Sự tham gia của kim loại vào mối hàn

2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hàn 1. Sự hình thành mối hàn

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hàn

2.2.3. Sự tham gia của kim loại vào mối hàn

Mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn phụ thuộ vào phương ph p hàn, loại vật li u, s lớp hàn, năng lƣ ng ƣờng, ông su t ngu n nhi t, t ộ hàn,...Trong

trường h p n tạo lớp ắp ó tính h t ưu vi t hơn kim loại nền như tạo lớp ắp ứng, hịu mài m n, h ng ăn m n, hịu nhi t,…thường ó y u u khắt kh về tỉ l kim loại nền tham gia vào m i hàn ể hạn hế nh hưởng tới ơ tính ủa lớp kim loại ắp. Hạn hế lƣ ng kim loại nền tham gia m i hàn sẽ hạn hế ƣ khuyết tật không mong mu n nhƣ nứt, rỗ khí, t h lớp, mềm hóa kim loại m i hàn,… V vậy, v n ề t ra khi hàn ắp tạo ề m t ứng, hịu mài m n là ph i hạn hế mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn ở mứ th p nh t ể hạn hế sự nh hưởng ến tính ủa lớp ắp.

Sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn ẫn ến sự gia tăng nguy n t h p kim i t là Sắt (F ). Sắt sẽ h a tan vào m i hàn từ vật hàn. Điều này ẫn ến gi m ộ ứng, kh năng h ng ăn m n và kh năng hịu mài m n ủa kim loại m i hàn ũng suy gi m ng kể [26]. Ngoài ra, nguy n t h p kim kh nhƣ Mn, Si, C, P, S ũng ó thể h a tan vào m i hàn từ vật hàn g y nh hưởng ến ơ tính lớp ắp. Sự h a tan ủa nguy n t hủ yếu x y ra trong qu tr nh l ng. Khi huyển sang giai oạn kết tinh, sự h a tan ó xu hướng gi m xu ng và thường x y ra ở g n ường l ng (viền h y) ở ộ s u kho ng 0.2-0.5mm so với ề m t vật hàn [30].

H nh 2.43. H nh ạng ủa m i hàn khi hàn ằng một s qu tr nh hàn kh nhau [80]

Trong qu tr nh hàn PTA, mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn ƣ kiểm so t trong kho ng từ 3-10%. Nó giúp tiết ki n ƣ kim loại qu , gi m ƣ hi phí s n xu t, hạn hế sự nh hưởng tới kim loại m i hàn, gi m mứ ộ truyền nhi t vào vật hàn, gi m năng lƣ ng ƣờng và hạn hế sự iến ạng ủa vật hàn [30].

Khi hàn ắp tạo ề m t ứng thường s ụng qu tr nh hàn như OAW, SMAW, GTAW, GMAW, SAW, FCAW, PTAW. C qu tr nh hàn này ó sự kh i t về năng su t, h t lƣ ng m i hàn và mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. Với qu tr nh hàn truyền th ng, mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn thường nằm trong kho ng 10-30% kh i lƣ ng kim loại m i hàn. Với qu tr nh hàn PTA, vật li u hàn ở ạng ột n n thời gian huyển từ trạng th i rắn sang trạng th i l ng là r t ngắn. V vậy, nó hỉ làm nóng h y một lớp kim loại tr n ề m t vật hàn. Khi ó, m i hàn ƣ tạo thành hủ yếu từ h p kim ột. Qu tr nh kết tinh x y ra r t nhanh, mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn ƣ kh ng hế nh hơn 10% [54], [81].

H nh 2.44. M t ắt ngang ủa kim loại m i hàn [16], [50], [51], [52], [61], [62], [81]

Mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn hủ yếu tập trung g n ƣờng l ng.

Nó ƣ x ịnh qua ông thứ ƣới y [31], [50], [80]:

% B100 A D B

  (2.15) Trong ó:

D - Mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn (%) A - Di n tí h m t ắt ngang kim loại ph n l i m i hàn (mm2) B - Di n tí h m t ắt ngang kim loại ph n s u ng u m i hàn (mm2) P - Chiều s u ng u ủa m i hàn (mm)

R - Chiều ao ph n l i ủa m i hàn (mm)

H nh 2.45. H nh ạng m i hàn khi hàn PTA ở hế ộ kh nhau

Từ kết qu ph n tí h l thuyết và thự nghi m ó thể th y rằng ịnh rằng, khi thay ổi gi trị ủa thông s hế ộ hàn sẽ làm thay ổi hiều rộng, hiều ao và hiều s u ng u ủa m i hàn. Điều ó ẫn ến sự thay ổi tiết i n ngang và mứ ộ tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn.

