SỰ TẠO THÀNH MỐI HÀN VÀTỔ CHỨC
KIM LOẠI CỦA MỐI HÀN Mã bài : MCH-13- 03.
Giới thiệu.
Sự tạo thành kim loại mối hàn là một quá trình phức tạp bao gôm các quá trình nóng chảy, quá trình kết tinh các kim loại que hàn, kim loại cơ bản để tạo thành kim loại mối hàn. Vì vậy việc điềù khiển quá trình này chính xác có ý nghĩa quan trọng để đạt được mối hàn chất lượng.
Mục tiêu thực hiện.
Sau khi học xong bài này người học có khả năng : - Trình bày chính xác quá trình hình thành mối hàn
- Mô tả chính xác các tổ chức kim loại các vùng của mối hàn Nội dung.
1- Sự tạo thành mối hàn a- Sự tạo thành bể hàn
Khi que hàn và vật hàn tiếp xúc nhau, hồ quang phát sinh dưới tác dụng của nhiệt lương hồ quang kim loại que hàn và kim loại vật hàn nóng chảy, lúc này cột hồ quang dưới tác dụng của các lực điện trường, lực căng bề mặt, trọng lực... các lực này sẽ tạo nên một áp lực tổng hợp hướng toàn bộ năng lượng của cột hồ quang vào vật hàn làm cho vật hàn nóng chảy trên một phần diện tích bề mặt và tạo ra một chiều sâu nóng chảy trên tấm kim loại. Vùng nóng chảy này được gọi là bể hàn, bể hàn có dạng hình elip. Kích thước của bể hàn phụ thuộc vào góc hàn là góc hợp bởi giữa que hàn với vật hàn, đồng thời cũng là góc hợp bởi giữa áp lực hồ quang và vật hàn. Trong bể hàn luôn xảy ra các quá trình vật
lý, quá trình nhiệt, quá trình oxy hoá kim loại, đặc biệt là quá trình động học của kim loại lỏng, chính các quá trình này sẽ tạo nên một mối hàn có thoả mãn hay không thoả mãn yêu cầu kỹ thuật.
b- Sự dịch chuyển kim loại từ que hàn vào bể hàn.
Khi nóng chảy trên mút của điện cực tạo thành giọt kim loại lỏng. Nhiệt độ cao và bề mặt các giọt kim loại lớn tạo nên sự tương tác mạnh mẽ của kim loại và môi trường bao bọc xung quanh nó. Vì vậy tính chất di chuyển của kim loại điện cực có ảnh hưởng lớn đến quá trình động học của kim loại lỏng, của xỉ lỏng, của khí.
Các chỉ số cơ bản đặc trưng cho quá trình di chuyển kim loại điện cực qua khoảng hồ quang gồm có : khối lượng của giọt kim loại, khối lượng đọng lại của giọt kim loại trên mút, khối lượng giọt kim loại di chuyển, thời gian di chuyển của giọt kim loại, tần số di chuyển của các giọt kim loại.
Quá trình di chuyển của giọt kim loại điện cực vào bể hàn phụ thuộc vào các yếu tố như sau : trọng lực của giọt kim loại, sức căng bề mặt của giọt kim loại, lực điện trường, lực tĩnh điện và một số các yếu tố khác nữa. Các đại lượng của các lực và hướng tác dụng của chúng phụ thuộc vào chế độ hàn, cực tính, thành phần kim loại điện cực và môi trường khí, vị trí hàn.
Đặc biệt trọng lực có ảnh hưởng cơ bản đối với sự di chuyển kim loại khi hàn, vai trò của trọng lực còn phụ thuộc vào vị trí của điện cực trong không gian, khi hàn ở vị trí hàn bằng nó tạo thuận lợi cho quá trình hàn, còn khi hàn ở vị trí hàn ngữa thì nó có tác dụng giữ giọt kim loại trrên mút của điện cực.
Lực căng bề mặt giữ giọt kim loại ở mút của điện cực trong một khoảng thời gian nhất định.
Lực điện trường được tạo bởi tương tác của dây dẫn điện và dòng điện và từ trường do dòng điện sinh ra, các thành phần này đồng trục với điện cực thì sẽ tao thuận lợi cho sự chuyển dịch giọt kim loại, nếu nó vuông góc với trục điện cực thì sẽ tạo nên lực ép cắt ngang giọt kim loại, tạo thành một dòng kim loại lỏng gồm rất nhiều các giọt nối tiếp nhau.
Phản lực của các hơi : sự bay hơi của kim loại từ mặt của giọt kim loại và sự tương tác hoá học của kim loại lỏng với khí, xỉ sẽ dẫn đến sự xuất hiện của phản lực. ảnh hưởng của phản lực đến quá trình dịch chuyển giọt kim loại chủ yếu là làm chậm một ít tốc độ chuyển dịch các giọt kim loại từ điện cực đến vật hàn.
Tuỳ theo từng phương pháp hàn mà ảnh hưởng của các yếu tố trên tác động đến quá trình chuyển dịch kim loại lỏng từ điện cực đến bể hàn nhiều hay ít.
Như vậy dưới tác dụng của một hệ thống các quá trình mà chúng ta đã đề cập đến ở trên thì lúc này trong bể hàn đang xảy ra một quá trình lý, hoá mạnh mẽ của kim loại lỏng, đồng thời với quá trình này là sự dịch chuyển vị trí của điện cực để tạo nên các bể hàn tiếp theo, đồng nghĩa với việc nguồn nhiệt dịch chuyển liên tục làm cho một phần của kim loại lỏng của bể hàn giảm nhiệt, kim loại lỏng kết tinh tạo nên mối hàn. Như vậy quá trình tạo thành bể hàn là liên tục trong khi hàn và mối hàn cũng liên tục được tạo thành trong quá trình đó.
