ại. H nh 3.4. nh hƣởng ủa kí h hạt F -Cr ến m i hàn khi hàn PTA [50] Th o tài li u [50], kí h hạt ủa ột h p kim ó nh hƣởng ến ộ ứng tế vi ủa ề m t m i hàn và mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. Nhƣ vậy, qua sự ph n tí h nh hƣởng ủa kí h hạt ột h p kim th y rằng, kí h hạt ủa ột h p kim nằm trong kho ng 50-150μm là phù h p với qu tr nh hàn PTA. Với kí h hạt này, khi ột h p kim i qua ột h quang plasma, nó huyển sang trạng th i l ng hoàn toàn ƣới t ụng ủa ngu n nhi t plasma. Sau ó i vào vũng hàn ở trạng th i l ng, qu tr nh luy n kim và kết tinh vũng hàn sau ó x y ra thuận l i hơn. 3.1.2. Ảnh hưởng của thành phần bột hợp kim Thành ph n ột h p kim ó nh hƣởng r t lớn ến tỉ trọng, nhi t ộ nóng h y, tính h y lo ng, sự kết tinh, ộ ứng, kh năng hịu mài m n ủa kim loại m i hàn. Khi hàn PTA, tùy thuộ vào y u u lớp ắp ể lựa họn thành ph n ột h p kim phù h p với kim loại nền. 3.1.2.1. Ảnh hƣởng của Cácbon C on (C) ó u trú mạng tinh thể lụ gi , n kính nguy n t là 0.77Å, kh i lƣ ng ri ng là 3.51g/m3 [23], [29]. C on là nguy n t h p kim quan trọng và ó nh hƣởng trự tiếp ến tính ủa kim loại m i hàn. Sự gia tăng hàm lƣ ng C ẫn ến ộ ền, ộ gi n và ộ ứng ủa kim loại m i hàn sẽ gia tăng; nhƣng nó sẽ làm gi m ộ ẻo, Ngô Hữu Mạnh 40 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 kh năng hịu va ập, tính hàn và tính gia ông ủa kim loại [23]. Với n kính nguy n t nh , tính linh hoạt ao, C on ễ ị khuế h t n và h a tan khi hàn nh t là ở trạng th i l ng. Khi kết h p với nguy n t kh ho nguy n t C sẽ hiếm hỗ nguy n t kh trong mạng tinh thể ể tạo ra hỗn h p mới ho pha mới. 3.1.2.2. Ảnh hƣởng của Crôm Crôm (Cr) ó n kính nguy n t là 1,27Å, nhi t ộ nóng h y kho ng 18570C, kh i lƣ ng ri ng là 7.2g/ m3 [23], [29]. Crôm oxyt (Cr2O3) ó nhi t ộ nóng h y kho ng 18900C, kh i lƣ ng ri ng là 6.68g/cm3 [29]. Crôm ít (Cr4C3) ó nhi t ộ nóng h y kho ng 24350C, kh i lƣ ng ri ng là 3 5.21g/cm [29]. Crôm ít (Cr7C3) ó ộ ứng r t ao kho ng 1300HV, kh năng hịu mài m n, h ng ăn m n và h ng oxy ho t t [56]. Độ ứng ủa lớp ắp (F , Cr)7C3 là kho ng 790HV [87]. H nh 3.5. Độ ứng ủa lớp ắp ó thành ph n (Fe, Cr)7C3 [87] Độ ứng sẽ gi m n th o hiều s u ủa lớp ắp tính từ ề m t m i hàn. Khi gi m hàm lƣ ng Cr sẽ làm gi m kh năng tạo Crôm ít, gi m ộ ứng, kh năng hịu mài m n và kh năng h ng ăn m n ũng ị suy gi m. Khi tăng hàm lƣ ng Cr trong thép sẽ làm iểm ùng tinh ị h huyển sang n tr i. Tuy nhi n, tăng hàm lƣ ng C ể tăng Crôm it là không n thiết, v nó sẽ nh hƣởng ến ộ ẻo ủa kim loại m i hàn. C ít M7C3 ạng s i là yếu t quan trọng quyết ịnh ến kh năng hịu mài m n ủa kim loại m i hàn [65]. H nh 3.6. Gi n trạng th i khi hàn h p kim MC (M=Fe+4%Cr+6%W+5%Mo+2%V)[56] Lớp ắp MMC (M tal Matrix Composit s) với thành ph n ơ n là Cr3C2 ó ộ ứng ao, ó kh năng hịu mài m n t t. Độ ứng ủa Crôm ít (Cr3C2) là kho ng 1000HV. Độ ứng sẽ gi m n th o hiều s u ủa lớp ắp [93]. Ngô Hữu Mạnh 41 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 H nh 3.7. Độ ứng ủa lớp ắp ó thành ph n Cr3C2 khi hàn PTA [93] Th o tài li u [23], sự ó m t ủa Crôm sẽ làm tăng kh năng h ng gỉ, tăng ƣờng ộ ứng, kh năng hịu mài m n lớp ắp. Khi hàn, Cr sẽ kết h p với C ể tạo ra Crôm ít (CrxCy) ó ộ ứng r t ao. Khi hàm lƣ ng Crôm ít tăng sẽ làm tăng ộ ứng, kh năng hịu mài m n và hịu nhi t cho kim loại m i hàn. B n ạnh ó, sự ó m t ủa Crôm sẽ hạn hế sự ph t triển pha gamma (γ) và mở rộng sự ph t triển F rrit (α). Ngoài ra, Crôm ó thể kết h p với Mangan (Mn) và Nik n (Ni) ể tạo ra Aust nit Cr-Mn và Cr-Ni ó kh năng hịu mài m n, h ng ăn m n, h ng gỉ r t t t. Tuy nhi n, nó sẽ làm gi m kh năng ẫn nhi t, ẫn i n ủa lớp ắp và làm gi m tính hàn ủa thép. Khi hàm lƣ ng Crôm ao tr n 13%, lớp ắp ó kh năng hịu mài m n t t, h ng oxy hóa, h ng ăn m n. Độ ền kéo ủa thép tăng l n kho ng 80-100MPa khi hàm lƣ ng Crôm tăng 1% [23]. V vậy, thép Crôm ƣ s ụng phổ iến ể hàn hi tiết trong ngành s n xu t xi măng, khai kho ng, thủy-nhi t i n, ông nghi p gi y, ho h t, u khí [88]. Th o tài li u [66], hàn ắp ứng với hàm lƣ ng Cr ao thƣờng ƣ s ụng phổ iến trong ngành ông nghi p khai kho ng, ông nghi p m và nông nghi p v Crôm it ó kh năng hịu mài m n r t t t. Nhiều nghi n ứu ho th y, khi tăng hàm lƣ ng ít WC, CrC, VC sẽ i thi n ƣ kh năng hịu mài m n ủa lớp ắp. Ngoài ra, sự ó m t ủa Titan (Ti) khi kết h p với C sẽ tạo thành Titan ít (TiC) ó ộ ứng r t ao. 3.1.2.3. Ảnh hƣởng của Vônfram Vônfram (W) ó u trú mạng tinh thể lập phƣơng, n kính nguy n t là 1,39Å, nhi t ộ nóng h y kho ng 34100C, kh i lƣ ng ri ng là 19.3g/ m3 [23], [29]. Vônfram ít (WC) ó nhi t ộ nóng h y kho ng 28700C, kh i lƣ ng ri ng là 15.6g/cm3 [29]. Vônfram là nguy n t h p kim ó kh năng tạo it r t mạnh. Khi hàn, W sẽ kết h p với C ể tạo thành Vônfram ít. Vônfram ít ó ộ ứng r t ao. Sự ó m t ủa Vônfram ít trong kim loại m i hàn sẽ làm tăng kh năng hịu mài m n, tăng ƣờng ộ ứng ho lớp ắp. Tuy nhi n, Vônfram ít lại ễ ị ph n hủy ở nhi t ộ ao [57]. Ngoài ra, sự ó m t ủa W sẽ hạn hế giai oạn huyển pha gamma (γ). Nó i thi n ộ ẻo ai và hạn hế sự ph t triển ủa hạt trong thép. Hơn nữa, W n làm tăng giới hạn ền nhi t, tăng giới hạn m i và tăng kh năng hịu mài m n ho lớp ắp. V vậy, W ƣ ổ sung vào ột h p kim nhằm làm tăng ƣờng ộ làm vi ho kim loại m i hàn. Tuy nhi n, khi hàm lƣ ng W trong thép qu ao sẽ làm tăng ộ gi n, gi m tính hàn, m i hàn thƣờng ó nhiều khuyết tật và làm tăng