Động năng va đập của phần chuyển động với bề mặt của phần cố định, được dùng làm công biến dạng mềm hỗn hợp của các lớp tiếp xúc của các kim loại (2 kim loại cần hàn), dẫn đến việc hình[r]
(1)Công nghệ hàn nổ
A-Bản chất trình hàn nổ
Hàn nổ xét theo kiểu lượng đưa vào, có liên quan đến nhóm q trình học liên kết kim loại Khi lượng hóa học chuyển hóa lượng thuốc nổ dạng sản phẩm khí nổ chuyển thành lượng cơ, làm cho phần vùng hàn kim loại dịch chuyển với vận tốc lớn Động va đập phần chuyển động với bề mặt phần cố định, dùng làm công biến dạng mềm hỗn hợp lớp tiếp xúc kim loại (2 kim loại cần hàn), dẫn đến việc hình thành lien kết hàn hay mối hàn
Công biến dạng mềm chuyển thành nhiệt, nhiệt hậu tính đoạn nhiệt trình, vận tốc lớn đốt nóng kim loại vùng liên kết đạt nhiệt độ cao (cho đến tạo vùng nóng chảy cục bộ)
Sơ đồ nguyên lý hàn nổ có dạng: dạng song song dạng khơng song song (tạo góc)
Sơ đồ song song trình bày sơ hình Hình 1- sơ đồ bố trí hàn hổ dạng song song
(2)cịn phần phía trước sóng dẫn nổ chưa kịp nổ qn tính tiếp tục chiếm trạng thái trạng thái ban đầu
Hình 2- Sơ đồ chế diễn biến hàn nổ thời điểm trình hàn
1-Mặt tiền song dẫn nổ, 2-mặt tản sản phẩm nổ, 3-mặt sóng lỗng
Sự va đập với vận tốc lớn kim loại “bay” (KLB) kim loại cố định (KLCD) phát triển phạm vi đỉnh chuyển động với góc gama (γ), mặt phẳng KL gặp với áp lực kb Sự nén nổ khắp hướng tạo thuận lợi cho xu hướng mềm hóa khu vực tiếp xúc theo hướng hàn nhờ có diện mặt phẳng tự phía trước góc gama thành phần vận tốc , điều bắt buộc lớp bề mặt kim loại đồng thời biến dạng theo hướng vận tốc Kết dẫn đến kết dính hai bề mặt kim loại nhận mối hàn
Cũng chế màng oxi hóa tạp chất bẩn bề mặt kim loại bị đập vỡ, phân tán rơi khỏi đỉnh góc gama tác động hiệu ứng dồn (hiệu ứng chồng chất)
Tham số động lực q trình hàn nổ vận tốc va đập mặt tiếp xúc, vận tốc chuyển động đỉnh góc gama (vận tốc tiếp điểm), động va đập phần tiếp xúc W
Vận tốc va đập phụ thuộc vào vận tốc dẫn nổ D, mật độ khối thuốc nổ, độ cao H khối thuốc nổ, độ dày mật độ hay độ chặt KLB, đồng thời phụ thuộc vào khoảng cách h hai bề mặt kim loại Có hai cách xác định thực nghiệm tính tốn Phương pháp thứ dựa vào chụp ảnh thời điểm xảy q trình hàn nổ khoang chân khơng với trợ giúp dụng cụ chuyên dụng ghi ảnh máy xung lượng rơnghen
(3)kích hoạt, phải nhỏ , trường hợp ngược lại, kim loại không kịp biến dạng không xảy trình hàn Đối với loạt liên kết kim loại (thép-titan, nhôm-thép…) thỏa mãn điều kiện < cần chưa đủ Độ bền liên kết chúng tiếp tục tăng với việc giảm vào miền “tiền âm thanh”
B-Các tham số hàn nổ
1 Tham số cơng nghệ: gồm có khối lượng kích thước hình học phần tử hàn; dạng, khối lượng kích thước hình học khối thuốc nổ; kích thước xác định liên hệ phần tử (ví dụ khoảng cách kim loại; mật độ hay độ chặt kim loại thuốc nổ; góc α xác định vị trí đặt ban đầu kim loại (với sơ đồ song song α=0 )
2 Tham số động lực: gồm có vận tốc, vận tốc tiếp điểm (tiếp xúc) , vận tốc va đập , góc γ áp lực P vị trí đỉnh góc
