- Tiết kiệm kim loại Với cùng loại kết cấu kim loại, nếu so sánh với các phương pháp ghép nối khác, hàn tiết kiệm 10 ÷ 20%
1) Nguyên nhân gây ra ứng suất và biến dạng
Khi hàn, vật hàn bị nung nóng cục bộ trong khoảng thời gian rất ngắn và đạt đến nhiệt độ rất cao. Sự phân bố nhiệt theo phương thẳng góc với trục mối hàn rất khác nhau, nên sự thay đổi thể tích ở vùng lân cận mối hàn cũng khác nhau. Kết quả làm cho trong vật hàn sinh ra ứng suất.
Ứng suất và biến dạng sinh ra trong quá trình hàn là do các nguyên nhân sau:
a) Do nung nóng và làm nguội không đều kim loại vật hàn
Sự phân bố nhiệt độ trên vật hàn không đều làm vật hàn dãn nở không đều, do vậy làm cho mối hàn và vùng lân cận mối hàn tồn tại ứng suất. Ứng suất này làm cho vật hàn bị biến dạng hoặc có thể bị nứt.
b) Do sự co ngót của kim loại lỏng trong vũng hàn khi kết
tinh
Khi đông đặc kim loại lỏng bị giảm thể tích, do vậy sinh ra ứng suất trong liên kết hàn. Sự giảm thể tích của kim loại lỏng khi đông đặc gọi là độ co ngót.
Độ co ngót phụ thuộc vào:
Các kim loại khác nhau có độ co ngót khác nhau. + Độ co ngót của thép cacbon là 2%.
+ Độ co ngót của gang xám là (0,65 ÷ 1,2)%. + Độ co ngót của đồng là 2%.
- Chiều dày kim loại vật hàn, trạng thái nung nóng, phương pháp hàn, thời gian hàn,…
c) Do sự biến đổi tổ chức của kim loại mối hàn và vùng lân
cận mối hàn
Do ảnh hưởng của nhiệt nên kim loại mối hàn và vùng lân cận mối hàn thay đổi tổ chức, do vậy tạo nên ứng suất trong vật hàn. Đặc biệt khi hàn thép hợp kim và thép cacbon cao là các thép dễ bị tôi thì ứng suất này có thể đạt đến trị số rất lớn.
Trị số và sự phân bố ứng suất phụ thuộc vào: - Tính chất của vật liệu hàn.
Vật hàn có tính dẻo tốt, khi hàn dễ bị biến dạng. vật hàn có tính dẻo kém, khi hàn dễ tạo nên ứng suất.
- Chiều dày vật hàn.
Vật hàn có chiều dày khác nhau thì khả năng sinh ra ứng suất và biến dạng khi hàn cũng khác nhau. Vật hàn mỏng thì khi hàn gây ra biến dạng lớn, nhưng ứng suất sinh ra nhỏ. Vật hàn dày thì ứng suất tạo ra khi hàn lớn, nhưng biến dạng nhỏ.
Khi hàn giáp mối có vát mép (chữ V, U) do kim loại nóng chảy tập trung nhiều ở vát mép, nên khi kết tinh sinh ra biến dạng góc.
Hình 2-7. Biến dạng góc mối hàn vát mép chữ V do ứng suất co ngót
Sự co ngót góc hoặc sự biến dạng góc phụ thuộc vào dạng mối hàn, phương pháp công nghệ, chiều dày vật hàn.
Để chống lại lực co ngót góc, cần phải tác dụng một lực P
Ứng suất tồn tại trong liên kết hàn kết hợp với ứng suất do ngoại lực tác dụng sẽ tạo ra khả năng xuất hiện vết nứt và làm phá hủy liên kết hàn khi làm việc.
Chiều dày tấm [mm] Tổng số lớp hàn Lực [N] 8 10 12 15 3 4 4 6 4160 6800 12300 19300