gi thành hế tạo [23]. Ngô Hữu Mạnh 42 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 H nh 3.8. So s nh ộ ứng ủa WC và W2C [54] Th o tài li u [65], sự ó m t ủa nguy n t h p kim W trong kim loại m i hàn là r t n thiết. Nó sẽ kết h p với C ể tạo ra Vônfram ít. Đ y là yếu t ơ n quyết ịnh ến ộ ứng và kh năng hịu mài m n ủa lớp ắp. Sự ó m t ủa W và V sẽ làm iểm ùng tinh ủa gi n trạng th i F -C ị ị h huyển sang n tr i. Nó sẽ làm tăng ộ ứng, tăng ƣờng sự li n kết và kh năng hịu mài m n ho kim loại lớp ắp. V vậy, nó thƣờng ƣ s ụng làm ụng ụ ắt, mũi khoan trong ngành ông nghi p khai kho ng. 3.1.2.4. Ảnh hƣởng của Molybden Molybden (Mo) ó u trú mạng tinh thể lập phƣơng, n kính nguy n t là 1.39Å, nhi t ộ nóng h y kho ng 26200C, kh i lƣ ng ri ng là 10.22g/ m3 [23], [29]. Moly n thƣờng ƣ ổ xung vào ột h p kim nhằm h p kim hóa kim loại m i hàn. Sự ó m t ủa Mo sẽ làm tăng ộ mịn, tăng kh năng hịu nhi t, tăng kh năng h ng ăn m n, i hi n tính hàn, tăng giới hạn ền ủa kim loại m i hàn. V vậy, Mo thƣờng ƣ ùng kết h p với Cr ể tạo ra li n kim Cr-Mo và thép aust ntit Cr-Ni ể tạo ra li n kim Cr-Ni-Mo ó kh năng h ng ăn m n, hịu nhi t, hịu mài m n ao. Tuy nhi n, khi hàm lƣ ng Mo qu lớn sẽ làm gi m ộ nhạy ủa thép, gi m i n tí h vùng Aust nit [23]. 3.1.2.5. Ảnh hƣởng của Vanadi Vanadi (V) ó u trú mạng tinh thể lập phƣơng, n kính nguy n t là 1.34Å, nhi t ộ nóng h y kho ng 18900C, kh i lƣ ng ri ng là 5.96g/ m3 [23], [29]. Vana i ƣ ổ sung vào h p kim ột ƣới ạng hạt nguy n h t. Vana i sẽ kết h p với C on ể tạo ra Vana i ít (VC). Sự ó m t ủa VC sẽ làm tăng kh năng hịu mài m n, tăng ộ ứng, ộ ền ơ họ và ộ ền nhi t ho kim loại m i hàn [23], [65]. Khi kí h hạt VC trong kim loại m i hàn tăng l n sẽ làm tăng kh năng hịu mài m n ho lớp ắp. Kết qu kiểm tra mài m n ạt gi trị lớn nh t khi kí h ủa VC nằm trong kho ng 1.2-1.4μm [65]. B n ạnh ó, Vana i n ó t ụng làm tăng ộ mịn ủa kim loại m i hàn, hạn hế giai oạn huyển pha gamma (γ), tăng kh năng tho t khí Hy ro khi kim loại m i hàn kết tinh. Do vậy, Vana i thƣờng ó trong thép gió, thép ền nhi t và thép hịu m i [23]. Nhƣ vậy, nguy n t h p kim ều ó nh hƣởng ít nhiều ến tính ủa ột h p kim và kim loại m i hàn. Thành ph n ột h p kim s ụng trong qu tr nh hàn PTA ể tạo ra ề m t ó ộ ứng ao, hịu mài m n thƣờng s ụng là h p kim ột nền F , Ni, Co với kí h hạt ột từ 75-150μm [40]. H p kim ột nền F , Ni, Co là vật li u ƣ s ụng phổ iến nh t ể hàn ắp [12]. Ngoài ra, ó thể s ụng h p kim ột ạng g m B4C, TiC và WC nhằm tạo ra ề m t ứng, hịu mài m n và hịu nhi t [83]. Tuy nhi n, h p kim nền Sắt (F ) ƣ s ụng phổ iến nhiều hơn , v nó ó nhiều ƣu iểm nhƣ tính hàn m o, ộ ứng ao, kh năng hịu mài m n t t, gi thành th p hơn so với vật li u nền Co ho nền Ni. Trong thự tế, h p kim ột nền F phù h p với nhiều loại vật ắp kh nhau n n ƣ s ụng phổ iến hơn so với h p kim nền Co ho Ni [48]. Ngô Hữu Mạnh 43 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 3.2. Xác định thành phần và pha trộn hỗn hợp bột hợp kim M 3.2.