6.2.1- Sự tạo thành bể hàn:
Trong hàn nĩng chảy, mối nối hàn gồm: Mối hàn (1), vùng tiệm cận mối hàn(2), kim loại cơ bản khơng bị tác dụng nhiệt trong quá trình hàn (3).
Mối hàn gồm hỗn hợp kim loại cực và kim loại cơ bản kết tinh tạo thành, cịn vùng tiệm cận mối hàn là vùng kim loại cơ bản bị nung nĩng từ 1000C đến nhiệt độ nĩng chảy.
Trong quá trình hàn nĩng chảy, mép kim loại hàn và kim loại phụ bị nĩng chảy và tạo ra bể kim loại lỏng, bể hàn chung cho cả hai chi tiết.
Trong quá trình hàn, nguồn nhiệt chuyển dời theo kẻ hàn và bể hàn cũng đồng thời chuyển dời theo. Theo qui ước cĩ thể chia bể hàn ra làm hai phần: Phần đầu
Vùng mối hànVùng kim loại cơ bản Vùng tiệm cận mối hàn
I và phần II. Trong phần đầu bể hàn diễn ra quá trình nấu chảy kim loại cơ bản và kim loại phụ. Trong phần đuơi diễn ra quá trình kết tinh hình thành mối hàn.
Kim loại lỏng trong bể hàn ở trạng thái chuyển động và xáo trộn khơng ngừng. Sự chuyển động đĩ gây ra áp suất của dịng khí lên mặt kim loại lỏng trong vùng tác dung của nguồn nhiệt (vùng đầu), đơng thời do những yếu tố khác chẳng hạn như lực điện từ khi hàn hồ quang ngắn. Dưới tác dụng của khí, kim loại lỏng bị đẩy từ vùng tác dụng của nguồn nhiệt về hướng ngược với chiều chuyển động của nĩ và tạo nên chỗ lõm trong bể hàn.
Hình dạng và kích thước bể hàn phụ thuộc rất nhiều yếu tố, trong đĩ chủ yếu là cơng suất nguồn nhiệt, chế độ hàn, chiều dịng điện, tính chất lý nhiệt của kim loại hàn… cĩ ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất, đặc biệt tính chống rạn nứt của mối hàn.
Hình dạng của mối hàn đặc trưng bằng chiều dài bể hàn Lh, chiều rộng b, chiều sâu nĩng chảy h. Ngồi ra chiều dài kết tinh phần kết tinh và tỷ số
k
L b
gọi là hệ số hình dạng bể hàn cũng cĩ ảnh hưởng nhiều đến điều kiện kết tinh và tính chất của kim loại mối hàn.
Chiều dài của bể hàn khơng phụ thuộc vào tốc độ hàn mà chỉ phụ thuộc vào cơng suất của nguồn nhiệt, hình dạng bể hàn phụ thuộc nhiều vào tốc hàn. Khi tốc độ hàn lớn hệ số hình dạng bể hàn sẽ nhỏ và ngược lại, khi tốc độ hàn nhỏ, hệ số hình dạng bể hàn lớn. Hệ số hình dạng bể hàn ảnh hưởng lớn đến quá trình kết tinh do đĩ đến chất lượng của mối hàn. Khi hệ số hình dạng bể hàn lớn (bể hàn rộng) điều kiện kết tinh bể hàn tốt và mối hàn chất lượng cao và ngược lại.
6.2.2- Sự chuyển dịch kim loại lỏng từ điện cực vào bể hàn:
Khi hàn hồ quang bất cứ phương pháp nào và bất kỳ vị trí nào kim loại cũng đều chuyển từ que hàn vào bể hàn. Điều này được giải thích bởi những nhân tố sau:
a. Trọng lực của các giọt kim loại lỏng:
II I
Những giọt kim loại hình thành trong mặt đầu que hàn và dịch chuyển theo phương thẳng đứng từ trên xuống dưới. Lực này chỉ cĩ khả năng làm chuyển dịch giọt kim loại vào bể hàn khi hàn sấp và cĩ tác dụng ngược khi hàn trần. Cịn khi hàn đứng thì chỉ cĩ một phần kim loại chuyển dịch từ trên xuống dưới.
b. Sức căng bề mặt:
Sức căng bề mặt sinh ra do tác dụng của lực phân tử. Lực phân tử luơn luơn cĩ khuynh hướng tạo cho bề mặt chất lỏng một năng lượng nhỏ nhất. Vì vậy sức căng bề mặt tạo nên những giọt kim loại lỏng cĩ hình dạng cầu.