3 Tham số lượng: theo động lực học, tính chất q trình hàn nổ xem xét q trình tượng hóa-lý Năng lượng yếu tố ảnh hưởng lên trình hay trình hình thành mối hàn Lưu ý trình hàn nổ phụ thuộc lớn vào vấn đề phân bố lượng việc chuyển hóa từ nguồn đến vị trí mối hàn Để tạo liên kết chắn hàn nổ miền xảy va đập phải xác định mức độ biến dạng mềm đó, để cho khoảng thời gian ngắn (được xác định vận tốc hàn), làm đứt phần bị nén liên kết hóa học hai bề mặt hai kim loại thay chúng liên kết Năng lượng yêu cầu kích hoạt q trình hàn nổ mở rộng nhờ kết biến dạng mềm kim loại, độ biến dạng qui định lượng chi dùng cho phần động va đập thành phần hàn
Các thành phần lượng là:
W: động riêng va đập thành phần hàn, : động riêng hệ gồm thành phần hàn,
(4)gian tạo thành mối hàn miền va đập, P- áp lực tác dụng lên miền va đập, -nhiệt độ lớp tiếp xúc hai kim loại, ε- bậc biến dạng mềm lớp tiếp xúc miền va đập, - số độ nhám mặt tiếp xúc, -trở kháng lại biến dạng tiếp xúc va đập
C-Những khuyết tật vật liệu mối hàn
Mối hàn nhận từ hàn nổ phải ổn định chất lượng toàn bề mặt đặc biệt sản phẩm có kích thước lớn tốn đủ khó cơng nghệ Điều cắt nghĩa mặt hàn nổ cho phép nhận mối hàn dùng cho nhiều chi tiết ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực mục đích sử dụng khác nhau, mặt khác tồn nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc tính chất mối hàn kim loại khơng đồng (các kim loại khác nhau)
Kinh nghiệm hàn nổ phân tích tài liệu xuất lưu hành chất lượng mối hàn phương pháp nổ đánh giá theo tiêu chuẩn: tính đặc mối hàn, độ bền mối hàn, cấu trúc vùng hàn, độ biến dạng chi tiết, có mặt khuyết tật
Độ đặc hay tính đặc mối hàn đánh giá tỉ lệ diện tích mối hàn chất lượng tồn diện tích sản phẩm Nó kiểm tra phép dò khuyết tật siêu âm
Độ bền mối hàn xác định cách thử nghiệm cắt đứt lớp hàn (lớp hàn qui ước lớp kim loại “bay” hay gọi lớp “mạ” Kim loại cố định coi kim loại mạ)
Cấu trúc miền hàn có tính chất xác định -các tham số liên kết dạng sóng;
-sự có mặt của: hợp kim, chất tơi xốp, lỗ rỗ, vi rạn nứt, phi kim; -độ vi cứng;
-tổ chức tế vi phụ
Cấu trúc kiểm soát nghiên cứu kim tương học, phương pháp phân tích rơn-ghen quang phổ, phương pháp dò khuyết tật từ trường…
Độ biến dạng sản phẩm xác định độ cong độ nới dài
(5)vết rạn, lỗ rò-rỗ, sứt mẻ phá hủy
Chất lượng mối hàn đuợc xác định sơ đồ hàn bao gồm: tham số truyền lượng hàn, tính chất kim loại thành phần, công tác chuẩn bị bề mặt để hàn, dạng bệ đỡ yếu tố môi trường ngồi tiến hành bãi rộng (độ ẩm, gió bui, lượng mưa… )
Phân loại khuyết tật hàn, sản phẩm cỡ lớn, phân chia nhóm, nhóm lại chia nhóm nhỏ tùy theo phân bố khuyết tật nguyên nhân xuất
1- Hàn không thấu (khuyết tật tính đặc) a- đơn giản rìa, mép
b- liên hệ với vỡ chế độ hàn 2- Khuyết tật miền hàn a- dạng thong
b- vỡ trễ
c- phần nóng chảy 3- Khuyết tật chi tiết a- cong
b- giãn c- rìa
4- Hỏng lớp mạ (kim loại “bay”) a- bề mặt
b- rò, rỉ, lỗ rỗ c- nứt
5- Các vi nứt phá hủy a- mẻ
b- bóc lớp
c- xuất kim loại cố định (kim loại mạ) bị kéo dãn d- qui định kim loại mạ
e- có liên qua đến q trình cơng nghệ
(6)1- Vật liệu chống ăn mòn
Một phương pháp bảo vệ có hiệu kim loại trước ăn mịn sản xuất kim loại nhiều lớp Điều cho phép hạ thấp chi phí cho kim loại thiếu hụt công nghiệp Một mặt việc sử dụng cho khả kết hợp tính chất nhiều vật liệu khác sử dụng công việc khác sản phẩm vật liệu suy (composite)