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn Hi n nay ở Vi t Nam, hƣa ó ơn vị nào s n xu t ột h p kim ứng ụng ho qu tr nh hàn PTA. Do ó, h u hết loại h p kim ột và thành ph n ột h p kim ều ph i nhập khẩu từ nƣớ ngoài. Ch t lƣ ng và gi thành ủa húng ũng r t kh nhau, tùy th o thành ph n ột, xu t xứ và h ng s n xu t. Do nhu u ủa thị trƣờng s ụng vật li u hàn ngày àng lớn, n n một s h ng s n xu t vật li u hàn trong ó ó ột h p kim ứng ụng trong ông ngh hàn PTA ó ại i n thƣơng mại tại Vi t Nam nhƣ Böhl r, Castolin, Durum. Tuy nhi n, vi t hàng h p kim ột với thành ph n th o y u u ùng ho qu tr nh hàn PTA nói ri ng là r t khó khăn, i t là khi t hàng với s lƣ ng nh . V vậy, nghi n ứu và pha trộn ƣ hỗn h p ột h p kim ó iểm, thành ph n th o y u u th o hƣớng hủ ộng là gi i ph p t t nh t. Th o tài li u [1], h p kim ột BISHILITE No.6 ủa h ng Hita hi ƣ họn làm vật li u hàn ể hàn ắp tạo ph n lƣ i ao h t m nh trong ngành ông nghi p hế tạo ột gi y. H p kim ột này ƣ ổ xung th m ột WC và F -Cr với tỉ l No6+WC+F -Cr là 70%+20%+10%. Với tỉ l pha trộn này, ộ ứng kim loại m i hàn ạt ƣ là 59HRC và ộ ai va ập là 1.7 kgf.m/ m2. Chỉ s về ộ ứng ủa kim loại m i hàn ao hơn so với ột h p kim No.6 an u. Tuy nhi n, khi tăng hàm lƣ ng F -Cr và WC th ộ ứng ủa lớp ắp tăng l n, nhƣng ộ ai va ập lại ó xu hƣớng gi m xu ng. Trong ó, mứ ộ nh hƣởng ến ộ ứng và ộ ai va ập ủa WC là lớn hơn F -Cr. Th o tài li u [56], h p kim ột F -V-C làm tăng ộ ứng, kh năng hịu mài m n và hịu va ập ho kim loại m i hàn. Khi nguội, ó sự xu t hi n ủa pha ứng g m VC với kí h nh 2-5μm (pha A) và M t nsít (pha B). H nh 3.9. C u trú kim loại m i hàn khi hàn h p kim ột F -V-C [54] Th o tài li u [4], khi hàn ắp ằng qu tr nh hàn PTA với h p kim ột là WC-104 ủa h ng Praxair Tafa, th ộ ứng ủa kim loại m i hàn là kho ng 60-65HRC, ó kh năng hịu mài m n. B ng 3.2. Thành ph n hóa họ ủa h p kim ột WC-104 [4]. %C %Mo %W %Cr %Fe %V 1.2 4.5 5.5 4.5 80.3 4.0 Th o tài li u [83], khi hàn PTA với h p kim ột Arma or ó thành ph n giàu Cr-B sẽ tạo ra lớp phủ ó kh năng hịu mài m n ao. Vật li u nền là thép C on th p với thành ph n hóa họ g m 0.18%C, 1.1%Mn, 0.3%Si. Độ ứng ủa thép C on làm nền là 180HV. Độ ứng tế vi ề m t ủa kim loại m i hàn ó thành ph n hính là B2O7 (Boride) kho ng 1300HV. Độ ứng này sẽ gi m n th o hiều s u ủa lớp ắp. Ngô Hữu Mạnh 44 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 H nh 3.10. Ph n tí h XRD khi hàn ột h p kim Arma or tr n nền thép C on [55], [83] Th o tài li u [75], ể n ng ao tuổi thọ ủa nh tua in, MHI (Mitshu ishi H avy In ustri s) ổ sung th m ột Boron vào h p kim ột St llit . Qu tr nh hàn sẽ tạo ra Fe2B ó ộ ứng r t ao kho ng 1200-1800HV. Sự xu t hi n ủa F 2B sẽ tăng ƣờng ộ ứng ề m t và kh năng hịu mài m n ủa lớp ắp khi ở nhi t ộ ao. M t kh , kh năng li n kết ủa kim loại m i hàn ũng ƣ n ng l n, hạn hế sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn và sự h a tan h p kim ột vào vật hàn khi hàn nh tua in thủy khí ằng h p kim ột St llit . Theo tài li u [53], h p kim F -Cr-C ƣ s ụng ể hàn ắp ề m t ho hi tiết làm vi trong iều ki n khắ nghi t nhƣ h ng ăn m n, hịu mài m n. Nó tạo ra pha ít ứng, nhƣng vẫn m o ộ ẻo ai n thiết ể n ng ao kh năng li n kết ho kim loại m i hàn. Qua kh o s t và ph n tí h iều ki n làm vi ủa từng ạng hi tiết với y u u ề m t lớp ắp ph i ó ộ ứng kho ng 55-60HRC, ó kh năng hịu mài m n; t gi x ịnh ƣ một s loại h p kim ột ủa h ng s n xu t ó iểm, thành ph n, tính h t phù h p với y u u t ra làm ơ sở tính to n và pha trộn hỗn h p ột h p kim M. B ng 3.3. Một s ột h p kim ủa h ng s n xu t [24], [29], [35], [94], [95], [96], [97], [100] TT T n ột h p kim H ng s n xu t 1 Niborit 6-P (Alloy 60) Böhl r 2 Eutroloy 16606 Castolin Ngô Hữu Mạnh Thành ph n hóa họ Độ ứng (HRC) Ứng ụng 0.8%C 4.3%Si 16%Cr 4.5%Fe 3.5%B Nền Ni 58-62 Kim loại hàn ó ộ ao, kh hịu mài m h ng ăn t t. m i ứng năng n và m n 1.0-1.2%C 4.2-4.5%Cr 4.5-5.0%Mo 5.5-6.4%W 2.0-2.4%V Nền F 60-65 Kim loại hàn ó ộ ao, kh hịu mài t t, hịu ến 5000C. m i ứng năng m n nhi t 45 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 2.0-3.0%C 28-32%Cr 11-13%W Ni+Fe+Si +Mn+Mo≈10% Nền Co 50-58 Kim loại m i hàn ó ộ ứng ao, kh năng hịu mài m n t t, hịu nhi t ộ cao. Höganäs 2.4-4.6%Fe 0.65-0.8%C 3.9-4.9%Si 3.0-3.4%B 14-16%Cr Nền Ni 60-62 Kim loại hàn ó ộ ao, kh hịu mài m h ng ăn t t. m i ứng năng n và m n PlasmaDur 51937 Sulzer Metco 3.5-4.2%C 2.7-3.3%Si 2.9-3.4%B 0.3-0.8%Fe 40%W Nền Ni 58-61 Kim loại hàn ó ộ ao, kh hịu mài m h ng ăn t t. m i ứng năng n và m n 6 Durmat 506PTA Durum 3.1%C 8-9%Cr 1.5-1.8%Mo 15-18%SC Nền F 58-64 Kim loại m i hàn ó ộ ứng ao, kh năng hịu mài m n t t, hịu nhi t. 7 Bishilite (MHA) No.1 Hitachi ≤ 2.5%C 30%Cr, 12%W ≤ 3%Ni ≤ 3%F Nền Co 54 Kim loại m i hàn ó ộ ứng ao, kh năng hịu mài m n t t, hịu va ập trung nh. 3 Stellite 1Alloy Kennametal 4 Surfit 1560 5 3.2.2. Xác định thành phần và pha trộn hỗn hợp bột hợp kim Trong phạm vi ề tài này, t gi hỉ ề ập phƣơng ph p nghi n ứu, ự o n và quy hoạ h thự nghi m ể x ịnh hàm lƣ ng thành ph n h p kim ủa hỗn h p ột ứng