Sức căng bề mặt cĩ tác dụng giử cho kim loại lỏng của bể hàn khi hàn trần khơng bị rơi và để hình thành mối hàn.
c. Cường độ điện trường:
Dịng điện đi qua que hàn sinh ra xung quanh nĩ một điện trường ép lên que hàn, cĩ tác dụng làm giảm mặt cắt ngang của que hàn đến khơng. Lực này cắt kim loại lỏng ở đầu que hàn thành những giọt. Lực điện trường cĩ khả năng chuyển dịch kim loại lỏng từ que hàn vào bể hàn đối với tất cả các vị trí hàn. Cường độ điện trường trên bề mặt bể hàn khơng lớn bởi vì mật độ dịng điện nhỏ. Mật độ dịng điện giảm dần từ que hàn đến vật hàn, nên khơng bao giờ cĩ hiện tượng kim loại lỏng chuyển dịch từ vật hàn vào que hàn đuợc.
d. Ap lực trong:
Kim loại lỏng đầu que hàn bị quá nhiệt rất mạnh, nhiều phản ứng hố học xảy ra ở đĩ và sinh ra các chất khí.
Khi cĩ phản ứng hồn nguyên ơxýt sắt sẽ tạo ra khí Oâxýt cacbon. Ở nhiệt độ cao thể tích khí tăng lên khá lớn và gây nên một áp lực mạnh đẩy các giọt kim loại lỏng tách khỏi que hàn.
Trong quá trình những giọt kim loại lỏng
chuyển vào bể hàn thì phản ứng vẫn tiếp tục nên những giọt lớn bị chia nhỏ ra và bị áp lực đẩy vào bể hàn.
6.2.3- Tổ chức kim loại của mối hàn:
P P (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
P P
H6.3 Tác dụng nén của điện trường lên que hàn khi nóng chảy
Hình6.4 Sự kết tinh của kim loại mối hàn vùng kim loại kết tinh có độ hạt lớn Viền chảy vùng kim loại kết tinh có độ hạt nhỏ vùng kim loại chảy không hoàn toàn phần phi kim loại
Sau khi kim loại lỏng ở bể hàn nguội và kết tinh tạo thành mối hàn. Vùng kim loại vật hàn quanh mối hàn, do ảnh hưởng nhiệt nên cĩ sự thay đổi tổ chức và tính chất của nĩ goịi là vùng ảnh hưởng nhiệt.
a. Vùng mối hàn: Trong vùng này kim loạ lỏng chảy hồn tồn, khi nguội nhanh
cĩ cĩ tổ chức tương tự tổ chức thỏi đúc, thành phần và tổ chức khác với kim loại que hàn và vật hàn.
- Vùng sát với kim loại cơ bản do tản nhiệt nhanh, tốc độ nguội lớn nên tổ chức hạt nhỏ. Vùng tiếp theo kim loại sẽ kết tinh theo hướng thẳng gĩc với mặt tản nhiệt tạo nên nhánh cây kéo dài, vùng trung tâm do nguội chậm nên hạt lớn và cĩ lẫn chát khơng kim loại (xỉ).
b. Vùng ành hưởng nhiệt:
Chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt phụ thuộc vào phương pháp và chế độ hàn, thành phần và chiều dày của kim loại hàn. Trong trường hợp nguồn nhiệt tập trung, tốc độ hàn lớn, chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt sẽ hẹp. Cĩ thể chia vùng ảnh hưởng nhiệt ra thành các phần dưới đây:
- Viền chảy 1: là vùng giáp ranh giữa vũng hàn và kim loại cơ bản. Kim loại ở đây được nung nĩng đến nhiệt xấp xỉ nhiệt độ nĩng chảy của vật liệu cơ bản và nằm trong trạng thái rắn lỏng lẫn lộn. Kích thước hạt sau khi hàn nhỏ mịn và cĩ cơ tính rất cao. - Vùng quá nhiệt 2: Là khu vực kim loại cơ bản bị nung nĩng từ 11000C đến xấp xỉ nhiệt độ nĩng chảy. Ở đây thường xảy ra quá trình kết tinh lại (biến đổi thù hình). Do hiện tượng quá nhiệt nên hạt tinh thể cĩ kích thước lớn,,độ dai va đập và độ dẻo thấp, dể nứt nĩng và nứt nguội. Cĩ thể nĩi đây là yếu nhất của liên kết hàn.
- Vùng thường hố 3: là khu vực kim loại bị nung nĩng từ nhiệt độ từ 900÷11000C. Tổ chức gồm những hạt frit nhỏ và peclit. Vì thế cĩ cơ tính tổng hợp tương đối cao.
