Tr ng thái b n kéo [MPa] Gi i h n ch y [MPa] giãn dài t ng đ i [%]
89,6 35 15 - 28
Trên hình 2.2 mô t ng x c a kim lo i vùng nh h ng nhi t khi hàn nhôm 1xxx và h p kim nhôm 5xxx (h h p kim Al-Mg). Chúng ta th y r ng t i vùng nh h ng nhi t c a liên k t hàn x y ra hi n t ng k t tinh l i, trong đó vùng sát m i hàn s có h t thô còn vùng sát KLCB h t t ng đ ng v i c h t trong KLCB nh quá trình h i ph c.
Hình 2.2 c đi m khi hàn nhôm 1xxx và h p kim nhôm không th nhi t luy n (ngu n: [45])
Theo tài li u [1], m i lo i nhôm và h p kim nhôm bi n d ng không hóa già đ u đ c s d ng tr ng thái , vì v y chu trình nhi t hàn không làm gi m đ b n c a vùng nh h ng nhi t. Nhìn chung, nhôm và h p kim nhôm là m t trong nh ng v t li u khó hàn h n so v i thép. Khi hàn nhôm, chúng ta s g p ph i nh ng v n đ sau đây [1]:
20
1. Khi hàn, d xu t hi n ôxit Al2O3 (có nhi t đ nóng ch y 2050oC so v i 660oC c a nhôm, có kh i l ng riêng l n h n nhôm – 3,6 g/cm3so v i 2,7 g/cm3). Do đó có th x y ra các hi n t ngnh c nh m i hàn khó nóng ch y, l n x trong khi hàn. Vì v y yêu c u b t bu c là tr c khi hàn ph i kh l p màng oxit nhôm (b ng c h c, hóa h c ho c h quang đi n). Các bi n pháp c h c th ng đ c s d ng g m gi a, c o, ch i b ng bàn ch i có s i thép không g . Các bi n pháp hóa h c g m: s d ng dung d ch axit ho c ki m. Trong khi hàn còn có th s d ng hi u ng catot b n phá l p màng oxit ho c thông qua thu c hàn đ hòa tan oxit nhômt o thành các ch t d bay h i. Thu c hàn v i thành ph n 50% KCl + 15% NaCl + 35% Na3AlF2 s t o ph n ng Al2O3 + 6KCl → 2AlCl3↑+ 3K2O. Sau khi hàn, ph i ti n hành kh thu c hàn d đ tránh hi n t ng n mòn kim lo i m i hàn.
2. T i nhi t đ cao, do đ b n gi m nhanh, t m nhôm đang hàn có th b s t. ch y loãng cao làm nhôm d ch y ra kh i chân m i hàn. Trong khi đó nhôm không đ i màu khi hàn nên r t khó kh ng ch kích th c v ng hàn (th ng ph i dùng các t m đ m graphit ho c xông khí b o v ).
3. Nhôm và h p kim nhôm có h s dãn n nhi t cao, mô đun đàn h i th p, nhôm d b bi n d ng khi hàn, vì th ph i k p ch t b ng đ gá có h s d n nhi t th p.
4. Nhôm d n nhi t t t nên khi hàn ph i dùng ngu n nhi t có công su t đ l n, t p trung ho c ngu n nhi t xung.
5. Kim lo i m i hàn d b n t do c u trúc h t hình c t thô và cùng tinh có nhi t đ nóng ch y th p tinh gi i, c ng nh do co ngót l n (7%) khi k t tinh.
6. Ph i làm s ch tri t đ mép hàn và dây hàn, không ch vì c n kh oxit nhôm, mà d u m c ng còn là nguyên nhân gây ra r khí (hydro làm gi m đ b n và tính d o vì hydro có h s khu ch tán th p trong nhôm, trong khi l i có h s hòa tan r t l n vào nhôm tr ng thái nóng ch y (hình 2.3) nên s hình thành các b t r khí). Các b t r khí ch y u xu t hi n t i kim lo i m i hàn và vùng vi n ch y. M t chú ý r t quan tr ng trong quá trình hàn nhôm là ph i kh các ch t ch a hydro trên b m t v t hàn nh : d u, m , s n, h i m. Có th kh b ng h i n c ho c dung môi thích h p và nên ti n hành tr c khi l p ghép hàn.