ụng ho qu tr nh hàn PTA. Từ ó, pha trộn hỗn h p h p kim ột M ằng phƣơng ph p ơ họ ể tạo hỗn h p ột h p kim m o y u u u ra là ộ ứng kim loại m i hàn H=55-60HRC, ó kh năng hịu mài m n o ma s t trong iều ki n khô (không ó h t ôi trơn) t i thiểu ằng 80% kh năng hịu mài m n ủa mẫu i hứng ƣ hàn ằng ột h p kim Eutroloy 16606 ủa h ng Castolin. Ti u huẩn ASTM G 99-04 ƣ p ụng ể kiểm tra mài m n ho mẫu hàn [19]. Về m t l thuyết, qua ph n tí h một s h p kim ột nền Co, Ni, F ủa h ng s n xu t th y rằng, ứng với từng y u u và iều ki n ụ thể ể họn h p kim ột ó nền và thành ph n phù h p. Trong trƣờng h p này, t gi n tạo ra m i hàn ằng qu tr nh PTA tr n nền thép C45, y u u kim loại m i hàn ó ộ ứng kho ng 55-60HRC, ó kh năng hịu mài m n trong iều ki n khô. V vậy, t gi ƣu ti n lựa họn h p kim ột ó Ngô Hữu Mạnh 46 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 nền là Sắt (F ) làm ơ sở ể ph n tí h và pha trộn hỗn h p h p kim ột ho phù h p với thự tế hế tạo, phụ h i ạng hi tiết trong iều ki n s n xu t ở Vi t Nam. Ph n tí h thành ph n ủa h p kim ột Eutroloy 16606 th y rằng, hàm lƣ ng nguy n t h p kim ể tạo it là không lớn, ụ thể: 4.2-4.5%Cr, 5.5-6.4%W, 2.0-2.4%V. Hàm lƣ ng C on ũng hỉ hiếm kho ng 1.0-1.2%. Tuy nhi n, ộ ứng ủa kim loại m i hàn ạt ƣ là kh lớn (kho ng 60HRC), kh năng hịu mài m n t t. Đ y là ơ sở quan trọng ể t gi x ịnh và lựa họn thành ph n ột, ũng nhƣ giới hạn miền gi trị ho thành ph n ự kiến ể pha trộn hỗn h p ột h p kim M. B n ạnh ó, qu tr nh ph n tí h tính ủa thành ph n ột th y rằng, Cr3C2 và WC ó nh hƣởng lớn ến ộ ứng (H) ủa kim loại m i hàn. V khi thay ổi hàm lƣ ng ủa Cr3C2 và WC ều ẫn ến sự thay ổi ộ ứng (H) ủa kim loại m i hàn. Và m i quan h ủa húng ó xu hƣớng tuyến tính. V vậy, hai thành ph n Cr3C2 và WC sẽ là những yếu t quyết ịnh ến ộ ứng và kh năng hịu mài m n ủa kim loại m i hàn. B n ạnh ó, thành ph n F ƣ họn làm nền ủa hỗn h p ột h p kim M. Sự ó m t ủa F với hàm lƣ ng lớn (nền) sẽ làm tăng ƣờng sự li n kết giữa pha ứng và hạn hế hi n tƣ ng gi n, nứt ủa kim loại m i hàn. M t kh , trong qu tr nh hàn PTA, F ó thể sẽ kết h p với Cr và C ể tạo ra hỗn h p Cr-Fe-C làm tăng ƣờng kh năng hịu mài m n ho kim loại lớp ắp. V vậy, a thành ph n này sẽ ƣ t gi kh o s t, ph n tí h và họn làm iến u vào. Về m t thự nghi m, ể ó ơ sở ph n tí h, so s nh và x ịnh thành ph n phù h p ho ột h p kim M ự kiến pha trộn, t gi lựa họn ột h p kim Eutroloy 16606 với nền F làm ơ sở ph n tí h và i hứng. V vậy, t gi tiến hành hàn th nghi m ột h p kim Eutroloy 16606 tr n nền thép C45 ằng qu tr nh hàn PTA ể l y kết qu ph n tí h, so s nh và làm ơ sở ể nh gi , x ịnh, lựa họn thành ph n và pha trộn hỗn h p ột h p kim M. Sau khi