CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ HÀN PLASMA BỘT HỢP KIM
2.9.1. Dòng điện, điện áp hàn và lưu lượng khí plasma[10,18]
Sự hòa tan của lớp đắp dẫn đến tăng hàm lượng nguyên tố hợp kim (chủ yếu là sắt) từ kim loại cơ bản vào kim loại đắp, dẫn đến giảm độ cứng, khả năng chống mài mòn hoặc chống rỉ của lớp đắp. Các nguyên tố khuếch tán tập trung trong lớp kim loại đắp ở chiều sâu 0,2 ÷ 0,5 mm gần với vùng viền chảy. Với giả thiết là sự bay hơi của các nguyên tố hợp kim là không đáng kể, sự chuyển biến của các pha bất lợi có thểđược kiểm soát bằng phương pháp hàn đắp plasma bột.
Khi tiến hành hàn với cùng một lượng hàn bột hàn, tốc độ hàn, và các thông số chế độ khác, nếu ta tăng dòng hồ quang plasma sẽ dẫn đến làm tăng chiều sâu ngấu và tăng lượng kim loại cơ bản khuếch tán vào lớp đắp. Ảnh hưởng của dòng điện tới sự hòa tan gần như một đường tuyến tính (Hình 2.12):
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 43
Hình 2.12. Ảnh hưởng của dòng điện plasma, lưu lượng khí plasma, tỷ lệ bột hàn tới sự hòa tan của kim loại mối hàn
Tuy nhiên có sự khác biệt khi khuếch tán giữa các đường hàn. Sự tác động qua lại giữa lưu lượng khí và dòng điện hồ quang plasma là rất rõ ràng. Khi tăng lưu lượng khí, thì dòng đồng thời cũng phải tăng dòng điện và kéo theo sự hòa tan cũng tăng nhanh hơn. Vì vậy, ảnh hưởng của lưu lượng khí tới sự hòa tan giống với ảnh hưởng của dòng điện. Khi tăng lượng bột hàn sẽ làm giảm sự hòa tan của lớp đắp, bởi vì ta cần nhiều năng lượng hơn để làm nóng chảy bột kim loại.
Đường kính của chụp khí plasma cũng ảnh hưởng tới lưu lượng khí. Khi thay đổi chụp khí với những kích thước khác nhau, lưu lượng khí plasma cũng thay đổi theo. Với lưu lượng của khí plasma hoặc khí dẫn quá lớn sẽ gây ra chảy rối và sinh ra rỗ khí và lẫn oxit vào trong lớp đắp. Hồ quang plasma với lưu lượng khí lớn tác động mạnh vào bể kim loại nóng chảy, do đó lớp đắp có thể mỏng hơn tại tâm của đường hàn (hình 2.13). Chính vì ảnh hưởng này, nên lưu lượng khí plasma thường chỉ trong khoảng từ 2-6 lít /phút [8,9].
Hình 2.13. Ảnh hưởng của lưu lượng khí lên hình dạng lớp đắp và sự hòa tan kim loại hàn
Dòng hàn plasma là yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất tới sự hòa tan kim loại. Kích thước của bể kim loại nóng chảy và chiều dày của đường hàn có những ảnh hưởng lên quá trình kiểm soát. Rắc rối xảy ra khi kiểm soát nếu bể kim loại nóng chảy di chuyển giữa hồ quang plasma và kim loại cơ bản. Bởi vậy, khả năng giữ hình dạng chiều sâu ngấu của hồ quang biến mất. Tuy nhiên, dòng hồ quang có ảnh hưởng rất lớn đến sự khuếch tán. Cách đơn giản nhất để kiểm soát được sự hòa tan đó là điều
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 44
chỉnh dòng hàn plasma. Ngoài ra chiều sâu ngấu và sự hòa tan đều có thể đạt được bằng cách nghiêng mỏ hàn plasma so với hướng hàn.
Điện áp hồ quang thay đổi ít hơn so với dòng điện hàn. Nó ảnh hưởng tới hình dạng và độ rộng của ngọn lửa hồ quang. Điện áp càng cao thì ngọn lửa hồ quang càng rộng và dẹt. Phải tránh điện áp quá cao vì nó gây ra nứt gãy. Điện áp thấp sinh ra hồ quang hẹp hơn, xuyên sâu hơn.
Điện áp và dòng hồ quang có quan hệ tương đối với nhau và chúng ảnh hưởng trực tiếp đến việc tạo ra hồ quang và đặc trưng là nhiệt độ tại các điểm tạo hồ quang ởđầu hàn (hình 2.14).
Hình 2.14. Ảnh hưởng của điện áp và dòng điện đến nhiệt độ hồ quang plasma
Hồ quang plasma tỏa ra một phần nhỏ bên cạnh hồ quang tập trung tại trung tâm của đầu hàn. Vùng nhiệt độ 10000 ÷ 160000K được truyền tới vật hàn bằng chùm tia tập trung.
Đường đẳng nhiệt trong sơđồ ở trên cho biết năng lượng được phân bổ khác nhau như thế nào trong hồ quang plasma:
- Vùng nhiệt độ 16.000 đến 24.0000K mở rộng vượt quá đầu hàn. - Vùng nhiệt độ 10.000 đến 16.0000K được truyền toàn bộ tới chi tiết.