- Vùng kết tinh lại khơng hồn tồn 4: Ở đây kim loại cơ bản bị nung trong khoản nhiệt độ 720 ÷9000C. Kim loại cĩ sự kết tinh lại từng phần, do đĩ bên cạnh những tinh thể kim loại cơ bản chưa bị thay đổi trong quá trình nung nĩng cịn cĩ những tinh thể mới được hình thành do hiện tương kết lại. Tổ chức gồm các hạt frit thơ và ơstenit nhỏ, vì thế vùng này kém hơn.
- Vùng kết lại 5 (cịn gọi là vùng hố già): Kim loại bị nung nĩng từ 500 ÷7000C, xẩy ra quá trình kết tinh lại với sự phát sinh và phát triển tinh thể mới.
- Vùng giịn xanh 6: Khi hàn kim loại chịu tác dụng nhiệt từ 100 ÷5000C. Vùng này khơng cĩ sự thay đổi rỏ rệt về tổ chức kim loại, nhưng do ảnh hưởng vùng nhiệt hàn nên thường tồn tại một trạng thái ứng suất dư, độ dẻo, độ dai va đập giảm, độ bền tăng.
Đáng chú ý là các trường hợp sự thay đổi chức của vùng ảnh hưởng nhiệt đều làm giảm cơ tính tổng hợp của liên kết hàn. Điều này cần phải tính khi thiết kế quy trình cơng nghệ hàn, nhằm hạn chế những thay đổi xấu cĩ thể xảy ra ở vùng ảnh nhiệt.
vùng dòn xanh 300 1 0 100 200 2 1
vùng chảy không hoàn toàn
vùng kết tinh lại vùng thường hoá 4 6 5 vùng quá nhiệt 2 3 6 5 4 400 500 600 800 700 900 2 3 1000 1500 1400 1300 1200 1100 1 vùng kết tinh lạikhông hoàn toàn
kim loại nóng chảy
Nh
iệt
đo
ä
%Cacbon
H1.5 Sơ đồ vùng ảnh hưởng nhiệt
6.2.4- Kích thước thẳng của khu vực ảnh hưởng nhiệt:
Khu vực ảnh hưởng nhiệt càng nhỏ thì nội ứng suất sinh ra khi hàn càng lớn, nguy cơ xảy ra nứt càng nhiều, nhưng khu vực ảnh hưởng nhiệt càng lớn thì nguy cơ làm biến dạng và cong vênh vật hàn càng nhiều. Ngồi ra cơ tính của kim loại trong khu vực ảnh hưởng nhiệt thấp hơn cơ tinh của kim loại vật hàn trừ vùng thường hố.
Kích thước khu vực ảnh hưởng nhiệt phụ thuộc vào phương pháp hàn, chế độ và vận tốc hàn cũng như kim loại vật hàn.
Tăng cường độ dịng điện hàn hoặc choọn kích thước mỏ hàn khí lớn thì kích thước khu vực ảnh hưởng nhiệt tăng,ngược lại tăng vận tốc hàn thì kích thước khu vực ảnh hưởng nhiệt giảm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kim loại cĩ tính dẫn nhiệt càng cao thì kích thước khu vực ảnh hưởng nhiệt càng bé.
Kích thước khu vực ảnh hưởng nhiệt phụ thuộc vào phương pháp hàn xác định theo bảng sau:
Phương pháp hàn
Kích thước trung bình của các vùng(mm)
Quá nhiệt
Thường hố
Kết tinh lại khơng hồn tồn Que hàn trần
Que hàn thuốc bọc dày Hàn khí Hàn tư động 1,2 2,2 21,0 0,8÷1,2 0,6 1,6 4,0 0,8÷1,7 0,7 2,2 2,0 0,7 2,5 6,0 27,0 2,5
6.1.3. Tính hàn của kim loại và hợp kim
1.3.1 Khái niệm:
Tính hàn của kim loại và hợp kim là khả năng của kim loại và hợp kim cho phép hìmh thành mối hàn bằng các cơng nghệ hàn thơng thường thích hợp để mối hàn đạt được các tính chất cần thiết đảm bảo độ tin cậy của liên kết hàn khi sử dụng.
1.3.2. Phân loại tính hàn của kim loại và hợp kim:
+ Tính cĩ thể hàn tốt là những thép hàn được tất cả các phương pháp mà khơng cần các biện pháp đặt biệt.
+ Tính cĩ thể hàn hợp qui cách là khi hàn được chất lượng cao, nhưng cần tuân theo một số quy trình cơng hàn nhất định.
+ Tính cĩ thể hàn cĩ giới hạn là khi hàn đạt được chất lượng bình thường, trong quá trình hàn phải sử dụng những biện pháp đặc biệt như thuốc hàn, nung nĩng sơ bộ , nhiệt luyện.
+ Tính cĩ thể hàn khơng tốt là những thép phải áp dụng một số phương pháp cơng nghệ đặc biệt.