hàn ột h p kim Eutroloy 16606 l n nền thép C45 ằng qu tr nh hàn PTA, ộ ứng ủa kim loại m i hàn ạt kho ng 60HRC. Ph n tí h hàm lƣ ng it Crôm trong kim loại m i hàn ằng ph n mềm Image-Pro-Plus th y rằng, mật ộ it Crôm ó tỉ l kho ng 5%. Sự ph n tí h này ƣ thự hi n tại iểm kh nhau tr n m i hàn ể m o tính hính x . Từ kết qu ph n tí h mẫu hàn h p kim ột Eutroloy 16606 tr n nền thép C45 ằng qu tr nh hàn PTA, kết h p ph n tí h l thuyết yếu t nh hƣởng ến ộ ứng (H) và kh năng hịu mài m n ủa kim loại m i hàn, t gi ự ịnh sẽ pha trộn hỗn h p ột h p kim M với thành ph n hính g m ột Vônfram ít (WC), ột Crôm ít (Cr3C2) và ột Sắt (F ) thay v s ụng thành ph n nhƣ ột h p kim Eutroloy 16606. C thành ph n h p kim này ƣ nghiền thành ột với kí h hạt từ 50-100µm. Do y u u kim loại m i hàn ó ộ ứng từ 55-60HRC, không ph i làm vi trong môi trƣờng hịu nhi t ộ ao, n n t gi ự kiến không s ụng ột Vana i (V) và ột Moli n (Mo) ho h p kim ột n pha trộn. Điều này sẽ làm nh hƣởng ến tính ủa kim loại m i hàn, nhƣng sẽ gi m ƣ gi thành ho ột h p kim M. V tr n thị trƣờng hi n nay, qua kh o s t h ng s n xu t h p kim ột th y rằng, hai loại ột h p kim V và Mo ó gi kh ao. Nhƣ vậy, ột h p kim M ự kiến pha trộn sẽ bao g m a thành ph n ơ n là Cr3C2, WC và F . Trong ó, F ƣ họn làm nền ủa hỗn h p ột h p kim M. C thành ph n ột tr n ƣ ung p ởi Công ty Ch ng u Huarui In ustrial (CHI) ủa Trung Qu . T gi li n h với CHI và t hàng a loại ột tr n, trong ó ó y u u về kí h hạt và ộ tinh khiết ủa Cr3C2, WC và F . Đ iểm ủa a loại ột này ƣ tr nh ày trong B ng 3.4 ƣới y. Một iểm ũng ng quan t m nữa là gi thành ột h p kim Cr3C2, WC, F o Công ty CHI ung p hỉ ằng một n a so với gi thành ủa ột h p kim Eutroloy 16606 ủa h ng Castolin hi n nay. Điều này ho phép nghi n ứu, triển khai ứng ụng và hạ gi thành s n phẩm ể n ng ao kh năng ạnh tranh với loại vật li u ƣ hế tạo ạng y ho qu ang ó tr n thị trƣờng hi n nay. M t Ngô Hữu Mạnh 47 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 kh , pha trộn hỗn h p ột h p kim M ho phép n ng ao tính hủ ộng trong vi iều hỉnh thành ph n th o từng y u u, ứng ụng ụ thể. B ng 3.4. C thành ph n Cr3C2, WC và F ƣ s ụng ể pha trộn hỗn h p ột h p kim M o CHI ung p. Loại ột TT 1 C ít Vônfram 2 C ít Crôm 3 Sắt K hi u Thành ph n hóa họ (%) WC W≥92, C=6-7, Si[...]... 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 trƣờng hịu mài m n ở iều ki n khô (không ó h t ôi trơn) Vật li u hàn ƣ 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 Mục đích nghiên cứu Nghi... ƣờng hàn th ƣờng hàn sau h ng g i l n 1/3 hiều rộng ủa ƣờng hàn trƣớ 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 ƣờng 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 trƣờng) trƣớ khi tiến hành hàn ƣờng tiếp th o Điều này sẽ hạn hế ƣ sự tham gia ủa kim loại vào m i hàn. .. 