Hình 2.3 Kh n ng hòa tan c a Hydro trong nhôm nguyên ch t (ngu n: [46])
M c dù nung nóng s b và nung đ ng th i trong khi hàn có tác d ng gi m đ c r khí, nh ng khi hàn nhôm và h p kim nhôm l i c n tránh nung nóng s b n u có th đ c, vì nó làm t ng chi u r ng vùng nh h ng nhi t và gi m c tính liên k t hàn. Th ng các chi ti t dày m i đòi h i nung nóng s b . Th m chí khi đó th i gian nung nóng s b c n đ c h n ch t i đa. Nhi t đ nung nóng s b không nên v t quá 150o
21
2.2.1.2. V n đ n t liên quan đ n vi c ch n v t li u hàn nhôm
Khi hàn nhôm, n u ch n v t li u hàn không thích h p, có th x y ra n t t i kim lo i m i hàn do kim lo i m i hàn và vùng nh h ng nhi t có tính d o và đ b n th p t i nhi t đ cao (hi n t ng này có th là nguyên nhân gây ra s t m i hàn). gi m xu h ng n t gi a các tinh th trong vùng nh h ng nhi t, nên dùng v t li u hàn có nhi t đ nóng ch y b ng ho c th p h n so v i kim lo i c b n, t c là v t li u hàn c n ph i có thành ph n h p kim cao h n so v i kim lo i c b n s d ng.
Trên hình 2.4 là quan h gi a kh n ng x y ra n t nóng và hàm l ng các nguyên t h p kim trong kim lo i m i hàn. Chúng ta th y r ng, n u v t li u c b n cóch a 0,6% Si thì kim lo i m i hàn d b n t khi hàn b ng dây hàn có cùng thành ph n hóa h c. Khi đó nên ch n v t li u hàn có ch a 5% Si (có nhi t đ nóng ch y th p h n, do đó d o h n kim lo i c b n và s bi n d ng khi ngu i đ bù l i ng su t kéo do co ngót mà l ra có th gây n t). Trong nhi u tr ng h p, dây hàn Al-5%Si (lo i ER4043 theo tiêu chu n AWS A5.10) cho m i hàn có tính d o và đ b n cao. Tuy nhiên không nên dùng lo i dây hàn Al- Si đ hàn nhôm Al-Mg vì s xu t hi n cùng tinh c a Mg và Si làm gi m tính d o và gây n t.
Hình 2.4 nh y c m n t c a kim lo i m i hàn theo lo i và hàm l ng c a các nguyên t h p kim (ngu n: [46])
T ng t nh v y, Mg và Cu không đ c đ ng th i t n t i trong m i hàn nhôm, có ngh a là dây hàn h Al-Mg (ví d AWS A5.10 ER5356) không nên dùng đ hàn h p kim Al-Cu và dây hàn Al-Cu không đ c dùng đ hàn h p kim Al-Mg. Khi hàn h p kim Al-Si b ng dây hàn Al-Si, thành ph n hóa h c c a kim lo i m i hàn (có xét t i ph n kim lo i c b n hòa tan vào m i hàn) c n đ c tính sao cho có giá tr n m ngoài d i 0,5-2% Si (vùng d gây n t). T ng t nh v y, thành ph n c a kim lo i m i hàn h Al-Mg không đ c n m trong kho ng 0,5-4% Mg.