Bimetall chống ăn mòn đưa vào trạng thái “xử lý nhiệt”, hiển nhiên mức độ tính bimetal tăng cao hẳn tính kim loại dùng để mạ Điều liên hệ đến vận dụng thép hợp kim thấp làm kim loại (kim loại mạ)
Phối hợp thép hợp kim thấp với thép chống gi làm tăng độ bền composite so với kim loại dùng để mạ Với cách bimetal chống ăn mịn sản suất đại trà có giới hạn chảy đạt 400-500 MPa làm cho cao
Các tính chất quan trọng khác bimetal tính dẫn nhiệt tính cơng nghệ- có khả cho phép thực trình cơng nghệ khác hàn, uốn, dập…
Dĩ nhiên bimetal khơng có độ dẫn nhiệt cao kim loại nguyên khối Tuy trường hợp dùng thép chống gỉ để mạ bimetal có độ dẫn nhiệt độ dẫn nhiệt kim loại sở (kim loại mạ) chút lại cao hẳn kim loại dùng để mạ đến 2-3 lần Điều cho phép chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt mà lại có tính vận hành khác tương đối tốt
Khả chống ăn mòn bimetal định lớp kim loại mạ Có thể sử dụng thép ayctenit crom chế tạo thiết bị làm việc mơi trường có liên kết hữu cơ, dung dịch muối nitrit, sunphat, clorua có khí clo khơ, khí lưu huỳnh cacbonat
Trường hợp môi trường đặc biệt ăn mịn mạnh, sử dụng vật liệu mạ làm từ hợp kim niken, titan số kim loại màu
Trong cơng nghiệp hóa học người ta sử dụng bimetal kể để làm bể kết tinh, thiết bị chân khơng, bình ngưng tụ, thiết bị trao đổi nhiệt lị l(uyện) hơi, giếng rửa, bình phản ứng, nồi hấp để làm dầu mỡ, thiết bị dành cho phản ứng oxi-hóa, máy trộn…
Trong cơng nghiệp dầu mỏ, người ta vận dụng bimetall để chế tạo máy trộn, bể phản ứng chưng cất xăng từ dầu, nồi phản ứng tinh luyện, thiết bị trao đổi nhiệt…
(7)Nhưng thép này, bỏ qua tính chống gỉ nó, khơng thể sử dụng làm vật liệu kết cấu Chính độ nhớt va đập thấp tính giịn mối hàn, đặc biệt điều kiện làm việc nhiệt độ thấp tạo vấn đề Cho nên dùng làm kim loại mạ đưa khả nhận vật liệu kết cấu với tính làm việc
2- Vật liệu chống mài mòn
Chúng ta dùng phương pháp hàn nổ để tạo bimetal chống mài mòn Vật liệu dùng để mạ, thép hợp kim có tính chống mài mịn cao, cịn vật liệu dùng làm kim loại cố định thơng thường chọn thép các-bon thấp
Để sử dụng làm vật liệu chống mài mịn, người ta dùng lớp có độ dày chung 2-15 mm với độ dày tương đối lớp 10-15% độ dày chung Kim loại sở hay kim loại mạ, chọn loại thép có 0,06-0,5 % C, tương tự để chọn làm kim loại mạ, thép chứa 0,6-1,3% C hợp kim dụng cụ chống mòn số thép cac-bit
Có thể sử dụng bimetal dày hơn- độ dày lên tới 50-100 mm, chủ yếu dùng khai thác quặng mỏ Tương lai sử dụng bimetall định hình dạng có tiết diện loại lưỡi dùng làm dao cắt khác sản xuất nông nghiệp dụng cụ cắt gọt cơng nghiệp, dạng trịn hay phức tạp (như bánh răng, chi tiết thân rỗng…) dùng trục, đĩa, chốt, dao phay, tiện…
Sử dụng kết hợp kim loại cứng với kim loại mềm khơng cho thứ vật liệu có thời hạn sử dụng chống mài mòn tăng mà tạo từ chúng lưỡi cắt máy cày với tính tự mài mịn Điều giải thích lớp vật liệu mềm bị mài mòn nhanh lớp cứng (được dùng làm lưỡi sắc) Các chi tiết không cần phải mài sắc vật liệu bị mài mịn hồn tồn
Cũng có phương án khác để làm lưỡi cày từ bimetall, dùng bimetall định hình dạng “chèn đơi” với độ dày chung 4-12 mm bề rộng 220 mm Bề dày lớp cắt gọt làm từ thép 15% C, 6% Cr, 1% V chiếm 23-30% đọ dày chung bimetal