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 ƣ 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 ƣờng ộ ng hàn, t ộ hàn, lƣu lƣ ng khí tạo plasma và khí mang ột, hiều ao m hàn sẽ làm thay... , (nhƣ Công ty THT Trƣờng Ph t, Công ty Vi t Long) Năm 2004, ề tài khoa họ m s VLIR-HUT PJ04 thuộ hƣơng tr nh h p t giữa trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội với ộng ng trƣờng ại họ kh i Fl mish – Vƣơng 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,... S lớp hàn thƣờng không lớn hơn 3 lớp ể hạn hế hi n tƣ 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 ƣờng ng hàn và ông su t ngu n nhi t, tăng t ộ hàn, n ng ao h t lƣ ng m i hàn và năng su t hàn B n ạnh ó, kho ng h từ u hàn ến vật hàn ũng ƣ uy tr ổn ịnh hơn, t n s và i n ộ ao ộng u hàn sẽ ổn ịnh hơn so với m hàn. .. 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 5560HRC, ó kh năng hịu mài m n trong iều ki n khô Vật li u nền là thép C45 không nung nóng sơ ộ trƣớ khi hàn Ngô Hữu Mạnh 2 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 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 hƣởng ến tính kim loại m i hàn và mứ... hàn khi hàn PTA H nh ạng vũng hàn và m i hàn khi hàn PTA ằng u hàn tự ộng ao ộng h nh răng ƣa với i n ộ 15mm và 18mm M i quan h giữa hiều ài ột h quang và i n p khi hàn PTA nh hƣởng ủa hiều ài h quang khi hàn PTA Kho ng h từ u hàn ến ề m t vật hàn khi hàn PTA Gó nghi ng và hƣớng i huyển m hàn từ ph i sang tr i Gó nghi ng và hƣớng i huyển m hàn từ tr i sang ph i Gó nghi ng, hƣớng i huyển m hàn khi hàn. .. h p kim nền F , Co, Ni nh hƣởng ủa kí h hạt ến qu tr nh hàn PTA nh hƣởng ủa kí h hạt F -Cr ến m i hàn khi hàn PTA Độ ứng ủa lớp ắp ó thành ph n (F , Cr)7C3 Gi n trạng th i khi hàn h p kim MC với M=Fe+4%Cr+6%W+5%Mo+2%V Độ ứng ủa lớp ắp ó thành ph n Cr3C2 khi hàn PTA So s nh ộ ứng ủa WC và W2C C u trú kim loại m i hàn khi hàn h p kim ột F -V-C Ph n tí h XRD kih hàn ột h p kim Ama or tr n nền thép Ca... nguội ủa vũng hàn và thay ổi tổ hứ kim loại m i hàn Gia nhi t trƣớ 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 ƣ 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... loại m i hàn C vị trí kiểm tra ộ ứng tr n m i hàn khi hàn h p kim ột M2 Biểu ộ ứng ở vị trí o tr n vùng kim loại m i hàn khi hàn ột M2 C vị trí kiểm tra ộ ứng ở vùng ranh giới giữa m i hàn với nền C45 Độ ứng vùng ranh giới giữa m i hàn với nền C45 khi hàn h p kim M2 Kiểm tra ộ ứng ở vùng AHN khi hàn ột h p kim Eutroloy 16606 Độ ứng vùng AHN tr n nền thép C45 khi hàn h p kim ột M2 Mẫu kiểm tra mài m n