2.2.1.3. Công ngh hàn nhôm AA1100 b ng quá trình hàn TIG
Ch t l ng b m t mép hàn và dây hàn nh h ng l n đ n ch t l ng m i hàn, do đó vi c chu n b tr c khi hàn có m t ý ngh a quan tr ng trong quá trình hàn nhôm và h p kim nhôm. Tr c khi hàn nhôm và h p kim nhôm, c n ph i làm s ch l p d u m b o qu n trên b m t chi ti t hàn. D u m có th đ c t y b ng axeton ho c ch t dung môi khác
22
trong kho ng r ng t 100-150 mm tính t mép chi ti t hàn. L p oxit bên d i l p d u m ph i đ c t y trong kho ng r ng t i thi u 25-30 mm b ng ph ng pháp c h c (gi y ráp ho c bàn ch i s i thép không g có đ ng kính s i nh h n 0,15 mm) [1].
C ng có th dùng hóa ch t đ kh oxit nhôm b ng cách t m th c (0,5 – 1 phút) trong dung d ch 1 lít n c + 50g NaOH + 45g NaF. Sau đó x i n c (1-2 phút) và trung hòa b ng dung d ch axit nitric 30-35% ho c dung d ch axit khác. Sau đó x i l i b ng n c và s y khô b ng không khí nóng 80-90 oC. Sau khi làm s ch b m t mép hàn, chi ti t ph i đ c hàn trong vòng 3-4 ti ng đ ng h . V i dây hàn, ta làm s ch b ng cách r a b ng dung d ch kh d u m ; t m th c trong dung d ch 15% NaOH 60-70 oC; r a trong n c, s y khô, kh khí 350o
C trong 5-10 ti ng đ ng h trong chân không 10-3 mmHg (0,13 Pa). C ng có th thay chân không b ng vi c nung trong không khí 300o
C trong kho ng th i gian 10-30 phút [1].
Hàn trong môi tr ng khí b o v là cách th c hàn ph bi n nh t trong ch t o các k t c u t nhôm và h p kim nhôm. Các ph ng pháp hàn bao g m hàn tay ho c hàn c gi i b ng đi n c c không nóng ch y (TIG), hàn t đ ng ho c bán t đ ng b ng đi n c c nóng ch y (MIG). Khí b o v đ c s d ng là khí argon lo i 1 (99,98%) ho c helium có đ tinh khi t cao (99,985%); khi hàn b ng đi n c c không nóng ch y, có th dùng h n h p c a 2 lo i khí đó [46].
Khi hàn TIG, đi n c c vonfram có đ ng kính 2-6 mm đ c s d ng cho hàn nhôm lo t 1xxx và h p kim nhôm có chi u dày đ n 12 mm. Khi chi u dày nh h n 3 mm, có th hàn m t l t có s d ng đ m lót. V i chi u dày t 4-6 mm, nên hàn t 2 phía và v i chi u dày t 6-7 mm tr lên, c n ti n hành vát mép d ng ch V ho c ch X. Lo i dòng đi n hàn đ c s d ng là dòng đi n xoay chi u (AC) ho c dòng đi n 1 chi u đ u c c ngh ch (DC+) nh m m c đích s d ng hi u ng catot đ b n phá l p màng oxit nhôm trên b m tc a chi ti t hàn [1].
Khi hàn tay, v i chi u dày t m t i đa 5-6 mm, đi n c c có đ ng kính t 1,5-5 mm. Dòng đi n hàn t i đa đ c ch n theo công th c I = (60÷65).d, v i d là đ ng kính đi n c c vonfram s d ng. T c đ hàn dao đ ng trong kho ng 8÷12 m/h (2,22÷3,33 mm/s). Dây hàn ph s d ng cho hàn giáp m i có đ ng kính t 1-5 mm. b o đ m b o v h u hi u vùng hàn c n có m t l ng khí b o v t i u [1]. tin c y c a quá trình hàn còn ph thu c vào đ ng kính và d ng ch p khí trên m hàn, kho ng cách t mi ng ch p khí đ n b m t v t hàn,... Ta có th ch n c đ ng kính mi ng ch p khí D theo đ ng kính c a đi n c c vonfram (d) nh sau: