Ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn

Một phần của tài liệu Nghiên cứu tạo lớp đắp chịu mài mòn trên nền thép các bon bằng công nghệ hàn Plasma bột (Trang 36 - 49)

2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hàn

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 19 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 20 H nh 2.19. Đi n ự EWTh-2 và gó mài u i n ự [98]

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) Chiều ài i n ự (mm) Cự tính ng hàn Cƣờng ộ ng hàn max (A) M hàn m tay 2.4 30 - 45 5 50-120 DCEN 250 Đ u hàn tự ộng 4.0 30 - 45 8 450 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 21 H nh 2.21. nh hƣởng ủa ƣờng ộ 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 22 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 23 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.

Ngô Hữu Mạnh 24 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.

Ngô Hữu Mạnh 25 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

Một phần của tài liệu Nghiên cứu tạo lớp đắp chịu mài mòn trên nền thép các bon bằng công nghệ hàn Plasma bột (Trang 36 - 49)