Nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố môi trường đến chất lượng mối hàn thép cacbon thấp khi hàn MAG

Riêng trong ngành đòng tàu thủy, theo xu hướng nền công nghệ mới hiện đại thì khi đóng một con tàu, việc hàn được thực hiện trong các giai đoạn sau: Hàn các nhóm kết cấu mặt phẳng, thực

NGUYỄN THỊ MỴ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN

CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN THÉP CACBON THẤP KHI HÀN MAG

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ HÀN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CÔNG NGHỆ HÀN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS HOÀNG TÙNG

môi trường đến chất lượng mối hàn thép cacbon thấp khi hàn MAG” Tôi đã thực hiện đúng qui trình thực hiện trong thời gian làm luận văn

Trong thời nghiên cứu làm đề tài, tôi đã sưu tầm và sử dụng một số tài liệu trong nước đã được xuất bản, và một số tài liệu, cùng với một số bài báo và các tạp chí trong và ngoài nước

Tôi không sử dụng sao chép vi phạm qui định đề ra ví dụ như: Sao chép các luận văn cũ, sao chép các thông tin không có tính đích thực không được công bố

Trên đây là lời cam đoan của tôi, nếu tôi vi phạm tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng bảo vệ luận văn thạc sĩ và khoa, viện đào tạo sau đại học

Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2010

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Mỵ

K0(u) Hàm Bassel loại 2 bậc 0

K1(u) Hàm Bassel loại 2 bậc 1

Λ (Wedge) diện tích vũng hàn không thứ nguyên

Pr hệ số Prandtl

Q nhiệt lượng tỏa ra

2 y z

x

R= + + khoảng cách từ điểm khảo sát tới tâm nguồn nhiệt – 3D

Re hệ số Reynolds

S chiều dày tấm hàn

T nhiệt độ tại thời điểm khảo sát

T thời gian thứ nguyên

Tc nhiệt độ nóng chảy của vật liệu

X tọa độ theo phương x

ξ (xi) tọa độ không thứ nguyên theo phương x

ξm tọa độ không thứ nguyên lớn nhất theo phương x

Ψ (psi) tọa độ không thứ nguyên theo phương y

Y tọa độ theo phương y

Z tọa độ theo phương z

Ζ (zeta) tọa độ không thứ nguyên theo phương z

∆t8/5 (DeltaT) thời gian nguội trong khoảng (800 I500)0C

GMAW: Gas Metal Arc Welding

GTAW: Gas Tungsten Arc Welding

SMAW: Shielded Metal Arc Welding

SAW: Submerged Arc Welding

HAZ: Heat Affected Zone

KLCB: Kim loại cơ bản

KLĐ: Kim loại đắp

VAHN: Vùng ảnh hưởng nhiệt

KLMH: Kim loại mối hàn

GKLL: Giọt kim loại lỏng

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 4

MỤC LỤC 5

DANH MỤC BẢNG 7

DANH MỤC HÌNH VẼ 8

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1 3

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN MAG 3

1.1 Khái niệm chung về công nghệ hàn MAG 3

1.2 Tình hình nghiên cứu hàn MAG ở Việt Nam và thế giới 6

1.3 Mục đích - nội dung và phương pháp nghiên cứu 9

1.3.2 Nội dung nghiên cứu 10

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu 11

Chương 2 12

LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ HÀN MAG 12

2.1 Sự chuyển dịch giọt kim loại lỏng trong hàn MAG 12

2.2 Kim loại mối hàn MAG và quan hệ môi trường khí hậu Việt Nam 17

2.3 Năng lượng và trường nhiệt hàn đối với quá trình hàn MAG 23

Chương 3 32

TÍNH TOÁN TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ VÀ QUÁ TRÌNH LUYỆN KIM MỐI HÀN TRONG HÀN MAG Ở ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM 32

3.1 Tính toán trường nhiệt độ trong hàn MAG 32

3.2 Quá trình luyện kim mối hàn MAG trong điều kiện khí hậu Việt Nam 57

Chương 4 73

THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 73

4.1 Trang thiết bị thí nghiệm 73

4.2 Dụng cụ đo lường 85

4.3 Quy trình thực nghiệm 86

4.6 Ảnh hưởng của gió đến chất lượng mối hàn 96

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100

1 Kết luận 100

2 Kiến nghị 100

3.Hướng nghiên cứu phát triển của đề tài 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

Bảng 3 2 Một số tính chất chất cơ bản của các phương pháp hàn 49

Bảng 3 3 Kí hiệu thép CT31, [6] 50

Bảng 3 4 Thành phần hóa học thép CT31 50

Bảng 3 5Cơ tính của thép CT31 50

Bảng 3 6 Ký hiệu thép CT38 51

Bảng 3 7 Thành phần hóa học của thép CT38 51

Bảng 3 8 Cơ tính của thép CT38 51

Bảng 3 9 chế độ hàn cho hàn giáp mối 52

Bảng 3 10 Giá trị áp suất hơi bão hòa của hơi nước theo nhiệt độ 71

Bảng 4 1 Bảng thông số kỹ thuật của Robot hàn AX-MV6, [42] 74

Bảng 4 2 Khí và hỗn hợp khí bảo vệ dùng trong hàn GMAW 78

Bảng 4 3 Khí bảo vệ dùng trong hàn GMAW, chuyển dịch dạng phun 80

Bảng 4 4 Khí bảo vệ dùng trong hàn GMAW, chuyển dịch ngắn mạch 81

Bảng 4 5 Thành phần hóa học của một số loại dây hàn GMAW, [6] 84

Bảng 4 6 Chế độ làm sạch bề mặt mẫu thí nghiệm 88

Bảng 4 7 Đặc trưng tiêu biểu của thời tiết lạnh hanh 97

Bảng 4 8 Đặc trưng tiêu biểu của thời tiết lạnh ẩm 97

Bảng 4 9 Đặc trưng tiêu biểu của thời tiết nắng ấm 98

Bảng 4 10 Đặc trưng tiêu biểu của thời tiết nóng ẩm 98

Bảng 4 11 Tốc độ gió Code Bofort (theo chuẩn quốc tế của Liên hợp quốc) 99

Hình 1 2 Sơ đồ thiết bị 4

Hình 2 1 Chuyển dịch với các hạt hình cầu 13

Hình 2 2 Chuyển dịch phun 13

Hình 2 3 Chuyển dịch mạch xung 15

Hình 2 4 Mô hình các nhóm thông số đầu vào-ra của quá trình hàn MAG 24

Hình 3 1 Nguồn nhiệt trong hàn GMAW 32

Hình 3 2 Tương quan giữa vị trí và nhiệt độ, [2] 34

Hình 3 3 Ba trạng thái cơ bản trong hàn 35

Hình 3 4 Nguồn nhiệt điểm di động trong tấm bán vô hạn 37

Hình 3 5 Nguồn nhiệt 3D trong tấm dày, Rosenthal 38

Hình 3 6 Đường bao đẳng nhiệt 41

Hình 3 7 Nguồn nhiệt đường di chuyển trong tấm mỏng, [2] 45

Hình 3 8 Sự phân bố nhiệt hàn trong tấm mỏng, [45] 46

Hình 3 9 Quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian 53

Hình 3 10 Mô phỏng hình dạng vũng hàn 54

Hình 3 11 Sơ đồ thuật toán 55

Hình 3 12 Nguồn nhiệt ellipsoid kép di chuyển sau thời gian 15s 55

Hình 3 13 Nguồn nhiệt ellipsoid kép di chuyển sau thời gian 30s 56

Hình 3 14 Mức độ phân ly CO2 phụ thuộc vào nhiệt độ ở điều kiện IATM 58

Hình 3 15 Nồng độ phân ly của các oxyt tự do, tinh khiết trong khoảng nhiệt độ 1000-18000C 58

Hình 3 16 Sơ đồ hóa quá trình lý-hóa trong hàn MAG 60

Hình 3 17 Giới hạn hòa tan oxy trong KLMH ở nhiệt độ 16000C với các hàm lượng khác nhau của các NTHK thành phần 61

Hình 3 18 Loại súng hàn cấp dây theo kiểu “đẩy-kéo” (dùng trong trường hợp có lực ma sát lớn do trục dây dẫn dây dài hoặc môi trường nóng ẩm) 68

Hình 3 19 Chuyển động của dòng CO2 dưới ảnh hưởng của gió 69

Hình 3 20 Mô hình xác định sự cong trục của dòng khí bảo vệ khi có gió 69

Hình 3 21 Sơ đồ hóa mặt cắt cột khí bảo vệ de=1,2mm; VCO2=3.37m/s 69

Hình 4 1 Hệ thống Robot Hàn AX-MV6 73

Hình 4 2 Máy hàn Inverter DM 350, [43] 75

Hình 4 3 Thiết bị làm sạch 76

Hình 4 4 Thiết bị nung NABERTHERM 76

Hình 4 5 Máy tạo gió PHICATEX-Physik GERATE-16 77

Hình 4 6 Sơ đồ máy tạo gió 77

Hình 4 7 Dây hàn (NA-70S) ER 70S-G 83

Hình 4 8 Kính hiển vi điện tử Axiovert 25 85

Hình 4 9 Đầu đo ELCOMETER 85

Hình 4 10 Cân điện tử Libror AEG – 220G 86

Hình 4 11 Tủ ổn định nhiệt 86

Hình 4 12 Quá trình làm sạch mẫu 87

Hình 4 13 Ảnh hưởng của đường kính hạt Al2O3 và áp lực khí nén đến độ nhám bề mặt 88