Bimetall dùng làm đĩa chân máy xới đất, đĩa xới máy bừa, máy cắt phẳng (bào), phận xay máy xay-giã …
Từ composite dụng cụ tạo dao nhíp cắt gỗ, giấy …
Tương lai lớn dùng phổ biến bimetal dạng vào tổ chức, kết cấu giao thông vận tải: rãnh-máng, gàu xúc, dùng khai thác khoáng sản, nghành nhiệt lượng, công nghiệp nhẹ công nghiệp thực phẩm
(8)dụng Có số qui ước chuẩn định trước độ cứng tối đa cho phép kim loại sở trạng thái chưa xử lý nhiệt độ cứng nhỏ kim loại mạ sau tơi Cũng kiểm sốt tách lớp
Tiêu chuẩn chất lượng vật liệu chống mài mòn độ mài mòn riêng lớp vật liệu cứng (lớp mạ), theo độ dài theo khối lượng Điều xác định nhờ thí nghiệm phịng thí nghiệm dao cắt chậu với đất trồng thực nghiệm sản xuất với mẫu thử tự nhiên chi tiết máy nông nghiệp (lưỡi cày, lưỡi gạt) lúc cày
3- Vật liệu kỹ thuật điện
Trong kỹ thuật điện bimetall dùng làm dây dẫn chi tiết phận tiếp xúc Thông thường composite kim loại kết hợp lại tính chất điện tính bền tốt với kim loại rẻ nhất, (Cb, Al, Ag…) Ngoài dây dẫn composite cịn có khối lượng nhỏ chống ăn mịn tốt Bimetall dây với lớp làm từ đồng lõi thép có tính phổ biến cao vật liệu dây dẫn không thua khả dẫn dây đồng lại kinh tế bền Dây thép chứa nhơm dùng làm đường thơng khí ống thơng gió tàu điện xe điện, dây chão cho việc tiếp xúc truyền điện khí hóa đường sắt
Triển vọng lớn việc sử dụng composite để làm mấu nối liền mạch điện Chính đầu nối xảy phần mát lượng điện chi tiết tải lưu (dẫn điện) Sử dụng mấu tiếp xúc bimetal nguyên nhân sau: thiết kế dẫn, điện cực, chi tiết khác từ kim loại khác nhau; thiết tạo mấu tiếp điểm chuyển mạch chi tiết tải lưu khơng có đồng; việc sử dụng chi tiết tải lưu thành phần với mục đích kinh tế kim loại đắt giá kim loại hiếm; tăng cường tính chi tiết tải lưu làm từ kim loại hợp kim mềm dẻo
Một nghành vận dụng lượng thời đại ngày điện hóa thực hành, điện phân, kết tủa tinh luyện kim loại (Ni, Al, Cu, Zn, Ti, Co, Sn, Cr…)
Sử dụng tiếp điểm vật liệu lớp kim loại mạch điện điện hóa thực hành làm việc tải dịng với cường độ lớn, nhiệt độ cao, môi trường hóa có hoạt tính lớn Đây u cầu cao đòi hỏi chất lượng vật liệu sử dụng Tiếp điểm bimetal (Ti+Cu, thép+Al, Cu+Al…) sử dụng cho hàng loạt q trình điện hóa thực hành, mà tăng thời hạn sử dụng chi tiết tải lưu cách tương đối giảm đáng kể trở kháng vị trí chuyển tiếp điểm
(9)bền cao, độ dẫn điện cao hệ số nở dài thấp, khả chống ăn mịn, tính công nghệ tiếp nhận gia công
4- Vật liệu chống ma sát
Một lĩnh vực hiệu việc sử dụng composite lớp kim loại sản xuất vòng bi trượt Trong máy hành việc sử dụng vòng bi trượt tốt cả, vịng bi lăn, nhờ có kích thước lượng chứa kim loại nhỏ tính làm việc tốt
Chi phí kim loại màu dùng vòng bi composite đặc biệt nhỏ chi phí cho vịng bi làm từ kim loại màu (độ dày lớp chống ma sát cẩn vài phần mm)
Vật liệu gốc cho vòng bi dải bimetall cuộn với lớp sở làm từ thép các-bon thấp, lớp mạ làm từ hợp kim chống ma sát (la-tông, brong, hợp kim nhôm…) số loại polimer có tính chống ma sát tốt
5- Lưỡng kim (bimetall) “nhiệt”
