Chuyên đề tốt nghiệp công nghệ hàn và vật liệu kim loại

Do nhiệt độ hồ quang cao, các phản ứng hóa học xảy ra rất mạnh, thuốc bọc que hàn thuốchàn nóng chảy sẽ sinh ra nhiều khí tạo nên áp lực đẩy kim loại lỏng từ điện cực vào vũng hàn cótác

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH



KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP

Đề tài : CÔNG NGHỆ HÀN VÀ VẬT LIỆU KIM LOẠI

Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN NHỰT PHI LONG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Bộ môn Kỹ Thuật Công Nghiệp

NHIỆM VỤ CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : NGUYỄN TRỌNG HẢI MSSV: 08104049

Họ và tên sinh viên: PHAN BẢO TRUNG MSSV: 08104040

Khoá: 2008 - 2012

Ngành đào tạo: Kỹ Thuật Công Nghiệp Hệ:ĐHCQ

1 Tên đề tài: CÔNG NGHỆ HÀN VÀ VẬT LIỆU KIM LOẠI

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

+ Hướng dẫn thực hành kỹ thuật khai triển GÒ-HÀN Trần Văn Niên,Trần Thế San.

+ Sổ tay công nghệ hàn tâp I TS.Nguyễn Văn Thông.

+ Vật liệu cơ khí hiện đại Trần Thế San- Nguyễn Ngọc Phương ( Khoa Cơ Khí Chế Tạo

Máy, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM )

+ Kim loại học và nhiệt luyện Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM.

+ Vật liệu và công nghệ hàn TS.Nguyễn Văn Thông

3 Nội dung chính của chuyên đề: Kiểm tra mối hàn thép carbon chất lượng thường.

4 Ngày giao chuyên đề:

5 Ngày nộp chuyên đề:

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

(GVHD ký, ghi rõ họ tên)

LỜI CAM KẾT

- Tên đề tài: Công nghệ hàn và vật liệu kim loại

- GVHD: ThS Nguyễn Nhựt Phi Long

- Họ tên sinh viên: Nguyễn Trọng Hải

- Địa chỉ sinh viên: 233/4b Tân Đông Hiệp_ Dĩ An_ Bình Dương

Số điện thoại liên lạc: 0989444940

- Email: nguyentronghaispkt1@gmail.com

- Họ tên sinh viên: Đỗ Văn Quang

- Địa chỉ sinh viên:

- Số điện thoại liên lạc: 0974337650

- Email: dovanquangpkt@gmail.com

- Họ tên sinh viên: Phan Bảo Trung

- Địa chỉ sinh viên: 5/6/11 Lê Văn Chí quận Thủ Đức Tp Hồ Chí Minh

- Số điện thoại liên lạc: 0977895074

- Email: lonely_star12a8@yahoo.com

- Ngày nộp chuyên đề tốt nghiệp:

- Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan chuyên đề tốt nghiệp này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện, không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”.

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khóa luận này, nhóm thực hiện xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Trần Thế San

và Thầy Nguyễn Nhựt Phi Long, đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốtnghiệp

Chúng tôi cũng xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô trong khoa Cơ khí chế tạo máy, đặc biệt làcác Thầy, Cô trong bộ môn Kỹ thuật công nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố

Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt kiến thức trong 4 năm học tập Với vốn kiến thức được tiếp thutrong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trangquý báu để tôi bước vào đời một cách vững chắc và tự tin

Chúng tôi cũng thầm biết ơn sự ủng hộ của gia đình, bạn bè - những người thân yêu luôn là chỗdựa vững chắc cho chúng tôi

Cuối cùng, nhóm thực hiện xin kính chúc quý Thầy, Cô và gia đình dồi dào sức khỏe và thànhcông trong sự nghiệp cao quý

