2. CƠ SỞ KHOA HỌC HÀN NHÔM VỚI THÉP 1 Mục đích
2.3.5. Chọn vật liệu để hàn liên kết hybrid nhô m– thép bằng quá trình hàn TIG
TIG
Cho đến nay, việc hàn nhôm với nhôm đã được hoàn thiện về mặt công nghệ và kỹ thuật, nghĩa là có thể tạo ra được liên kết hàn nhôm cùng chủng loại có chất lượng rất tốt. Tuy nhiên việc hàn nhôm với thép vẫn đang ở trong giai đoạn nghiên cứu phát triển và hoàn thiện công nghệ. Có rất nhiều vấn đề khó khăn cần phải nghiên cứu giải quyết, trong số đó khó khăn và bất lợi lớn nhất khi hàn nhôm với thép là sự hình thành các hợp chất hóa học giữa các kim loại (IMC) có độ cứng cao, liên kết bị giòn và nứt.
Trong khuôn khổ của luận án này tác giả sẽ chỉ tập trung vào nghiên cứu ứng dụng quá trình hàn TIG để hàn nhôm AA1100 với thép CCT38. Vật liệu hàn để hàn nhôm với thép trong trường hợp này phải đảm bảo đồng thời 2 nhiệm vụ đó là: tạo ra liên kết tốt với tấm nhôm AA1100 (tấm biên) đồng thời cũng phải tạo ra được liên kết tốt với tấm thép CCT38 (tấm vách). Cách làm hợp lý mà tác giả lựa chọn là trước hết đi khảo sát các vật liệu thích hợp để hàn tốt với nhôm AA1100, sau đó sẽ chọn lựa ra vật liệu thích hợp nhất trong số đó có thể liên kết tốt với thép CCT38.
Như đã phân loại trong mục 2.2.1.1, nhôm AA1100 nghiên cứu trong luận án này thuộc nhóm 1xxx theo ký hiệu của phương tây và nằm trong nhóm hợp kim nhôm không thể nhiệt luyện được. Nói chung kim loại này có tính hàn tốt khi hàn bằng quá trình hàn TIG. Theo tài liệu [46], các dây hàn TIG phù hợp để hàn với nhóm hợp kim nhôm hóa bền biến dạng (không thể nhiệt luyện được) được mô tả trong bảng 2.8 dưới đây.
Bảng 2.8 Dây hàn TIG nhôm phù hợp tương ứng với KLCB (nguồn: [46])
Chúng ta thấy rằng để hàn nhôm AA1100, có thể sử dụng dây hàn ER1100 hoặc dây hàn ER4043, với các thành phần hóa học được mô tả trong bảng 2.9 dưới đây:
Bảng 2.9 Thành phần hóa học của một số dây hàn cho nhôm theo tiêu chuẩn AWS A5.10-1980
Cơ tính của mối hàn đạt được khi hàn nhôm AA1100 bằng ER4043 được giới thiệu trong bảng 2.10 dưới đây:
các dây hàn ER1100 hoặc
Bảng 2.10 Cơ tính đạt được khi hàn nhôm AA1100 bằng các dây hàn khác nhau (nguồn: [46])
Tuy nhiên, quyết định chọn loại vật liệu nào để thực hiện trong luận án thì còn phải tìm hiểu xem trong số hai hợp kim này, hợp kim nào cho hiệu quả cao nhất khi hàn với thép CCT38. Kết hợp các kết quả này cộng với việc kế thừa các thành quả nghiên cứu của các tác giả trong các tài liệu [36, 60] như đã phân tích trong mục 2.3.4.3, tác giả quyết định chọn dây hàn TIG để thực hiện trong luận án này là loại ER4043 với 5%Si.
Hệ thống lại tất cả các đặc điểm đã phân tích ở trên tại 3 vùng quan trọng của liên kết hàn hybrid nhôm – thép, ta thu được bảng tổng hợp các yếu tố cần phải giải quyết khi hàn nhôm AA1100 với thép CCT38 như mô tả trong bảng 2.11 dưới đây. Bảng tổng hợp này là cơ sở khoa học để đề ra các giải pháp kỹ thuật phù hợp nhằm thực hiện thành công việc hàn nhôm AA1100 với thép CCT38 bằng quá trình hàn TIG.
Bảng 2.11 Tổng hợp các yếu tố và giải pháp kỹ thuật khi hàn nhôm với thép:
37
TT
Yếu tố
Biện pháp kỹ thuật
Tại phía tấm nhôm: khu vực cần quan tâm là KLMH và vùng AHN ở phía tấm nhôm
1
Lớp màng ôxit Al2O3
- Hiệu ứng bắn phá catot bằng dòng AC, DC+. - Làm sạch bổ sung bằng bàn chải sắt, giấy ráp. 2
Chảy loãng cao, sụt chân mối hàn
Kim loại cơ
bản
Cơ tính của kim loại cơ bản
Kim loại cơ bản Vật liệu hàn phù hợp
1xxx 1xxx, 4xxx Mác
Như vậy sau khi nghiên cứu, phân tích tất cả các khía cạnh, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của liên kết hàn nhôm – thép, chúng ta thấy rằng để thực hiện thành công liên kết hàn hybrid nhôm – thép đã nêu thì phải đồng thời xử lý triệt để 10 yếu tố liên quan trong bảng 2.11. Trong số đó, hai yếu tố số 9 và 10 là quan trọng nhất và cũng khó thực hiện nhất.