Hình 4 14 Bề mặt mẫu trước (a) và sau khi làm sạch (b) 88

Hình 4 15 Nhóm các mẫu 89

Hình 4 16 Thực hành lập trình hàn trên Robot 91

Hình 4 17 Hình ảnh lập trình đặt chế độ hàn 91

Hình 4 18 Các câu lệnh thực hiện một chương trình hàn 92

Hình 4 19 Hình phôi hàn thép tấm có S=5mm 92

Hình 4 20 Ảnh tổ chức thô đại mối hàn 93

Hình 4 21 Tổ chức tế vi của mối hàn 94

Hình 4 22 Đồ thị mức độ oxy hóa tại 13000C 95

Hình 4 23 Đồ thị mức độ oxy hóa tại 1320 0C 95

Hình 4 24 Đồ thị mức độ oxy hóa tại 13500C 96

Hình 4 25 Mức độ thâm nhập của không khí bên ngoài vào vũng hàn 97

Hình 4 26 Khuyết tật mối hàn 98

LỜI MỞ ĐẦU

Đất nước ta đang trên đà phát triển rất mạnh về công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Các loại hình công nghệ mới, nhất là những công nghệ mà quá trình sản xuất dễ dàng cơ khí hóa Các loại hình công nghệ hàn đã và đang được áp dụng vào sản xuất, trong đó CNH MAG thực sự sẽ được quan tâm ở mọi lĩnh vực và khắp các vùng công nghiệp trong nước Đó là các nhà máy đóng tàu thủy, các nhà máy cơ khí đường sắt, cơ khí xây dựng, cơ khí công trình giao thông vận tải…Tổng sản phẩm hàn ở các cơ sở sản xuất loại này thường rất lớn, các cấu kiện hàn thường có kích thước lớn, cồng kềnh, có dạng hình học phức tạp, do vậy mà quy mô xưởng rất lớn về không gian và mặt bằng Riêng trong ngành đòng tàu thủy, theo xu hướng nền công nghệ mới hiện đại thì khi đóng một con tàu, việc hàn được thực hiện trong các giai đoạn sau:

Hàn các nhóm kết cấu mặt phẳng, thực hiện lắp ráp kết cấu sơ bộ

Thân tàu được hoàn thành ở xưởng lớn liên hoàn (dưới dạng các mô đun)

Hoàn thiện tàu ở bến bãi (hàn tổng đoạn)

Riêng hàn chiếm ¼ công việc của vỏ tàu, trong đó khoảng 45% trở lên công việc hàn phải thực hiện ở ngoài trời và khoảng 60-70% công việc hàn phải được thực hiện nơi chịu sự tác động của gió và độ ẩm…Do đó quá trình hàn phải chịu sự ảnh hưởng của các yếu tô môi trường như nhiệt độ, độ ẩm…

Như vậy, trong giai đoạn này, CNH MAG được ứng dụng nhiều nhất ở những nơi mà đặc thù sản xuất hàn phải diễn ra dưới sự tác động của các yếu tố khí hậu: nhiệt

độ, gió và độ ẩm Chính vì thế, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố môi trường đến chất lượng mối hàn thép cacbon thấp khi hàn MAG” là vấn đề không thể không

quan tâm đến vai trò của các yếu tố khí hậu để tập trung giải quyết các vấn đề về công nghệ trong mối quan hệ giữa các yếu tố môi trường khí hậu đến chất lượng mối hàn khi hàn MAG, nhằm xây dựng chế độ hàn hợp lý phù hợp với điều kiện môi trường

Trên cơ sở bản chất quá trình hàn MAG ứng dụng ở môi trường khí hậu nhiệt đới Việt Nam Kết hợp lý thuyết với kết quả nghiên cứu thực nghiệm xây dựng mối quan hệ

giữa chế độ công nghệ hàn và chất lượng mối hàn (có tính đến ảnh hưởng của yếu tố môi trường của Việt Nam)

Với đề tài như trên thì mục đích sẽ phải đạt được sau khi hoàn thành luận văn:

- Xác định được yếu tố môi trường ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn

- Xây dựng chế độ hàn hợp lý và biện pháp phù hợp với điều kiện môi trường

- Nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm để bổ xung vào quá trình hàn MAG trong điều kiện môi trường khí hậu nhiệt đới để hàn thép cacbon thấp đạt chất lượng, đáp ứng thực tế hàn các kết cấu thép cacbon ở điều kiện Việt nam, ứng dụng cho các cơ sở sản xuất kết cấu hàn từ công nghệ hàn MAG tạo ra sản phẩm có chất lượng đạt yêu cầu kĩ thuật mang lại hiệu quả kinh tế cao

Trong thời gian làm luận văn vì tài liệu có hạn và thời gian còn hạn chế cho nên

đề tài không khỏi thiếu sót Tác giả kính mong các Thầy cô tham gia góp ý và đặc biệt xin trân trọng cảm ơn PGS TS Hoàng Tùng đã tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu trong quá trình nghiên cứu và làm luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn tới các Thầy giáo trong Bộ môn Hàn và Công nghệ kim loại – Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, các Thầy cô giáo trong Bộ môn Công nghệ Hàn – Khoa Cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định cùng bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn cũng như toàn bộ khóa học

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN MAG

1.1 Khái niệm chung về công nghệ hàn MAG

+ Hàn MIG/ MAG là phương pháp hàn nóng chảy bằng phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ Nguồn nhiệt được cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa điện cực nóng chảy và vật hàn Hồ quang và kim loại nóng chảy được bảo vệ khỏi tác dụng của không khí ở môi trường xung quanh bởi một loại khí hoặc hỗn hợp khí trơ hoặc khí hoạt tính cacbonic

+ Sơ đồ hàn MAG

Hình 1 1 Sơ đồ nguyên lý hàn MAG

- Nguồn điện được cung cấp bởi bộ phận biến thế hàn, một đầu được nối với chi tiết, đầu còn lại nối với dây hàn thông qua bép tiếp điện ở đầu mỏ Hồ quang cháy giữa dây hàn và vật hàn, bể hàn được bảo vệ bằng nguồn khí hoạt tính từ chai khí thông qua

hệ thống ống dẫn và van được phun ra ở đầu mỏ

- Tùy theo loại khí hoặc hỗn hợp khí được sử dụng để bảo vệ, người ta phân thành các loại sau:

+ Hàn MIG (Metal-Inert-Gas) khí sử dụng là khí trơ Acgôn hoặc Hêli Phương pháp này thông thường dùng để hàn thép không gỉ, hàn nhôm và hợp kim nhôm, hàn đồng và hợp kim đồng

+ Hàn MAG (Metal-Active-Gas) khí sử dụng là khí hoạt tính CO2 và điện cực là kim loại nóng chảy, phương pháp này thường dùng để hàn thép các bon và thép hợp kim thấp

- Phương pháp hàn MAG có những đặc điểm như sau:

+ CO2 là loại khí dễ kiếm, dễ sản xuất và giá thành thấp

+ Năng suất hàn cao gấp 2,5 lần so với hàn hồ quang tay

+ Tính công nghệ của hàn MAG cao hơn so với hàn hồ quang dưới lớp thuốc vì

nó có thể tiến hành ở mọi vị trí trong không gian khác nhau

+ Chất lượng mối hàn cao, sản phẩm hàn ít bị cong vênh do tốc độ hàn lớn Nguồn nhiệt tập trung, hiệu suất sử dụng nhiệt lớn, vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp

+ Điều kiện lao động được cải thiện tốt hơn so với hàn hồ quang tay và trong quá trình hàn không phát sinh khí độc

- Hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ MAG chiếm một vị trí rất quan trọng trong nền công nghiệp hiện đại Nó không những có thể hàn các loại thép kết cấu thông thường có năng xuất mà còn có thể hàn các loại thép không gỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nóng, các hợp kim đặc biệt, các hợp kim nhôm, Magiê, Niken, Đồng và các hợp kim có áp lực hoá học mạnh với với Ôxy Phương pháp hàn này có thể sử dụng

ở mọi vị trí trong không gian

Phương pháp hàn MAG có một số đặc trưng riêng, thể hiện trong các vấn đề sau:

- Quá trình cháy hồ quang trong khí bảo vệ và quá trình luyện kim mối hàn

- Nguồn hàn và cách cấp điện hàn

- Đặc tính quá trình chuyển dịch giọt kim loại lỏng (GKLL) của điện cực nóng chảy đến bể hàn

- Quá trình luyện kim mối hàn

CNH MAG từ khi mới ra đời cho đến nay đã thể hiện rõ các ưu điểm, song trong thực tế quá trình ứng dụng vẫn còn những tồn tại cần thiết phải nghiên cứu khắc phục Những tồn tại của phương pháp này là hiện tượng rỗ khí, tụ khí kim loại mối hàn,

bề mặt kim loại mối hàn chưa phẳng, đẹp, đặc biệt là sự mất mát kim loại điện cực hàn

do hiện tượng bắn tóe kim loại lỏng ra ngoài bể hàn [16,22] Những tồn tại này liên quan đến hàng loạt các hiện tượng lý hóa diễn ra trong quá trình hàn Bởi vậy những yếu

tố ảnh hưởng đến quá trình hàn MAG nhiều hơn về số lượng, phức tạp hơn về cơ chế tương tác so với phương pháp hàn MIG [46] Có thể nói việc ứng dụng CNH MAG vào thực tế sản xuất ở điều kiện Việt Nam bao hàm cả điều kiện cần và đủ: Cần phải khảo sát các điều kiện thực tế ở Việt Nam, kết hợp với các thành tựu của thế giới đã nghiên

cứu giải quyết Trên cơ sở đó, bằng thực nghiệm xây dựng các điều kiện và CĐCNH phù hợp, mới là điều kiện đủ

1.2 Tình hình nghiên cứu hàn MAG ở Việt Nam và thế giới

1.2.1 Tình hình nghiên cứu hàn MAG ở Việt Nam

CNH MAG ở nước ta đã trải qua một thời gian dài với những đặc điểm riêng liên quan đến đặc thù nền kinh tế, trình độ sản xuất công nghiệp và thời tiết khí hậu Việt nam Thực tế quá trình nghiên cứu và ứng dụng CNH MAG chưa đáp ứng được nhiều cho nhu cầu sản xuất công nghiệp Nhận thấy tầm quan trọng và ý nghĩa của phương pháp công nghệ này trong nền sản xuất công nghiệp, từ những năm 70, các cơ quan nghiên cứu và các ngành quản lý sản xuất công nghiệp đã quan tâm đến lĩnh vực công nghệ hàn MAG [8] Tại hội nghị toàn quốc lần thứ nhất 1979, báo cáo của Viện khoa học công nghệ Quốc phòng, cũng như báo cáo của Viện Khoa học Xây dựng, Bộ giao thông vận tải đã phân tích, đánh giá vai trò quan trọng của phương pháp CNH MAG trong sản xuất công nghiệp và sự cần thiết nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực công nghệ này vào thực tế sản xuất công nghiệp nước ta nói chung CNH MAG đã được quan tâm đến trong nhiều bài báo, các hội thảo và trong các dự án phát triển sản xuất [9]

Nghiên cứu ứng dụng đầu tiên về lĩnh vực CNH MAG ở nước ta được triển khai tại Viện Khoa học Kĩ thuật Xây dựng thực hiện tại công trình giấy Bãi Bằng-Phú Thọ Việc nghiên cứu ứng dụng được tiến hành trên cơ sở trang thiết bị và vật liệu của Thụy Điển Tổng kết ứng dụng đã khẳng định rõ những ưu điểm, tính hiệu quả kinh tế cao, và triển vọng to lớn của việc ứng dụng CNH MAG vào sản xuất cơ khí của đất nước, nhưng đồng thời qua thực tiễn đẫ xuất hiện một số nội dung và yếu tố công nghệ, yếu tố môi trường khí hậu, vật liệu hàn chưa đề cập đến mà chưa cos điều kiện tập trung nghiên cứu giải quyết [10]

Mặt khác, việc ứng dụng CNH MAG vào thực tế sản xuất vẫn chưa được quan tâm đúng mức Do vậy việc ứng dụng CNH MAG trong giai đoạn thập niên 80, 90 vào sản xuất vẫn chưa mang lại hiệu quả thiết thực Trong một phạm vi nhất định, có thể coi các nguyên nhân chính xuất phát từ hai khía cạnh Một là do thực tế sản xuất công nghiệp đang trong cơ chế quản lý quan liêu bao cấp, nên chưa có sự cạnh tranh gây gay

gắt về năng suất lao động và chất lượng sản phẩm Khả năng thứ hai có thể căn bản hơn,

đó là sự đầu tư nghiên cứu làm chủ CNH MAG trong sản xuất còn ít, nên có nhiều khó khăn, ách tắc nảy sinh Đó là sự không ổn định về quá trình hàn dẫn đến không ổn định chất lượng, và có thể đây chính là do ảnh hưởng của các yếu tố môi trường gây ra, nhưng do hạn chế trong chỉ đạo, phát triển nghien cứu của nhà nước nên đã chưa được giải quyết công nghệ này đúng mức

Năm 1992, một đề tài cấp nhà nước nghiên cứu CNH thuộc chương trình KC-04

đã triển khai tại Viện Nghiên cứu máy Trong đề tài hàn này có đề mục nghiên cứu ứng dụng CNH MAG Đây là một đề tài lớn nghiên cứu nhiều phương pháp công nghệ, đến năm 1995 đề tài vẫn được tiếp tục

Trong vài năm gần đây, Trường ĐHBKHN, cũng đã nghiên cứu công nghệ hàn MAG để hàn thép hợp kim các loại Các tác giả đã sử dụng công cụ toán học: “Tối ưu hóa” Quá trình công nghệ hàn MAG để xác định chế độ nguội tối ưu trong khoảng

8000C – 5000C cho một số thép hợp kim thấp Crom-Mangan, Mangan-Silic Kết quả nghiên cứu của [7,12] rất có ý nghĩa khoa học-công nghệ và thực tiễn Đặc biệt từ năm

2000, do chiến lược phát triển kinh tế có trọng điểm của nhà nước, tập trung vào một số trọng tâm: phát triển kinh tế biển, kinh tế khoáng sản, kinh tế năng lượng dầu khí Do vậy công nghệ hàn được chú ý nhiều hơn trong các lĩnh vực: đóng tàu, dầu khí, xây dựng, giao thông Các ngành kinh tế này đã bắt đầu ứng dụng các công nghệ hàn có năng suất chất lượng như hàn MIG, MAG, TIG, hàn tự động dưới lớp thuốc

Như vậy các kết quả nghiên cứu trước đây tuy đã tạo được tiền đề cho sự phát triển công nghệ hàn MAG ở Việt nam Song song với sự phát triển về nghiên cứu công nghệ, ứng dụng công nghệ, các nhà máy sản xuất vật liệu hàn cũng được quan tâm phát triển như nhà máy sản xuất que hàn Việt Đức, công ty đóng tàu Nam Triệu sản xuất dây hàn đặc , dây hàn lõi bột dùng cho các công nghệ hàn MAG, TIG , Song việc nghiên cứu CNH MAG vào thực tế vẫn chưa được hoàn chỉnh; nó đòi hỏi phải tiếp tục giải quyết một số nội dung khoa học-công nghệ gắn liền với điều kiện thực tế Việt nam ta (như dạng sản xuất, vật liệu, khí hậu) Và chỉ khi đã nghiên cứu giải quyết những nội dung khoa học-công nghệ đtương đối hoàn chỉnh và từng bước hoàn thiện chế độ công

nghệ, xác định CĐCNH phù hợp thì mới có thể áp dụng công nghệ hàn MAG vào thực

tế cuả điều kiện Việt nam sẽ đem lại nhiều kết quả hơn

1.2.2 Tình hình nghiên cứu hàn MAG ở thế giới

Từ cuối đại chiến thế giới lần thứ II, người ta đã biết hai phương pháp CNH trong khí bảo vệ: MIG (Metal-Iner-Gar) và TIG (Tungsten-Iner-Gar) Đặc trưng của hai phương pháp MIG và TIG là trong quá trình hàn, hồ quang và bể hàn được bảo vệ bằng khí trơ (Ar, He) TIG là phương pháp hàn bằng điện cực không nóng chảy (volfram hoặc grafit), nối thuận cực (cực âm nối với điện cực, cực dương nối với vật hàn MIG là phương pháp hàn bằng điện cực nóng chảy (dây kim loại), nối thuận hay nghịch tùy vào mục đích (hàn hoặc đắp) [16]

Khí bảo vệ (khí trơ) đắt tiền, nên cuộc tìm kiếm khí bảo vệ thay thế rẻ hơn đã thu hút nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu (ở Mỹ hồn hợp 75% Ar + 25%CO2 đắt gấp 5 lần

so với khí CO2 thuần; ở Nhật vì Ar quá đắt việc hàn trong Ar gần như bị loại bỏ [63] Thành tựu của nhiều công trình nghiên cứu [35] đã cho ra đời phương pháp hàn MAG (Metal-Active-Gar) Hàn bằng điện cực không nóng chảy và bằng điện cực nóng chảy đều có thể dùng khí bảo vệ không phải 100% là khí trơ như trước, mà là hỗn hợp khí trơ cộng thêm 1 đến 25% khí CO2 hoặc hoạt khí khác Công cuộc tìm kiếm của các nhà nghiên cứu khoa học vẫn tiếp tục và họ đã đạt được những thành tựu to lớn là phương pháp hàn MAG có thể dùng 100% CO2 làm khí bảo vệ trong quá trình hàn điện cực nóng chảy Từ năm 1953 ở Liên Xô đã chính thức ứng dụng công nghệ hàn MAG [34]

và lần lượt 1955-1956 ở các nước phương Tây: USA, Canada, Anh, Tây Đức [38] cũng

đã ứng dụng phương pháp hàn này

Theo [19], liên hiệp đường sắt Hoa Kỳ trong năm 1992 đóng mới 31181 toa xe lửa các loại, tăng 37,5% so với năm 1991; quý I / 1993 đóng được 11928 toa xe, tăng 42% so với quý I/1992 Sự tăng trưởng này là do nghiên cứu ứng dụng CNH trong khí bảo vệ (Harper E.L)

CNH MAG và các công nghệ hàn khác đối với thế giới đã có một quá trình ứng dụng, nghiên cứu hoàn thiện từng bước, và ngày nay đã phát triển đến mức độ cao kể cả

về nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu ứng dụng thực tế; đã có nhiều công trình nghiên

cứu ứng dụng về trường nhiệt độ hàn và các phần mềm tính toán như Syswel, ANSIS, MATLAB vì vậy hàn đã được ứng dụng rất rộng rãi.Tuy nhiên cũng còn nhiều vấn đề vẫn được các nhà nghiên cứu tiếp tục quan tâm: Nghiên cứu các công nghệ hàn đặc biệt

để hàn các hợp kim đặc biệt, vấn đề vật liệu hàn mới; các quá trình luyện kim liên quan đến chất lượng mối hàn; đặc biệt nghiên cứu về các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến chất lượng và quá trình hàn

Những tồn tại nêu trên của phương pháp CNH MAG vẫn được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới Các nhà khoa học đã có một quá trình nghiên cứu giải quyết từng vấn đề tồn tại nhỏ theo phương pháp chung là: Đi từ thực nghiệm đến nghiên cứu bản chất và giải quyết vấn đề trong mối quan hệ với yếu tố công nghệ và điều kiện thực tiễn Kết quả cuối cùng thường đi đến giải quyết (công thức mói hoặc hiệu chỉnh công thức) cho một thông số hàn cụ thể, cũng có thể đưa ra được giải pháp đổi mới thiết bị, thậm chí chế tạo mới hoàn toàn một bộ phận nào đó của tổ hợp dây truyền công nghệ Tất cả đều đi đến một mục đích chung là tạo ra sản phẩm hàn có chất lượng tốt hơn, giá thành hợp lý và cuối cùng là hiệu quả kinh tế cao hơn

1.3 Mục đích - nội dung và phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Mục đích của luận văn

Ở nước ta cũng đã và đang ứng dụng công nghệ hàn MAG vào sản xuất nhưng vẫn còn tồn tại một số khuyết tật như:

- Mối hàn bị rỗ khí, rỗ xỉ

- Bề mặt mối hàn ghồ ghề, bị lõm chưa đạt hình dạng mối hàn theo tiêu chuẩn

- KLL bị bắn tóe ra ngoài bể hàn (hiệu xuất sử dụng vật liệu hàn thấp)

Những khuyết tật trên đã làm giảm chất lượng mối hàn, hư hỏng các chi tiết hàn, giảm tuổi thọ của kết cấu

Qua khảo sát các tài liệu về chuyên ngành hàn có thể rút ra những ý kiến về nguyên nhân dẫn đến các hiện tượng trên đây Những yếu tố gây ra khuyết tật trong quá trình hàn có nhiều nhưng ở điệu kiện Việt nam đó là điều kiện thời tiết, khí hậu xung quanh vùng hàn (tại thời điểm hàn cũng như không gian và thời gian quá trình cất giữ vật liệu và thiết bị) Các yếu tố môi trường khí hậu (gió, độ ẩm, nhiệt độ, độ sạch của

không khí quanh vùng hàn ) đều có thể ít nhiều ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn khi hàn MAG

Vậy mục tiêu của luận văn là nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố môi trường đến chất lượng mối hàn thép cacbon thấp khi hàn MAG

Một vấn đề mà nhiều nghiên cứu chưa đề cập đến trong hàn MAG đó là vai trò ảnh hưởng của :

Ôxy có ở các môi trường: - Không khí

- Khí CO2 t0 CO + ½ O2

- Hơi ẩm (trong không khí, trên bề mặt kim loại)

- H2O H2 +1/2 O2Theo lý thuyết hàn [47] ô xy hòa tan vào kim loại lỏng sẽ lam thép trở nên giòn, mặt khác ô xy tác động với kim loại trên bề mặt theo quá trình sau:

2Fe + O2 ˆ 2FeOˆ Fe2O3 ˆFe3O4ˆ Mức độ ô xy hóa kim loại

Đặc biệt ở điều kiện truyền nhiệt của nguồn nhiệt hàn MAG các đường hàn đến với điều kiện tiếp xúc O2, không khí và bề mặt kim loại thì sẽ xẩy ra quá trình:

Fe2O3 + H2O | Fe2O3 H2O hoặc Fe2O3 3H2O hoặc Fe3O4 H2O

Hợp chất này được gọi là gỉ Do vậy khi hàn các gỉ này sẽ tạo ra quá trình phân li

và tạo ra sự thâm nhập H2 vào mối hàn và gây ra nguy cơ bị nứt hoặc rỗ khí | Fe2O3

H2O hoặc Fe3O4 + H2 hoặc gây ra rỗ xỉ

Mục đích của đề tài là xác định được hệ số ảnh hưởng của yếu tố môi trường đến CLMH, nhằm xây dựng CĐH hợp lý phù hợp với điều kiện môi trường Nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm quá trình hàn MAG trong điều kiện môi trường khí hậu nhiệt đới

đế hàn thép cacbon thấp đạt chất lượng, đáp ứng thực tế hàn các kết cấu thép cacbon ở điều kiện Việt nam, ứng dụng cho các cơ sở sản xuất kết cấu hàn từ công nghệ hàn MAG tạo ra sản phẩm có chất lượng đạt yêu cầu kĩ thuật mang lại hiệu quả kinh tế cao

1.3.2 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết CNH MAG; xác định phạm vi và đối tượng nghiên cứu Khảo sát điều kiện khí hậu Việt nam, lấy số liệu thực tế môi trường

ở Việt nam

Tính toán sự phân bố trường nhiệt độ khi hàn MAG các đường hàn dài trên nền thép cacbon thấp để nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường khí hậu nhiệt

đới đến quá trình hàn MAG để hàn thép cacbon thấp đạt chất lượng

Xây dựng CĐCNH MAG với biện pháp kỹ thuật hợp lý để nâng cao chất lượng mối hàn cho hàn MAG thép cacbon thấp ở điều kiện khí hậu Việt nam

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu

Trong điều kiện khí hậu Việt nam, phương pháp nghiên cứu phù hợp nhất là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm, xử lí để có được quá trình, chế độ công nghệ hợp lí Cụ thể dựa vào bản chất CNH MAG, trên cơ sở lí thuyết và thực nghiệm xác định phạm vi ảnh hưởng của yếu tố môi trường khí hậu và điều kiện công nghệ khác đến chất lượng mối hàn thép cacbon thấp khi hàn MAG Từ đó, kết hợp với những thành tựu nghiên cứu trên thế giới tiến hành thực nghiệm để hoàn thiện công nghệ hàn MAG và xây dựng chế độ công nghệ hàn MAG kết hợp với biện pháp kỹ thuật

để thực hiện hàn các liên kết hàn thép cacbon thấp

Chương 2

LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ HÀN MAG

2.1 Sự chuyển dịch giọt kim loại lỏng trong hàn MAG

Lần đầu tiên, việc quan sát sự chuyển dịch của GKKL được thực hiện, do Hulson tiến hành vào năm 1919 bằng cách chụp ảnh Mười năm sau đó, năm 1929, Hilpert công

bố kết quả quan sát bằng chụp phim nhanh và dùng cả máy dao dộng qua hồ quang điện hàn Lần đầu tiên, năm 1932, Creedy đo các lực tác động lên giọt kim loại lỏng Sau đó, Larson Sack, Vin Conrady và cuối cùng là Maccker (1955) đã phát hiện ra luồng plasma nóng của hồ quang hàn Các tác giả nghiên cứu về quá trình chuyển dịch GKLL trong

hồ quang hàn đều đã kết luận là vấn đề này càng nghiên cứu càng phức tạp hơn Về sự phức tạp của các hiện tượng vật lý trong quá trình chuyển dịch GKLL trong môi trường khí bảo vệ hàn đã được Hội nghị Quốc tế (Birmingham, 1959 và London 1962) khẳng định

Đối với phương pháp hàn MAG, người ta đã xác định được GKLL từ điện cực nóng chảy đến bể hàn với nhiều tần số chuyển dịch từ 20-200 lần/s (Kearns, 1978) Mật

độ dòng điện trong hàn MIG/MAG rất cao, khoảng từ (60 tới 200 A/mm2 do vậy nhiệt

độ hồ quang làm nóng chảy mặt mút dây hàn thành các giọt kim loại rơi vào vũng hàn

Sự chuyển dịch các giọt kim loại này có khác nhau, bao gồm các kiểu sau:

Chuyển dịch với các hạt hình cầu, to (có đường kính dGKL lớn hơn đường kính dây điện cực de) Hình 2.1

