2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hàn
2.1.5. Sự nóng chảy và kết tinh kim loạ
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 17 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 hàn Năng lƣ ng ƣờng Mứ ộ tham gia ủa kim loại nền
vào m i hàn Hàn loại vật li u kh nhau Chiều ày lớp hàn (mm) T ộ kết tinh (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
K.s-1 [39], [50].
Ngô Hữu Mạnh 18 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.