2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hàn 1. Sự hình thành mối hàn
2.1.4. Sự chuyển động của dòng kim loại lỏng trong vũng hàn
D ng h y là kh i ni m thường ư s ụng ho h t khí và h t l ng. Sự huyển ộng i lưu ủa kim loại l ng trong vũng hàn nh hưởng trự tiếp ến sự h a tan, sự ph n ly, sự ay hơi ủa nguy n t h p kim và u trú ủa kim loại m i hàn [50]. Đ i t, sự huyển ộng i lưu ủa kim loại l ng trong vũng hàn nh hưởng ến h nh ạng vũng hàn, sự h nh thành pha, sự kết tinh và ơ tính ủa m i hàn [77].
H nh 2.9. D ng plasma và ột h p kim khi hàn PTA [94]
C yếu t nh hưởng trự tiếp ến sự huyển ộng i lưu ủa kim loại l ng trong vũng hàn là lự i n từ hay n gọi là lự Lor ntz (Fem), lự ẩy A sim t (Fb), lự ăng ề m t hay n gọi là lự Marangoni (Fγ), lự va hạm, lự ma s t và p lự h quang plasma (Farc) [50], [59].
H nh 2.10. Sự i lưu ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn khi hàn PTA [50].
a, Do lự ẩy A sim t , Do lự ăng ề m t hay lự Marangoni , Do lự i n từ hay hính là lự Lor ntz , Do lự va hạm, lự ma s t, khí ộng lự họ
D ng h y ủa kim loại l ng ó thể ƣ x ịnh qua m t ắt ngang ủa vũng hàn.
D ng kim loại l ng huyển ộng từ t m ra i n ủa vũng hàn ư gọi là ng i lưu ph n k . D ng kim loại l ng huyển ộng từ i n vào t m ủa vũng hàn ƣ gọi là ng i lưu hội tụ. D ng kim loại l ng huyển ộng i lưu ph n k tương i ổn ịnh. D ng kim loại l ng huyển ộng i lưu hội tụ không ổn ịnh. Nó g y ra hi n tư ng x o trộn kim loại l ng trong vũng hàn. Đ y ũng là nguy n nh n tạo ra vết lõm tr n ề m t ọ th o trụ m i hàn [50].
a, b,
H nh 2.11. Sự huyển ộng i lưu ph n k (a) và hội tụ ( ) ủa ng kim loại l ng
a, b,
H nh 2.12. Sự huyển ộng ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn [27]
a, Sự huyển ộng i lưu ph n k , Sự huyển ộng i lưu hội tụ
Lự i n từ (Fem) sinh ra o sự t ộng giữa ng kim loại l ng trong vũng hàn và từ trường ủa ng i n. Sự ị h huyển ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn phụ thuộ vào lự từ và ƣờng ộ h quang plasma [50]. Lự i n từ thay ổi khi ó sự thay ổi mật
ộ ng i n trong ột h quang plasma. Lự i n từ là yếu t quan trọng quyết ịnh ến h nh ạng m i hàn, ộ ng u ủa m i hàn. Nó ƣ x ịnh qua ông thứ ƣới y [74].
Fem Jcd.Bmf (2.3) Trong ó: Jcd là mật ộ ng i n
Bmf là từ thông ủa ng i n.
Lự ẩy A sim t (Fb) sinh ra khi ó sự h nh l h nhi t ộ trong vũng hàn. Ở nhi t ộ àng ao, tỉ trọng ủa kim loại l ng àng gi m. V vậy, kim loại l ng ở vùng ó nhi t ộ ao, ó tỉ trọng th p hơn sẽ ị ẩy và ị h huyển l n tr n ề m t ủa vũng hàn. C n kim loại l ng ở vùng nhi t ộ th p hơn, ó tỉ trọng lớn hơn, sẽ ị h huyển xu ng phía ƣới ủa vũng hàn. Lự ẩy A sim t (Fb) ƣ x ịnh qua ông thứ ƣới y [74].
) (
.
. e mp 0,mp
lm
b g T T
F (2.4) Trong ó: lm là tỉ trọng ủa kim loại l ng
βe là h s gi n nở nhi t ủa kim loại g là gia t trọng trường
Tmp là nhi t ộ ủa kim loại l ng trong vũng hàn T0, mp là nhi t ộ nóng h y ủa kim loại
Lự ăng ề m t (Fγ) sinh ra khi ó sự thay ổi ho h nh l h nhi t ộ tr n ề m t tho ng ủa vũng hàn. Khi ó, hi u ứng Marangoni tạo ra lự ăng tr n toàn ộ ề m t tho ng vùng kim loại l ng tr n ề m t vũng hàn. Lự ăng ề m t tỉ l nghị h với nhi t ộ ủa vũng hàn. Nó sẽ tăng l n khi nhi t ộ gi m xu ng và ngƣ lại. V khi nhi t ộ tăng l n sẽ làm tăng sự huyển ộng ủa ng kim loại l ng, vận t ủa nguy n t kim loại tăng l n ph v sự li n kết giữa húng. Mỗi loại vật li u ó h s gi n nở nhi t kh nhau n n ó sứ ăng ề m t kh nhau khi ở trạng th i l ng. Sứ ăng ề m t sẽ làm ng kim loại l ng huyển ộng từ t m ra i n ủa vũng hàn. Lự ăng ề m t ƣ x ịnh qua ông thứ ƣới y [50], [59], [74].
T F
T
S
(2.5)
Trong ó: s là sứ ăng ề m t ủa kim loại l ng.
Tlà sự h nh l h nhi t ộ trong vũng hàn.
Lự Marangoni (Ma) ƣ x ịnh qua ông thứ sau [77].
. . 2
. .W T dT d Ma
(2.6)
Trong ó: Wp là hiều rộng ủa vũng hàn
ΔT là sự gi m nhi t từ t m ra i n ủa vũng hàn γ/ T là h s nhi t tr n ề m t tho ng ủa vũng hàn à là ộ nhớt ủa kim loại l ng
α là sự khuế h t n nhi t ủa kim loại l ng, α =Kl/ρ.Cpl
Kl là h s ẫn nhi t ủa kim loại l ng ρ là tỉ trọng ủa kim loại l ng
Cpl là nhi t rung ri ng ủa kim loại l ng
T ộ ị h huyển ủa l tron và ion trong ột h quang plasma và trong vũng hàn là r t lớn. Chúng va hạm vào nhau và tạo ra ộng năng r t lớn. Nó tạo ra sự huyển ộng i lưu li n tụ ủa kim loại l ng th o hướng từ i n vào t m ủa vũng hàn.
V vậy, lự va hạm ó xu hướng làm tăng th m sự x o ộng ủa kim loại l ng trong vũng hàn và g y ra hi n tƣ ng lõm tr n ề m t m i hàn sau khi kim loại l ng kết tinh. Ngoài ra, ao ộng ngang m hàn ũng ẫn ến sự ị h huyển h quang plasma. Nó nh hưởng ến sự i lưu ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn [50].
Như vậy, sự huyển ộng i lưu ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn là kết qu tổng h p giữa loại lự sinh ra trong qu tr nh hàn. Nó phụ thuộ vào phương ph p hàn, loại ng hàn, thông s hế ộ hàn, tính vật li u và phương ph p ao ộng m hàn. Trong ó, lự ẩy A sim t và lự ăng ề m t tạo ra sự huyển ộng ph n k ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn. Lự i n từ, lự ma s t, lự va hạm và p lự h quang plasma tạo ra sự huyển ộng hội tụ ủa ng kim loại l ng trong vũng hàn.