2.2.3.2. Sự tham gia của kim loại bột vào mối hàn

Th o tài li u [50] và [36], sự h a tan ủa hạt ít phụ thuộ hủ yếu vào kí h hạt an u (d0). C yếu t nh hưởng ến mứ ộ khuế h t n ủa nguy n t h p kim là nhi t ộ ủa vũng hàn, iểm nóng h y, kí h hạt.

Trong qu tr nh hàn, h p kim ột ị nóng h y và một ph n ị ay hơi ƣới t ụng ủa nhi t h quang plasma. Với kí h hạt 50μm, th t ộ ay hơi nằm trong kho ng 0.8-1.0μs. Thời gian kết tinh (TSH), thời gian h y (TM) và thời gian ở trạng th i l ng (TLH) ƣ x ịnh ằng ông thứ ƣới y [85].

   

  





p m

p o

T

T p e

p p p

p

SH S S R

dT r C

T

.

.

5 , 0 2

514 , 0 2 3

2 (2.16)

 p em p m

M R S S

r T L



 

 5 , 0

2

. 514 , 0 2 3

. . . 2

(2.17)

   

  





s

mp

T

T p e

pl p

pl

LH S S R

dT C

T r 0,5

2

. 514 , 0 2 3

. . 2

(2.18)

Trong ó:

p là tỉ trọng ủa ột h p kim (g/ m3) rp là n kớnh ủa hạt (àm).

T0,p là nhi t ộ an u (0C)

Tm,p là nhi t ộ nóng h y ủa ột h p kim (0C) Cp là nhi t ung ri ng ủa h p kim ột (J/kg0C)

Tp là nhi t ộ ủa từng thành ph n h p kim trong hỗn h p ột (0C) S là nhi t ủa ng plasma tạo ởi khí Ar (0C)

Sp là nhi t ủa ng plasma ể nung nóng ột (0C)

Re là hằng s Raynol ủa plasma, Re = 1,06 Lm là t ộ h y ủa ột

Sm là nhi t h quang plasma ể nung ột ến iểm l ng (0C).

pl là tỉ trọng ủa ột h p kim ở trạng th i l ng (g/cm3) Ts là nhi t ộ tr n ề m t ủa vũng hàn khi kết tinh (0C) Cpl là nhi t ung ri ng ủa ột ở trạng th i l ng (J/kg0C)

Công thứ tr n hỉ úng khi nhi t h quang plasma tập trung làm nóng h y h p kim ột mà không làm nóng h y kim loại nền. Điều này ng nghĩa với vi sự sự tham gia ủa kim loại ơ n vào m i hàn ạt gi trị nh nh t. Khi ó, hỉ n sự khuế h t n ủa nguy n t h p kim vào nền C45 và một ph n r t nh kim loại nền tham gia vào m i hàn. Nếu giữ nguy n lưu lư ng p ột ho qu tr nh hàn th lư ng ột h p kim tham gia vào vũng hàn và kết tinh thành m i hàn ạt gi trị lớn nh t [47].

UI

V E m

pc

pc 1 . . . .

max

,   (2.19)

Trong ó: Epc là giới hạn h y ủa h p kim ột.

Vpc, max là t ộ p bột h p kim lớn nh t.

Mứ ộ tham gia ủa h p kim ột vào m i hàn phụ thuộ vào r t nhiều yếu t . Ở lớp hàn thứ nh t, mứ ộ tham gia ủa h p kim ột vào m i hàn ó thể ƣ x ịnh qua ông thứ ƣới y [47].

% 100 . .

. . . 1 .

1

1















 



pc pc m

bm pc

V E I U

E D V



 (2.20)

Trong ó: Ebm là giới hạn h y ủa vật li u nền.

Epc là giới hạn h y ủa h p kim ột.

Vpc là t ộ p h p kim ột ho mứ ộ ti u hao ột h p kim.

Từ ông thứ tr n, ó thể nhận th y rằng, mứ ộ tham gia ủa h p kim ột vào m i hàn phụ thuộ vào nhiều yếu t kh nhau. Trong ó, phụ thuộ r t lớn vào i n p hàn (U), ƣờng ộ ng hàn (I) và t ộ p ột (Vpc).