Bimetall nhiệt dùng sản xuất dụng cụ cảm ứng nhiệt, rơ-le, phận tự lựa… Vê tính chất bimetal nhiệt tóm gọn lại vào khả bẻ cong tác dụng nhiệt độ nóng lên Bởi để đạt độ cong lớn thiết kế phải chọn thành phần bimetall có khác biệt lớn hệ số nở dài Khi tính cơ-lý thành phần phải đáp ứng cho việc nhận liên kết bền theo toàn mặt tiếp xúc, gia công bimetall-nhiệt (dập, cắt, hàn…) Ngoài thiết phải đáp ứng trình làm việc bimetall-nhiệt khơng có ứng suất dư, khơng thay đổi điện trở tính nhiệt hoạt
6- Vật liệu composite lớp sản phẩm dân dụng
Trong cộng đồng giới người, chế tạo đồ dân dụng từ bimetal đem lại hiệu lớn (chén bát, dụng cụ điện dân dụng…), chi tiết hồn thiện, trang trí ơ-tơ, tiền xu, biểu tượng, trang trí, đồ sắt, kiến trúc…
Cái chảo nấu ăn làm từ nhiều lớp kim loại, có thép khơng gỉ kết hợp với thép các-bon thấp, hợp kim đồng nhôm
Composite cho tính chống gỉ vẻ đẹp tính an tồn Chảo giữ nhiệt độ tối ưu nấu ăn (nhanh nóng đều), giảm thiểu khả thức ăn bị cháy
(10)dùng chế tạo ơ-tơ, làm giếng, bình vật liệu trang trí cho xây dựng Trên giới thiệu chung sơ đồ hàn nổ để chế tạo bimetal số ví dụ nhỏ ứng dụng lĩnh vực sản xuất đời sống khác Ưu điểm công nghệ việc cho phép tạo bimetall
composite lớp với kim loại bất kỳ, với kích thước lớn (tương đối) với ưu điểm tính số tính chất đặc biệt khác Việc ứng dụng bimetall composite lớp nói chung vào phục vụ sản xuất đời sống phổ biến có hiệu to lớn
Việc sản xuất bimetall vật liệu kim loại nhiều lớp hàn nổ địi hỏi phải có chuẩn bị kỹ lưỡng cơng nghệ, kinh nghiệm tính tốn tối ưu hóa tham số liên quan Điều quan trọng việc cho sản phẩm đạt tiêu chuẩn yêu cầu thể tính ưu việt cơng nghệ Bởi có nhiều yếu tố liên quan ảnh hưởng đến trính hàn nổ chất lượng thành phẩm, mặt khác trình xảy hàn nhanh khơng thể trực quan quan sát kiểm sốt q trình Vì việc tối ưu hóa tin tưởng vào lựa chọn tham số quan trọng
Thông thường người ta kết hợp hàn nổ với số phương pháp gia công áp lực khác cán, ép… phương pháp xử lý nhiệt để tùy mục đích mà nhận thành phẩm theo mong muốn
Điều quan trọng độ bền mối hàn phải đạt yêu cầu cao Điều thể việc thử nghiệm độ bền với phá hủy không xảy chỗ hàn mà xảy kim loại có độ bền thấp Việc nghiên cứu tính thực nghiệm trên: đo độ cứng, độ vi cứng, đứt, cong, độ nhớt …
Tùy thuộc vào kim loại tham số hàn nổ mà trình xảy vùng hàn hàn khác Tại xảy q trình: chuyển pha, khuyếch tán, phản ứng hóa học… kết nhận thành phần khác nhau: vùng nóng chảy cục bộ, liên kim loại, dung dịch rắn, liên kết hóa học pha khác…
Hàn nổ nhìn chung phương pháp sản suất kim loại nhiều lớp có tính sản xuất cao tính kinh tế Hàn nổ phát triển thành nghiên cứu ứng dụng áp lực vào gia công kim loại, điều khác biệt để tạo nên hiệu cao áp lực nổ tương đối lớn Ở nhiều nước có cơng nghiệp tiên tiến việc ứng dụng cơng nghệ trở nên phổ biến chuyên nghiệp, thể qua công ty, nhà máy chuyên dụng cho hiệu kinh tế cao, dễ dàng nhận thấy triển vọng hàn nổ lên với triển vọng kim loại lớp nói riêng, composite nói chung thời đại
(11)1-Sơ đồ bố trí hàn nổ dạng nghiêng (tạo góc)
1-tấm kim loại cố định, 2- kim loại dịch chuyển, 3-khối thuốc nổ, 4- ván, 5- ngịi nổ điện (kích nổ điện)
2-Tấm vật liệu nhận từ hợp kim sở nhôm-đồng với số lượng lớp khác
3-Quan sát vùng hàn, đường ranh giới hai kim loại mối hàn sau nổ (hàn miếng thép bon thấp loại