1.3.3. Đánh giá tính hàn của kim loại và hợp kim: a. Hàn thép cacbon:
- Thép cacbon thấp: tính hàn tốt, trong khi hàn khơng cần biện pháp cơng nghệ đặt biệt.
- Thép cacbon trung bình: tính hàn trung bình,hàn xong bị giịn, trước khi hàn phải giữ nhiệt vật hàn, hàn bằng que hàn cĩ cường độ cao, thuốc hàn hợp lý, hàn xong đem ra ram lại để trừ bỏ ứng lực làm tăng cơ tính mối hàn.
- Thép cacbon cao: tính hàn kém, hàn xong độ cứng rất cao, tính dẻo rất thấp, xung quanh mối hàn sinh ra rạn nứt. Vì vậy cần giữ nhiệt từ 260÷440°C và ram từ 550÷600°C
b. Hàn thép hợp kim:
- Hàn thép peclit:hàm lượng cacbon chiếm từ 0,12%-0,4%, tổng hàm lượng nguyên tố hợp kim từ 4-6%. Khi hàn phải tăng cường độ dịng điện, giảm tốc độ hàn, dùng hàn nhiều lớp và nung nĩng sơ bộ.
- Hàn thép mactenxi: thép này chứa nhiều nguyên tố hợp kim và cacbon. Khi hàn phải nung nĩng sơ bộ, sau đĩ nhiệt luyện để phục hồi tính dẻo của nĩ.
- Hàn thép Austenit: Hàm lượng các nguyên tố hợp kim cao và cacbon ít. Thực hiện quá trình nhanh, cường độ dịng điện khơng được lớn:
I = (25÷35).d d:đường kính que hàn(mm).
- Hàn thép cacbit: tinh hàn kém, cần hàn với tốc độ chậm,nung nĩng sơ bộ trước khi hàn, sau hi hàn cần nhiệt luyện.
c. Hàn gang
- Hàn nĩng
* Làm sạch trước khi hàn: Cơng việc làm sạch vùng hàn trước khi hàn cĩ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng hàn.
+ Nếu trên vật đúc cần hàn vá cĩ đường nứt thì ở cách hai đầu của đường nứt 10mm, ta khoan hai lỗå nhỏ, đường kính của lỗ từ 3-5mm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Khi chiều dày nhỏ hơn 8mm,khơng cần vát cạnh; lớn hơn 8mm vát cạnh hình chữ V; lớn hơn 15mm vát cạnh hình chữ X.
+ Nếu như cần hàn vá cho những lỗ cát, lỗ ngĩt hoặc gĩc khuyểt trên vật đúc thì chỗ hàn cần khoét thành dạng đều đặn và vát sâu thích đáng.
* Nung nĩng trước khi hàn:
+ Vật đúc kết cấu đơn giản,thời gian nung từ 1÷2 giờ; vật đúc cĩ kết cấu phức tạp từ 3÷4 giờ.
+ Nhiệt độ nung nĩng từ 600÷650°C. * Xử lý sau khi hàn:
Sau khi hàn xong phải để nguội từ từ, khi cần thiết nên cho vào lị nung nĩng tơiù trên dưới 650°C, sau đĩ cho nguội ở trong lị, thời gian khoảng một đêm. Làm như thế mới cĩ được kết cấu gang miệng xám và cĩ thể tránh khỏi sinh ra đường nứt.
- Hàn nguội
Khi hàn nguội bằng que hàn gang lõi thép cacbon. Trước khi hàn phải làm các cơng việc chuẩn bị như khoét sâu thêm hoặc vát cạnh…Trình tự hàn vá đường nứt.
Trong quá trình hàn vá cần phải chú ý rằng, khi hàn mối hàn thứ 2 cần phải đợi cho mối hàn thứ 1 nguội xuống dưới 60°, tức là nhiệt độ đã cĩ thể sờ tay được, nếu khơng nhiệt ộ quá cao sẽ do sự co ngĩt quá lớn mà nứt.
Khi hàn vật đúc cỡ lớn, để nâng cao cường độ chổ hàn, trước khi hàn cĩ thể vít đinh vít bằng thép vào chổ vát cạnh. Đầu tiên hàn một mối hàn vịng quanh chổ lồi ra của vít. Để tránh bị quá nĩng, phải áp dụng phương pháp hàn giàn đoạn. Sau khi tồn bộ mối hàn lớp dưới của đinh vít mà mặt vật đúc đều hàn xong mới cho phép hàn lớp hàn kgác ở trên mặt hàn đĩ.
Người ta cĩ thể dùng que hàn đồng và một số que hàn bằng kim loại khác để hàn gang.