Hình 2 1 Chuyển dịch với các hạt hình cầu Phương pháp chuyển dịch này xảy ra khi hàn với mật độ dòng điện thấp, do đó thường gọi là chuyển dịch đoản mạch (Olson D.E.1990) với mật độ dòng tăng hơn, quá trình cháy hồ quang duy trì liên tục và sẽ diễn ra hiện tượng chuyển dịch GKLL với kích thước nhỏ đi dGKL ≈ de

Tăng giá trị mật độ dòng lớn hơn nữa thì xuất hiện phương thức chuyển dịch kiểu phun

Hình 2 2 Chuyển dịch phun

Khi kích thước GKLL nhỏ (và có thể tới 20% kim loại lỏng ở dạng hạt bụi + hơi) và chuyển động với tốc độ lớn đến bể hàn dưới tác động cuả các lực trong quá trình

sang phương thức phun diễn ra khi tăng mật độ dòng điện hàn, về ý nghĩa vật lý, hiện tượng này xảy ra do hiệu ứng của mật độ dòng điện cao.Thứ nhất lực Lorentz tác dụng vào giọt kim loại lỏng tại mút của dây điện cực có xu hướng kiềm chế nó lớn lên, lực này tăng theo cường độ của dòng điện Thứ hai, tia plasma chảy thành dòng theo điện cực nóng chảy cũng gia tăng theo cường độ dòng điện, nhưng lực này lại có xu hướng tách GKLL khỏi mút điện cực Cáccông trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng lực điện động

là lực chủ yếu ở gần vùng quá độ xảy ra ứng với cường độ dòng điện của hồ quang hàn,

mà tác dụng các lực tách giọt kim loại lỏng ra bằng các lực kéo nó lại Ở những giá trị mật độ dòng điện lớn hơn, các giọt không thể hình thành bởi các lực tách ra vượt lực kéo giữ nó lại và quá trình chuyển dịch giọt kim loại lỏng dễ dàng hơn Các giọt nhỏ li ti, một khi đã bị bứt ra khỏi điện cực, chuyển dịch bằng phương pháp phun đều bị cuốn theo dòng plasma va phóng vào bể hàn với những vận tốc nhanh hơn rất nhiều so với khi chỉ có lực trọng trường Phương thức chuyển dịch giọt kim loại lỏng trong quá trình hàn MAG là các giọt thô phát sinh từ các giọt nhỏ hình thành tại các mút điện cực, tích

tụ to lên dạng hình cầu

Sự chuyển dịch GKLL qua hồ quang liên quan mật thiết với các hiện tượng nhiệt

độ trong quá trình hàn cũng được nhiều tác giả đề cập tới Kim loại nóng chảy từ điện cực anod chuyển dịch về bể hàn có một nhiệt độ cao hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của nó, và lượng qua nhiệt này chiếm một tỷ lệ quá lớn của nhiệt lượng dẫn vào bể hàn Các tác giả Essers và Walten (1981) đã chỉ ra rằng với một khoảng khá rộng của cường độ dòng điện hàn, hàm lượng nhiệt của dòng GKLL nhỏ về cơ bản, bằng lượng nhiệt cần thiết để làm nóng chảy khối lượng kim loại mối hàn và bằng khoảng ¼ tổng nhiệt lượng cấp vào cho bể hàn Phần còn lại (3/4) kể từ bức xạ nhiệt, và dẫn nhiệt từ hồ quang cộng với gia tăng nhiệt bằng điện trở I2R do có dòng điện chạy qua tại vùng catod (vật hàn), chủ yếu để làm nóng vật hàn cũng có một hiệu ứng làm tăng độ ngấu mối hàn [24]

Khi tăng dòng điện cực đại, hiện tượng chuyển dịch kiểu phun có xu thế tăng; nhưng cũng tăng cả lượng mất mát kim loại Giới hạn trị số giữa dòng cực đại và cực

tiểu tăng lên, làm tăng sự mất mát kim loại lỏng, ngược lại thì sẽ được một quá trình với

hồ quang mềm hơn và giảm sự mất mát kim loại lỏng

Chuyển dịch mạch xung (Hình 2.3): Các mạch xung được điều chỉnh theo thời gian và tần số tăng tỷ lệ với đường kính dây hàn, tạo ra những giọt kim loại rơi vào vũng hàn Hình 2 3

hồ quang tức thời Đặc tính cơ bản của quá trình hàn dùng dòng xung bao gồm các yếu

tố cơ bản: Tần xuất dịch chuyển (f), đường kính của giọt kim loại, độ nhớt đông của giọt kim loại và độ nhớt đông của môi trường cùng những đại lượng liên quan khác Đặc trưng đó được xác định (định trước) bằng biên độ điện áp của xung với khoảng cách với khoảng thời gian xuất hiện và tần số lặp lại của chúng Người ta đã nghiên cứu nhiều dạng kiểu tác động của xung Hiện nay, trong thực tế đang được ứng dụng ba loại xung tiêu biểu [26] (kiểu tác động của xung đến quá trình chuyển dịch GKLL):

Xung không tách giọt GKLL ra khỏi điện cực nóng chảy;

Xung chỉ tách một giọt GKLL;

Xung tách nhiều GKLL

Trường hợp thứ nhất, dưới tác dụng của lực điện động, GKLL dài ra trong suốt thời gian xuất hiện xung Lực này tác dụng hướng về bể hàn và nhỏ hơn sức căng bề mặt Khi xung kết thúc, sưc căng bề mặt và áp lực môi trường hồ quang níu lại, giữ GKLL về vị trí ban đầu trên mút điện cực Dòng xung tiếp xuất hiện thì GKLL đã đạt kích thước đủ lớn, và tách ra khỏi điện cực chuyển động theo hướng tác dụng của lực điện động, về phía bể hàn

Trường hợp thứ hai, cũng có tác giả gọi là xung chậm dưới tác dụng của lực điện động, GKLL được tách khỏi điện cực trong thời gian có xung tác động hoặc vào cuối thời điểm xung xuất hiện

Trường hợp thứ ba, điện cực được nung nóng mạnh mẽ, tổng hợp các lực tác dụng lên GKLL đã bứt được nó ra khỏi mút điện cực và chuyển động về phía bể hàn trước thời điểm kết thúc tác dụng xung, hòa nhập vào bể hàn và lặp lại chu trình [27]

Chu kì của một GKLL được chia làm ba giai đoạn cơ bản:

- Quá trình hình thành và phát triển ở đầu mút điện cực nóng chảy;

- Quá trình bứt ra và chuyển động đến bề mặt bể hàn;

- Giai đoạn cuối cùng của GKLL là quá trình hòa nhập vào bể hàn

Ngay giai đoạn cuối cùng này đã diễn ra nhiều hiện tượng vật lý khá phức tạp Nghiên cứu về lĩnh vực này [48] đã cho rằng không phải bất kỳ mỗi sự tiếp xúc của GKLL cũng diễn ra sự chuyển dịch KLL đơn thuần Các tác giả này đã dùng lý thuyết

“hiệu ứng pinsơ, tức là hiệu ứng bóp” có tác dụng làm rách bờ ngăn giữa GKLL và bể hàn, ngược lại sức căng của bề mặt có xu hướng mở rộng bờ ngăn

Một dòng điện xung điện với biên độ và thời gian xác định, thử nghiệm thấy: Hiện tượng tăng kích thước của GKLL và nó bị đẩy ra ngoài bể hàn Mặt khác việc giảm kích thước GKLL phụ thuộc vào giá trị dòng và thời gian của xung Dòng xung chạy qua hồ quang trước lúc đoản mạch tăng tính ổn định cuả quá trình hàn MAG Tính

ổn định xuất hiện khi thời gian ngưng tác động của xung 0,5÷2ms Sự tăng giảm dòng xung theo cơ chế càng mịn thì càng tạo được tính ổn định của quá trình chuyển nhập giọt kim loại lỏng vào bể hàn

Xung điện làm nhiệm vụ điều khiển quá trình của GKLL trong một chu kì( từ khi bắt đầu hình thành ở đầu mút điện cực đến thời điểm hòa nhập vào bể hàn) Như vậy hàn xung điện không những dễ tạo được quá trình chấy hồ quang mà có thể khắc phục được phần nào hiện tượng lõm bề mặt mối hàn, cũng như hiện tượng bắn tóe kim loại ra ngoài bể [25,27] Ngày nay hàn xung điện đã được ứng dụng vào thực tế sản xuất của một số nước công nghiệp phát triển

Song trên thực tế, quá trình hàn MAG vẫn còn tồn tại những hiện tượng mà từ lâu đã biết đến, và đã có những giải pháp, nhưng chưa khắc phục được triệt để như: Rỗ, vết lõm, mất mát kim loại v.v Bởi vậy những công trình gần đây tiếp tục nghiên cứu với mục tiêu cuối cùng vẫn nhằm khắc phục các hiện tượng này đế nâng cao chất lượng

và hoàn thiện dần CNH MAG

2.2 Kim loại mối hàn MAG và quan hệ môi trường khí hậu Việt Nam

Đế có mối hàn thép cacbon thấp đạt chất lượng thì ngoài các yếu tố nêu ở phần trên ta còn phải xét đến như VLCB, QTLKMH, cũng như các ảnh hưởng của yếu tố môi trường xung quang mối hàn như gió, nhiệt độ, độ ẩm

Qua khảo sát các tài liệu ta có thể rút ra một số vấn đề sau:

Hồ quang hàn cháy trong môi trường khí CO2 tạo ra nhiệt lượng cần thiết cho sự nung nóng chảy điện cực Còn sự đông đặc của KLMH được bắt đầu từ vùng danh giới mối hàn, nơi VLCB chưa được nóng chảy hoàn toàn (dưới sự tác dụng của hồ quang) Trong bể hàn xuất hiện đồng thời hai quá trình: nóng chảy và đông đặc Thực chất quá trình nóng chảy của phần lớn KLMH là bắt đầu từ điểm mút của điện cực, GKLL chuyển dịch đến bể hàn, hình thành bể hàn, chảy loảng tiếp ở vũng hàn và đông đặc của KLMH (gọi là quá trình luyện kim mối hàn) và diễn ra trong môi trường khí bảo vệ

CO2 Thực chất của môi trường bảo vệ QTLKMH không phải là CO2 phân tử đơn thuần,

mà là môi trường hỗn hợp ion, nguyên tử khí và bụi kim loại Sự tương tác hóa lí giữa bản thân kim loại nóng chảy, với các thành phần của môi trường quyết định các đặc trưng cơ bản của QTLKMH đối với phương pháp CNH MAG Ta có thể hiểu đặc điểm chung của QTLKMH như sau:

Nhiệt độ của hồ quang tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình hóa- lý (phân ly, hóa hợp) của các chất khí và kim loại mối hàn diễn ra mãnh liệt Khi môi trường hồ quang là khí CO2 (cùng có tạp chất) quá trình hóa lý này diễn ra mãnh liệt và phức tạp hơn so với phương pháp MIG và các công nghệ hàn khác

Tuy không gian của QTLKMH rất hẹp, nhiệt độ phân bố trong không gian đó khác nhau, áp suất cũng không đồng nhất, thời gian kim loại lỏng ở trạng thái lỏng rất ngắn; do đó các phản ứng hóa học khó đạt đến trạng thái cân bằng, nên việc xem xét hiện tượng này phải dựa vào các định luật khối lượng tác động và định luật cân bằng động

Ngay từ thời kỳ đầu mới ứng dụng CNH MAG, người ta đã nhận biết rằng: Sự phân li của các chất khí trong hồ quang đã làm tăng nồng độ các khí hòa tan vào bể hàn

và các loại khuyết tật mối hàn Ngày nay các kết quả nghiên cứu cho biết sự phân ly của

CO2 trong quá trình hàn có thể đến trên 60% lượng khí được phun ra từ miệng súng [32] Lượng CO2 bị phân li càng cao thì nồng độ ôxy trong vùng hàn càng tăng lên Cung với

sự phân ly CO2, nếu trong CO2 hàm lượng H2O càng cao (hơn 0,1%) thì nồng độ hydro trong bể hàn cũng tăng lên cao [9] Từ kết quả nghiên cứu về vấn đề này mà nhiều nước

đã xây dựng tiêu chuẩn khí CO2 giành cho CNH MAG với độ ảm cho phép H2O≤0,05% (tùy từng nước và từng điều kiện hàn) Về cơ chế và mức độ hòa tan cuả các khí vào bể hàn, cũng như cơ chế gây khuyết tật cho KLMH đã được nghiên cứu khá đầy đủ Nhiều công trình đã kết luận rằng nếu chọn hợp lý CĐCNH , dùng khí và dây hàn đảm bảo chất lượng thì hàm lượng hydro trong kim loại mối hàn sẽ thấp hơn so với các phương pháp khác.Đây là nhân tố thuận lợi cho việc ứng dụng CNH MAG để hàn các thép cacbon thấp Khảo sát các Oxyt SiO2 MnO, Fe2O3, FeO, trong kim loại mối hàn được hàn bằng các phương pháp khác nhau, cho thấy, tổng hàm lượng các Oxyt này trong KLMH được hàn bằng CNH MAG thấp hơn (chỉ hơn 1/4) so với trường hợp hàn tay băng que hàn chất lượng cao Điều đó chứng tỏ cơ chế rỗ bề mặt mối hàn có nguyên nhân của cả quá trình chuyển dịch GKLL Nghiên cứu nồng độ các khí có trong KLMH

là cơ sở để áp dụng CNH MAG để hàn các loại thép cacbon thấp

Từ thời kỳ đầu ứng dụng CNH MAG, người ta đã xác định được cơ chế và mức

độ ảnh hưởng của các quá trình hóa lý diễn ra trong quá trình hàn nóng chảy CO2, từ đó

đã có phương thức làm giảm nồng độ các tạp chất (là sản phẩm của quá trình hóa lý) chứa khí trong KLMH Kết quả nghiên cứu này đã là cơ sở để người ta chế tạo các loại dây hàn chuyên dùng cho CNH MAG Các loại dây hàn này đều phải chứa một hàm lượng nhất định các nguyên tố khử Oxy và tăng nồng độ các nguyên tố hợp kim trong KLMH như Mn, Si, có khi có cả Nb,Ti, Al Liên Xô cũ đã chế tạo các loại dây hàn khá

ổn định cho công nghệ hàn MAG, nhưng do đỏi hỏi thực tế ngày càng khắt khe mà vấn

đề này luôn được quan tâm Ngày nay thông thường đa số thép cacbon thấp người ta vẫn dùng dây hàn thông dụng loại I đê hàn Ví dụ: Ha-08Mn2Si của Nga; SP-1 của Balan; E70S-1B của Mỹ theo AWS-A5-18-69

Một vấn đề quan trọng thu hút nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu là tỷ lệ hàm lượng các nguyên tố hợp kim trong dây hàn chuyển nhập vào KLMH Theo tác giả [45] thì tỷ lệ này phụ thuộc vào nhiều yếu tố công nghệ, vật liệu (dây hàn, vật liệu cơ bản) Kết quả nghiên cứu cụ thể một số thép cacbon thường, thép hợp kim thấp có Ce<0,54 (BS-5135) đã được công bố Hệ số chuyển nhập này cơ bản phụ thuộc vào giá trị đương lượng cacbon Ce trong VLH và vật VLCB Peter Ondrejcek (1992) chứng minh bằng toán học và thực nghiệm rằng hàm lượng chuyển nhập của các nguyên tố hợp kim trong dây hàn vào KLCB có phụ thuộc vào CĐCNH, đặc biệt là vào Uh, Ih và thời gian cháy của hồ quang [32]

CNH MAG từ lâu đã được áp dụng để hàn các loại thép cacbon, thép hợp kim

Do công nghiệp ngày càng phát triển theo chiều sâu nên yêu cầu chất lượng ngày càng khắt khe, đòi hỏi người ta phải hiểu biết sâu hơn về công nghệ này Càng đòi hỏi nâng cao chất lượng KLMH, càng thấy việc ứng dụng CNH MAG để hàn các thép cacbon thấp thực tế có nhiều vấn đề phức tạp, đáng quan tâm hơn Đó là các hiện tượng xẩy ra trong và sau khi hàn như hiện tượng nứt nguội mối hàn, sự đồng nhất thành phần hóa học và cấu trúc kim loại mối hàn Xu hướng chung của thế giới là người ta đi sâu nghiên cứu từng nhóm thép và từng loại kết cấu thép cụ thể [29,39] Trong lĩnh vực này có một thực tế là trước đây một số loại thép cacbon đã được hàn trong CO2 thuần, nhưng cho

đến nay một số nước vẫn dùng hỗn hợp khí Ar+N% CO2 để hàn (N=5 đến 25%), thí dụ

ở Mỹ và nhiều nước Tây Âu Trong lúc đó ở Nhật việc sử dụng CO2 thuần để hàn tất cả các loại thép hầu như là tất nhiên, kể cả hàn cầu [9] Nhiều công trình nghiên cứu [36,47] công nghệ hàn thép cacbon đều đi sâu giải quyết cho các kết cấu và loại thép cụ thể Kết quả nghiên cứu của họ có thể khái quát ở các điểm sau:

- Bằng cách gia nhiệt với chế độ hợp lý

- Sử dụng phương pháp điều khiển quá trình hàn bằng các thiết bị hiện đại để tạo

ra phương thức và quá trình chuyển dịch GKLL thật tối ưu

- Nghiên cứu xây dựng CĐCNH hợp lý cho từng loại thép hoặc các kết cấu thép

cụ thể

Như đã nêu trên, ngoài chế độ nhiệt, yếu tố quyết định đặc điểm của quá trình luyện kim mối hàn của phương pháp CNH MAG chính là môi trường bảo vệ quá trình hàn Ảnh hưởng của môi trường bảo vệ (gồm khí CO2 với các thành phần và độ khô, không khí nơi hàn) đến QTLKMH đã đực các tác giả nghiên cứu [35] Điểm lại một cách tổng quan, các kết quả nghiên cứu thế giới cho thấy ảnh hưởng của môi trường đến QTLKMH khá đa dạng Đó chính là vai trò của môi trường đối với cơ chế các quá trình

lý hóa hóa trong chu trình từ nóng chảy ở đầu mút điện cực, hình thành GKKL, chuyển động của nó trong hồ quang, thâm nhập vào bể hàn, hình thành và kết tinh mối hàn