2- Tổ chức kim loại mối hàn
Hàn, đó là một quá trình luyện kim liên tục trên suốt chiều dài của mối hàn tại từng thời điểm hàn, ở các vị trí chúng ta khảo sát thì vùng kim loại ở đó luôn có các vùng như sau : Vùng kim loại đang ở trạng thái lỏng, vùng kim loại lân cân với vùng chảy lỏng và vùng luôn tồn tại nhiệt độ đủ để làm thay đổi cấu trúc thành phần hoá học và hình dáng kích thước các hạt, vùng còn lại là vùng mà nhiệt độ thấp hoặc không bị ảnh hưởng đến cấu trúc thành phần và kích thước của kim loại cơ bản. Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu tổ chức kim loại của các vùng đó
a- Tổ chức kim loại vùng mối hàn.
Kim loại vùng mối hàn bao gồm các vùng kim loại lỏng hoàn toàn và vùng kim loại tồn tại ở trạng thía 2 pha lỏng và rắn, vùng này ở trên chúng ta đã đề cập đến. Trong vùng này đang luôn xảy ra qúa trình luyện kim khi mối hàn được tạo thành thì ở đây do nhiệt độ đang rất cao nên trên trục của đường hàn các hạt kim loại có kích thước lớn, cơ tính của nó kém. Từ trục đường hàn đi ra 2 phía của mối hàn nhiệt độ sẽ giảm dần, do vậy tại những vùng mà trước đó kim loại tồn tại ở trang thái 2 pha lúc này có tốc độ nguội tương đối nhanh hơn do vậy kích thước của các hạt sẽ nhỏ hơn và độ cứng của vùng này cao hơn một ít so với vùng trục đường hàn. Thành phần kim loại ở vùng này bao gồm các thành phần của kim loại cơ bản và các thành phần của kim loại mối hàn. Để tính chất cơ học của kim loại trong vùng này có sự khác biệt không lớn so với vùng kim loại cơ bản thì việc lựa chọn điện cực hàn chế độ hàn và các loại vật liệu hàn khác phải phù hợp, trong thực tế chúng ta luôn mong muốn sự đồng nhất mọi mặt giữa kim loại cơ bản và kim loại mối hàn để khi làm việc thì có độ bên như nhau. Có nghĩa là kim loại mối hàn và kim loại vật hàn phải tuân theo định luật đồng chất và đẳng hướng.
Kích thước của vùng này được xác định bằng công thức thực nghiệm :
T c v b q
h. . . .
. 484 , 0
0
1 = ∂ γ
Trong đó :
b1: kích thước của vùng mối hàn (cm) q : Năng lượng của hồ quang. (calo/s) c: là nhiệt dung riêng (calo/g.0c) δ0: Chiều dày tính toán của tấm hàn cm Vh : Tốc độ hàn cm/s
T : nhiệt độ trung bình khảo sát (5500c)
b- Tổ chức kim loại của vùng ảnh hưởng nhiệt.
Ngoài vùng kim loại mối hàn chúng ta đã giới thiệu ở trên, ở trong vùng chịu tác động của nhiệt độ hàn còn có một vùng mà tại đó sự tác động của nhiệt độ cũng sẽ làm thay đổi rất lớn đến cấu trúc thành phần hoá học và kích thước các hạt. Vùng này được gọi là vùng ảnh hưởng nhiệt, tại vùng này do có xa đường trục của mối hàn nên nhiệt độ tại đây thấp hơn nhiều tuy nhiên nhiệt độ này cũng đủ làm thay đổi tính chất của kim loại.
Do xa trục mối hàn nên tốc độ nguội của vùng này tương đối nhanh các hạt có độ cứng cao hơn, kích thước của hạt cũng có sự thay đổi đáng kể.
Các tính chất cơ học của vùng này cũng có sự thay đổi. Sự thay đổi này sẽ làm xuất hiện trên mặt cắt ngang của mối hàn các loại ứng suất và biến dạng, các loại ứng suất và biến dạng này phụ thuộc vào
1) Kim loại mối hàn
2) Kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt.
3) Kim loại cơ bản
Hình 10: Mối ghép hàn
Hình 11: Các mối hàn Không có vật liệu bổ sung Có vật liệu bổ sung
a) b)
kích thước của các vùng. Vì vậy sự thay đổi kích thước các hạt kim loại, cấu trúc thành phần hoá học tác động lớn tới việc hình thành ứng suất và biến dạng hàn. Kích thước của vùng ảnh hưởng nhiệt được xác định như sau:
b2= k2(h - b1) trong đó b2 là kích thước của vùng ảnh hưởng nhiệt ; k2 là hệ số điều chỉnh ; b1 là kích thước vùng mối hàn và lân cận ; h là chiều rộng của tấm nối.
NểNG CHẢY
LẤÉP ĐẦY VÙNG TRềN CỦA
KIM LOẠI NểNG CHẢY KIM LOẠI NểNG CHẢY
NHIỆT NUNG NểNG
NHỮNG ĐƯỜNG KÝ HIỆU CÁC PHẦN TỬ HẠT
KIM LOẠI
KIM LOẠI NểNG CHẢY HẠT ĐƯỢC NểNG CHẢY BẰNG NGUỒN NHIỆT
ĐƯỜNG GIỚI HẠN NểNG CHẢY. NGHĨA LÀ KIM LOẠI ĐƯỢC NểNG CHẢY Ở BỀ MẶT CHUNG
Hình 12: