Phần 4 kết quả và thảo luận
4.1. Kết quả
4.1.3. Thử kéo, bẻ liên kết hàn và phân tích cấu trúc vật liệu
4.1.3.1. Mối hàn giáp mối
a. Thử kéo liên kết hàn
- Mẫu để thử kéo được cắt trên máy cắt dây với kích thước theo tiêu chuẩn (hình 2.23 mục 2.10.4):
Hình 4.65. Mẫu thử kéo mối hàn giáp mối
Hình 4.66. Mẫu thử kéo sau khi bị đứt
- Kết quả sau khi thử kéo (phụ lục 3): Sau khi thử kéo liên kết hàn thì liên kết bị đứt tại vị trí giữa kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt. Điều này có thể được giải thích như sau: do nhiệt lượng hồ quang quá lớn dẫn tới mức độ tham gia của kim loại cơ bản, cũng như sự khuếch tán của kim loại mối hàn vào kim loại cơ bản tăng, làm giảm cơ tính và khả năng làm việc của chi tiết. Bên cạnh đó, do hệ số hình dạng < 7 nên sự chuyển tiếp kim loại từ mối hàn mối hàn vào kim loại cơ bản không đều, dễ gây tập trung ứng suất (Ngô Lê Thông, 2009a).
b. Phân tích cấu trúc vật liệu
- Cấu trúc thô đại
Sau khi hàn mẫu xong, tiến hành cắt mẫu bằng máy cắt thông thường ở kích thước phù hợp, sau đó mài phẳng và đánh bóng mẫu bằng giấy ráp với các cỡ hạt khác nhau rồi tiến hành chụp bằng máy ảnh thông thường sẽ nhận được các kết quả về cấu thúc thô đại của mối hàn. Với các mẫu khi hàn bằng chế độ hàn đã được tính toán, thấy rằng mối hàn không bị rỗng, rỗ khí, không bị nứt, mối hàn không bị cháy cạnh.
- Cấu trúc tế vi
+ Chuẩn bị mẫu để soi tổ chức tế vi: Mẫu được cắt bằng máy cắt dây để tránh hiện tưởng ảnh hưởng nhiệt lên bề mặt soi tổ chức vật liệu.
+ Kết quả soi tổ chức tế vi (phụ lục 3): Kết quả phân tích kim tương học tại 3 vùng (vùng kim loại cơ bản, vùng kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt) cho thấy rằng kim loại có 3 nhóm tổ chức là ferit + peclit và ferit + bainit và ferit biên hạt + bainit.
Hình 4.67. Mẫu chuẩn bị soi tổ chức tế vi đối với
4.1.3.2. Mối hàn chữ T a. Thử bẻ liên kết hàn chữ T
Hình 4.68. Kết quả thử bẻ liên kết hàn chữ T
Trên cơ sở điều kiện làm việc của chi tiết sẽ hàn ứng dụng thực tế và trang thiết bị thí nghiệm hiện có, tác giả chỉ đề xuất phương án thử bẻ, không tiến hành thử kéo. Mẫu thử bẻ liên kết hàn được tiến hành tại phòng thí nghiệm sức bền vật liệu thuộc Khoa Cơ – Điện. Các mẫu phá hủy sau khi thử bẻ liên kết hàn chữ T cho biết rằng: vị trí bị phá hủy của mẫu không thuộc vùng mối hàn hay vùng ảnh hưởng nhiệt, mà chúng bị đứt ở vị trí giữa vùng ảnh hưởng nhiệt và kim loại cơ bản.
b. Phân tích cấu trúc vật liệu
- Cấu trúc thô đại
Sau khi hàn mẫu xong, tiến hành cắt mẫu bằng máy cắt thông thường ở kích thước phù hợp, sau đó mài phẳng và đánh bóng mẫu bằng giấy ráp với các cỡ hạt khác nhau, tẩm thực bằng dụng dung dịch cồn với 3 – 4 % dung dịch axit Nitơric lên bề mặt mẫu rồi rửa sạch và sấy khô. Trên cơ sở đó ta có thể phân biệt được vùng kim loại mối hàn và vùng kim loại cơ bản, từ đó ta cũng có thể quan sát được hình dạng, vùng kết tinh của mối hàn và tiến hành chụp bằng máy ảnh thông thường sẽ nhận được các kết quả về cấu thúc thô đại của mối hàn. Với các mẫu khi hàn bằng chế độ hàn đã được tính toán, thấy rằng mối hàn không bị rỗng, rỗ khí, không bị nứt, mối hàn không bị cháy cạnh.
- Cấu trúc tế vi
+ Chuẩn bị mẫu để soi tổ chức tế vi: Mẫu được cắt bằng máy cắt dây để tránh hiện tưởng ảnh hưởng nhiệt lên bề mặt soi tổ chức vật liệu.
+ Kết quả soi tổ chức tế vi (phụ lục 3): Kết quả phân tích kim tương học tại 3 vùng: vùng kim loại cơ bản (KLCB), vùng kim loại mối hàn (KLMH) và vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ), cho thấy rằng kim loại có các nhóm tổ chức chủ yếu là ferit + peclit, ferit + bainit và ferit biên hạt + bainit.
+ Tổ chức tế vi của KLCB (đối với tấm vật liệu Q345B dày 8mm (vùng 1)) là ferit và peclit, các hạt kim loại sắp xếp có tính định hướng theo thớ. Điều này có thể giải thích được bởi vì đây là vùng kim loại cơ bản ở xa vùng HAZ nên cấu trúc kim loại không bị thay đổi mà vẫn bảo toàn cấu trúc thớ do cán của KLCB. Qua kết quả phân tích, kích thước hạt kim loại trong KLCB là còn tương đối lớn, do đó có thể thấy kích thước hạt không được mịn nên có cơ tính thuộc nhóm giới hạn nhỏ nhất trong dải giới hạn của vật liệu Q345B (bảng 2.16).
+ Tổ chức tế vi vùng KLCB (đối với tấm vật liệu Q345 dày 5mm (vùng 3)) là ferit và peclit, các hạt kim loại phân bố đều và không có tính định hướng. Điều này có thể hiểu được là do KLCB đã qua xử lý nhiệt (thường hóa).
+ Từ cấu trúc tế vi vùng HAZ ta thấy rằng cấu trúc thớ đã hoàn toàn biến mất – nghĩa là tại vùng này đã có sự định hình lại cấu trúc kim loại. Tổ chức tế vi của cả hai vùng HAZ (giữa vùng 1 – vùng 2 và giữa vùng 2 – vùng 3) là ferit + bainit. Ở vùng HAZ tuy kích thước của các hạt đã phát triển nhưng so với kích
Hình 4.69. Mẫu chuẩn bị soi tổ chức tế vi đối với
thước của các hạt ở vùng KLCB liền kề vẫn còn chưa quá lớn, cơ tính bị suy giảm khi so sánh với KLCB. Tuy nhiên khi nhìn vào tổ chức vật liệu thì thấy rõ sự ảnh hưởng của nhiệt hàn, tổ chức kim loại ở dạng tổ chức quá nhiệt. Cấu trúc hạt kim loại tại khu vực này cũng khá thô.
+ Cấu trúc tế vi vùng KLMH (vùng 2) là pha ferit biên hạt và bainit, các hạt kim loại có dạng hình kim ngắn, thô và quay hướng về phía tâm mối hàn, giống với cấu trúc của vật đúc. Sở dĩ chúng có dạng thô như vậy là do hàn với cường độ dòng tương đối lớn và tốc độ tương đối chậm.