Trong QTLKMH, sự tác động tương hỗ những nguyên tố hóa học và hợp chất của kim loại hàn (điện cực và vật liệu cơ bản) với các nguyên tố và hợp kim chất khí trong môi trường làm cho thành phần hóa học, cơ tính của KLMH khác thành phần và tính chất của vật liệu cơ bản Sự tương tác giữa KLL với khí, tiến trình của thành phần tham gia phản ứng; khoảng cách chuyển động giữa chúng, thời gian phản ứng, nhiệt độ của các chất tham gia phản ứng, nếu nhiệt độ không đổi, thì có thể mô tả bằng phương trình sau:

( ) 2 2

x

C x

D t

t- thời gian kéo dài phản ứng [s]

x- khoảng cách, trên đó các phản ứng di chuyển [cm]

D- hệ số khuyếch tán, [D=10-5 cm/s]

Đặc điểm của quá trình luyện kim khi hàn trong điều kiện tác động của môi trường không thuận lợi là: Trong vùng hàn có nồng độ các tạp chất: H2O, Oxy, Nitơ, Oxit sắt cũng như các Oxit khác Từ lâu người ta cho rằng: Sự phân li của khí CO2 và các tạp chất có trong vùng hồ quang tạo ra một môi trường nhiều loại khí gây hại cho quá trình luyện kim mối hàn [18] Kết quả các công trình nghiên cứu trong giai đoạn này

là cơ sở để xây dựng tiêu chuẩn khí CO2 dùng cho CNH MAG Một trong các chỉ tiêu quan trọng nhất đối với chất lượng CO2 là độ ẩm và các tạp chất SO2, H2S, SO3, N2, H2, P,O2 Ngày nay, ở Nga, Mỹ và các nước tiên tiến có tiêu chuẩn CO2 với: CO2>99,8%;

H2O<0,05%

Trong qua trình hàn, trên thực tế, dòng khí bảo vệ CO2 có những đặc trưng của dòng chảy ngập rối với tốc độ ban đầu nhỏ [13] Dòng khí bảo vệ luôn bị tác động của điều kiện môi trường xung quanh (như gió, độ ẩm ) và kết quả quá trình hồ quang cháy trong một môi trường không đồng nhất Novorilov N.M đã có kết luận về sự pha trộn không khí vào khí bảo vệ trong quá trình hàn trong CO2 Ông cùng cộng sự cho rằng: kể

cả trong trường hợp dòng khí bảo vệ không bị ảnh hưởng của gió tự nhiên thì thành phần của môi trường xung quanh hồ quang cũng đã có 10% không khí lẫn vào khí bảo

vệ trong quá trình hàn Môi trường hồ quang ở vùng cách tâm điểm bảo vệ bằng bán kính miệng phun khí bảo vệ (miệng chụp khí) đã có đến 60% không khí chuyển lẫn vào môi trường hàn Tất nhiên, lượng không khí này càng tăng thì nồng độ các tạp chất khí cũng tăng và số lượng các phản ứng hóa học cũng tăng lên; tức là sự phức tạp của quá trình tương tác của KLH với tạp chất cũng tăng lên Hậu quả cuối cùng là chất lượng mối hàn bị giảm do kết quả tương tác giữa KLL với môi trường khí quyển hồ quang [11] Mức độ phức tạp (nói cách khác sự ảnh hưởng của môi trường) càng tăng lên nhiều

ở những trường hợp hàn với môi trường khí có độ ẩm cao và thành phần hóa khí quyển phức tạp

Môi trường không những ảnh hưởng đến QTLKMH, mà còn ảnh hưởng đến cơ chế dịch chuyển GKLL cũng như đến chu trình nhiệt trong quá trình hàn Sự bứt ra khỏi điện cực chuyển dịch đến bể hàn của GKLL phụ thuộc vào sự tác dụng của các lực, trong đó có lực suất điện động (hay còn gọi là lực hiệu ứng của dòng plasma, và liên quan mật thiết với môi trường) Lực Plasma tăng, áp suất môi trường tăng, và GKLL bắn phá vào bể hàn mạnh lên Kết quả là làm cho bề mặt mối hàn xuất hiện vết lõm sâu hơn và lượng kim loại bắn tóe ra ngoài cũng tăng lên (Essers và Walter, 1987 [21]) Các tác giả này cũng đã đề nghị một môi trường bảo vệ Ar + (1 ÷ 2) % Co2, quá trình hàn nhôm hoặc hợp kim của nhôm sẽ khắc phục được hiện tượng lõm bề mặt mối hàn và giảm lượng kim loại bắn ra ngoài Khi hàn thép, môi trường Ar+(5÷25)% Co2 sẽ có ưu điểm tương tự như CO2 trong hàn nhôm Kết quả nghiên cứu gần đây nhất cho thấy oxy

là nguyên tố làm giảm sức căng bề mặt của bể hàn, Co2 + Ar cũng tạo được môi trường tương tự Các hợp kim của Fe có thể hàn được trong môi trường CO2 thuần, và đây là một ưu điểm to lớn về kinh tế của công nghệ hàn MAG Song, trong quá trình hàn, hiện tượng chuyển dịch giọt kim loại lỏng thật sự đồng trục có thể coi như là không thể thực hiện được [30].Có thể tạo ra sự đồng trục bằng cách bôi trên bề mặt điện cực một màng mỏng kim loại kiềm [28]

Quá trình hình thành và dịch chuyển kim loại lỏng có liên quan đến ion hóa và độ nhớt của môi trường bảo vệ Trong thực tế, quá trình hàn không phải lúc nào cũng loại trừ hoàn toàn được sự ảnh hưởng của khí hậu, nhất là gió Khi có gió dù ở tốc độ nhỏ (Vg <0,1 m/s ) môi trường khí bảo vệ đã bị thay đổi đáng kể [13]

Thành phần và lưu lượng khí CO2 ảnh hưởng đến QTLKMH trong mối quan hệ với quá trình kết tinh và nguội mối hàn, cũng đã được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu [15] Tốc độ nguội mối hàn (Vn) có vai trò quan trọng đối với các chuyển biến trong trạng thái rắn liên quan tới thời gian khuyếch tán nguyên tử, tạo mầm kết tinh

Tóm lại CNH MAG đã áp dụng để hàn nhiều loại thép cacbon thấp và trung bình; hàn chế tạo và sửa chữa nhiều loại kết cấu quan trọng có ý nghĩa kinh tế to lớn Qua những vấn đề trình bày trên đây cho thấy, kết quả nghiên cứu bản chất CNH MAG

đã hoàn thiện dần và nâng cao khả năng khai thác ứng dụng công nghệ này Nhiều loại

trang thiết bị hiện đại, các giải pháp công nghệ, nhiều thuật toán đã được sử dụng để nghiên cứu hoàn thiện công nghệ này Từ những thành tựu nghiên cứu cơ bản đã tạo tiền

đề cho việc ứng dụng CNH MAG đẻ hàn ngày càng phổ biến cho các loại thép và các loại hình kết cấu đặc biệt Mặt khác ta cũng thấy rằng, nhiều đại lượng công nghệ của lĩnh vực công nghệ hàn MAG đang được xác định bằng kinh nghiệm và thực nghiệm Thực tế qua tài liệu cũng thấy rõ một điều nữa là việc ứng dụng CNH MAG vào từng trường hợp cụ thể đều phải tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác định điều kiện công nghệ và vật liệu phù hợp nhất Như vậy trong các trường hợp hàn ở những nơi điều kiện không thuận lợi về môi trường khí hậu, thì việc nghiên cứu xác định mức độ ảnh hưởng của điều kiện thiên nhiên cụ thể đối với quá trình hàn (và chất lượng mối hàn) lại càng cần thiết và cũng có ý nghĩa khoa học công nghệ và thực tiễn hơn

2.3 Năng lượng và trường nhiệt hàn đối với quá trình hàn MAG

Đặc trưng cơ bản của sự phát triển công nghệ hàn MAG hiện nay là cường độ hóa quá trình hàn: sử dụng các máy hàn tự động và bán tự động tăng công suất điện và tăng hiệu suất hàn Tuy nhiên điều này sẽ dẫn đến sự đốt quá nóng vùng cận mối hàn gây ra sự biến dạng cơ học và thay đổi cấu trúc kim loại, cuối cùng tính chất cơ lý và chất lượng mối hàn nói chung sẽ giảm và có khi còn gây phá hủy kết cấu do nhiệt sinh

ra Các nhóm thông số vào ra của quá trình hàn MAG có thể được trình bày theo mô hình tổng quát ( hình 2.4)

Hình 2 4 Mô hình các nhóm thông số đầu vào-ra của quá trình hàn MAG

Quá trình hàn hồ quang là sự chuyển đổi điện năng sang nhiệt năng của hồ quang, đốt nóng chảy kim loại hàn và kim loại cơ bản để hình thành mối hàn Các chỉ tiêu chất lượng của mối hàn đều được phản ánh thông qua sự phân bố nhiệt trong các vùng cột hồ quang, trong vùng kim loại mối hàn và cận mối hàn mà trong đó hình dạng hình học, cấu trúc và cơ tính mối hàn là rõ nét nhất

Để tìm kiếm phương thức điều khiển quá trình hàn [31], từ lâu người ta đã nghiên cứu quá trình hình thành, chuyển dịch và hòa nhập của giọt kim loại lỏng vào bể hàn; quá trình nguội của kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt Quá trình nhiệt hàn

có vai trò quyết định tính chất KLMH, kim loại VAHN của liên kết hàn [31] Nhiệt hàn

và sự phân bố nhiệt ảnh hưởng trực tiếp lên quá trình hình thành và quá trình nguội của

bể hàn (đặc biệt là từ 8500C - 5000C) Thời gian nguội 8500C đến 5000C quyết định quá trình chuyển đổi pha cuối cùng trong tổ chức của kim loại liên kết hàn, nghĩa là quyết định tính chất cơ lí của liên kết hàn [36]

Như vậy việc nghiên cứu quá trình nhiệt trong quá trình hàn MAG là cần thiết tạo cơ sở để xác định chế độ hàn tối ưu, nhằm bảo đảm chất lượng mối hàn theo yêu cầu Khảo sát tài liệu [24,34] cho phép ta tổng hợp được một vấn đề về lý thuyết trường nhiệt hàn gắn liền với quá trình hàn MAG Đây là lý thuyết cơ sở cho quá trình khảo sát, nghiên cứu các nội dung liên quan đến nhiệt hàn của công trình này

Công suất của nguồn điện hàn được cấp cho quá trình hàn, trước hết đốt nóng sơ

bộ điện cực và hình thành plasma gây ra sự va chạm giữa các ion, phân tử, nguyên tử với nhau và giữa chúng với các điện cực phát sinh ra dòng nhiệt rất mạnh-nhiệt hồ quang Năng lượng hồ quang đốt nóng điện cực và vật hàn, đồng thời tiêu tán vào môi trường xung quanh qua sự truyền nhiệt bức xạ và đối lưu Phần năng lượng mà vật liệu hàn và điện cực nhận được chính là năng lượng hiệu dụng Sự phân bố năng lượng của

hồ quang được chia làm ba phần:

Tiêu tán vào môi trường xung quanh (qt);

Đốt nóng chảy điện cực (qa);

Đốt nóng chảy kim loại cơ bản (qk)

Năng lượng hiệu dụng của quá trình hàn là phần năng lượng tổng thể đốt nóng chảy dây điện cực qa và vật hàn (qk):

Năng lượng hồ quang truyền bằng bức xạ và đối lưu ra môi trường ngoài có thể được biểu thị gần đúng [37]:

q tCO2 = αΣ( Thq− T0) + αCO2 QCO2 [J/s] (2 4)

Trong đó: αCO2- hệ số hấp thụ nhiệt của dòng khí [J/m3]; QCO2 – lưu lượng dòng khí bảo vệ CO2 [m3/s]; qtCO2 – năng lượng của hồ quang bị mất mát do CO2 gây ra trong một đơn vị thời gian [J/s]

Như vậy trong quá trình hàn MAG, nếu QCO2 thay đổi rõ ràng làm thay đổi năng suất hiệu dụng đốt cháy vật liệu hàn [20,37]

Để tiện cho việc phân tích các quá trình nhiệt, phương trình cân bằng nhiệt đốt nóng và nấu chảy điện cực anod ta có thể biểu diễn dưới dạng [17’]

S -nhiệt dung ban đầu của tầm với điện cực [J/kg]

Từ công thức (2.5) ta có công thức tính lượng kim loại anod được nung nóng chảy trong một đơn vị thời gian [37]:

h a

h a a

S S S

Tương tự như đối với anod, từ năng lượng hiệu dụng đốt nóng chảy katod ta có công thức tính lượng kim loại katod được nung nóng chảy trong đơn vị thời gian:

h k h k k

h k

S S

U

−

Trong đó: ηk- hệ số hiệu dụng nung nóng chảy katod

Sk - nhiệt dung riêng kim loại cơ bản đã chảy lỏng [J/kg]

0

k

S - nhiệt dung riêng của kim loại cơ bản trước khi hàn [J/kg]

k

α - hệ số chảy katod [kg/(A.s)]

Hệ số αk chịu ảnh hưởng của môi trường Khi nhiệt độ môi trường thay đổi, dẫn

đến sự thay đổi của Sk0, còn gió và độ ẩm ảnh hưởng lên hệ số ηk

Sự nóng chảy của dây hàn và vật liệu cơ bản tạo nên bể hàn mà phía trước của nó

là vùng kim loại nóng chảy do tác dụng của nhiệt hồ quang, còn phía sau là vùng kết tinh Thể tích và hình dáng của bể hàn là những đặc trưng cơ bản của mối hàn, quyết

định các tính chất cơ học của mối hàn Diện tích tiết diện cắt ngang của mối hàn có thể xác định theo công thức :

h

k m

V

m F

h h k m

S S V

I U F

−

= γ

η

Công thức (2.10) cho phép ta tính được diện tích mặt cắt mối hàn, khi xác định được nhiệt độ trung bình của kim loại nóng chảy nói riêng và quá trình phân bố nhiệt trong vùng hàn nói chung

Lý thuyết hiện đại về sự phân bố nhiết trong vật hàn cho phép giải quyết nhiều bài toán năng lượng trong quá trình hàn [18] Khi hàn bằng nguồn nhiệt di động ta có thể có được các phương trình nhiệt là lời giải tổng hợp mô tả sự phân bố nhiệt trong vật hàn Nguyên lý về sự phân bố và truyền nhiệt trong quá trình hàn hồ quang được dựa trên các giả thuyết:

Nguồn nhiệt được xem là tập trung;

Các hệ số nhiệt vật lý của vật hàn được coi là không phụ thuộc vào nhiệt độ, và như vậy quá trình truyền nhiệt được mô tả bằng các phương trình vi phân tuyến tính

Không tính đến sự hấp thụ nhiệt và tỏa nhiệt trong quá trình chuyển đổi pha và trạng thái

Phương thức truyền nhiệt trong vật hàn là dẫn nhiệt, điều này giới hạn vùng ứng dụng Nó chỉ để tính toán nhiệt độ không quá cao trong các vật rắn [24]

Dựa vào các giả thuyết trên đây, tác giả [37] đã xác định được phương trình phân bố nhiệt trong vật hàn Các công thức mô tả sự phân bố nhiệt độ được xác định cho

từng trường hợp khác nhau phụ thuộc vào kích thước của vật hàn, tính chất của nguồn hàn và sự truyền nhiệt từ bề mặt vật hàn ra môi trường xung quanh

Tại thời điểm t=0, trong một thể tích rất nhỏ dxdydz của vật có kích thước vô hạn, cho tác động vào một lượng nhiệt tập trung Q, sự phân bố nhiệt trong vật nửa vô hạn và được giới hạn bởi mặt phẳng đẳng nhiệt được mô tả:

at

R

e at

C

Q t

R

2 / 3

2

) 4 (

2 )

γ- khối lượng riêng của kim loại mối hàn [g/cm3];

Q- nhiệt lượng của nguồn tác động vào vật hàn [cal]

Trong trường hợp vật hàn là tấm phẳng có độ dày s, giới hạn bởi hai mặt phẳng đoản nhiệt, khi có nguồn nhiệt tập trung tác động lên một diện tích thành phần rất nhỏ dxdy và phân bố đều theo chiều dày của tấm Sự phân bố nhiệt được biểu thị bằng công thức:

at

re at C

Q t

r

2

4 )

,

π

Trong đó: r2 = x2 + y2 [cm2], r- là tọa độ điểm đang xét đến

Trong trường hợp tấm phẳng giới hạn không phải bằng hai mặt đoản nhiệt mà là truyền nhiệt Hiện tượng tổn thất nhiệt diễn ra thông qua truyền nhiệt đối lưu và bức xạ

ra môi trường xung quanh Cường độ dòng nhiệt mất mát do truyền đối lưu:

) ( T T0

qđl = αđl − [J/(cm2.s)] (2 13)

) ( T T0

Trong hai công thức (2.13) và (2.14) :

) ( bx

qt = αđl+ αbx − [J/(cm2.s)] (2 15)

Do sự mất mát nhiệt này mà trường nhiệt độ trong tấm hàn từ (2.12) sẽ là:

) 2

re at C

Q t

1 = ; s- chiều dày của tấm hàn [cm]

Trên cơ sở các công thức phân bố nhiệt độ đối với nguồn nhiệt tức thời, ta có thể xác định được công thức mô tả sự phân bố nhiệt trong vật hàn, nếu nguồn nhiệt hàn là tập hợp các nguồn nhiệt tức thời tác động tại các vị trí khác nhau Tổng các giá trị nhiệt

độ của các nguồn tác động liên tiếp sinh ra sẽ được thay bằng tích phân dạng:

∫

=

t

t dT t

T

0

,) ( )

Từ (2.12) và (2.17) viết cho hệ trục cố định x0, y0, z0, ta được:

])(4

)(

exp[

)]

(4[

2)

,0,0,

0

2 2 2 ,

3 ,

,

t t a

z y t v x t

t a c

qdt t

z y x

t

−

++