M c L c ục Lục ục Lục

NHIỆM VỤ CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 2

LỜI CAM KẾT 3

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KIM LOẠI HỌC MỐI HÀN 6

1.Khái niện hàn nĩng chảy 6

1.1 Thực chất đăc điểm và cơng dụng của hàn 6

1.2 Phân loại các phương pháp hàn 6

1.3 Sự tạo thành mối hàn và tổ chức kim loại mối hàn 7

 Quá trình luyện kim khi hàn nĩng chảy 9

CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA KIM LOẠI HỌC MỐI HÀN 18

1 TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM: 18

2 CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM : 19

THIẾT BỊ VÀ CƠNG NGHỆ HÀN TIG 23

Hình : Cấu tạo máy hàn TIG 23

3 Quy trình hàn: 33

AN TỒN TRONG HÀN 42

CHƯƠNG II: THÍ NGHIỆM KIỂM TRA MỐI HÀN TIG VỚI MÁC THÉP SS400 43

TRANG THÁI BAN ĐẦU 43

Thành phần hĩa học 44

Cơ tính ban đầu 44

Trạng thái ban đầu cau thép cán nĩng: 45

Thường hĩa thép SS400 trước khi hàn: 45

Độ cứng và cấu trúc vi mơ 46

Xác định cấu trúc vi mơ 46

Kiểm tra sau nhiệt luyện 48

Xác định độ cứng 49

Độ cứng và cấu trúc vi mơ 49

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KIM LOẠI HỌC MỐI HÀN

1.Khái niện hàn nóng chảy

1.1 Thực chất đăc điểm và công dụng của hàn

a) Thực chất :

Hàn là quá trình công nghệ nối hai hoặc nhiều phần tử (chi tiết, bộ phận) thành một khối thốngnhất bằng cách dùng nguồn nhiệt nung nóng chỗ cần nối đến trạng thái lỏng (hoặc dẻo), sau đó kimloại tự kết tinh (hoặc dùng lực ép) tạo thành mối hàn

b) Đặc điểm và ứng dụng:

Hàn năng suất cao, vì có thể giảm được số lượng nguyên công, giảm cường độ lao động, ngoài

ra công nghệ hàn còn dễ dàng tự động hóa, cơ khí hóa

Liên kết hàn là một liên kết ‘’cứng’’ không tháo rời được Có thể hàn các kim loại khác nhau

để tiết kiệm kim loại quý hoặc tạo kết cấu đặc biệt

So với đinh tán tiết kiệm (10  20)% khối lượng kim loại, so với đúc tiết kiệm khoảng 50%.Hàn chế tạo được các chi tiết có hình dáng phức tạp, liên kết các kim loại có cùng tính chấthoặc khác tính chất với nhau

Mối hàn có độ bền và độ kín cao, đáp ứng yêu cầu làm việc quan trọng của các kết cấu quantrọng (vỏ tàu, bồn chứa, nồi hơi, )

Thiết bị hàn đơn giản, vốn đàu tư không cao Giá thành chế tạo kết cấu rẻ

Tuy vậy, hàn còn có một số nhược điểm : sau khi hàn tồn tại ứng suất dư và biến dạng do nhiệt

độ nung nóng cục bộ Tổ chức kim loại vùng gần mối hàn bị thay đổi theo chiều hướng xấu đi làmgiảm khả năng chịu tải trọng động của mối hàn Trong mối hàn cũng dễ bị khuyết tật, rỗ nứt, congvênh…

1.2 Phân lo i các phại các phương pháp hàn ương pháp hàn.ng pháp hàn

a)Căn cứ dạng năng lượng sử dụng, hàn được phân ra các phương pháp hàn sau:

Các phương pháp hàn điện : dùng điện năng biến thành nhiệt năng (hàn điện hồ quang, hàn

điện tiếp xúc, )

Các phương pháp hàn cơ học : sử dụng cơ năng làm biến dạng kim loại tại khu vực hàn (hàn

nguội, hàn ma sát, hàn siêu âm, )

Các phương pháp hàn hóa học : sử dụng năng lượng do các phản ứng hóa học tạo ra để nung

nóng kim loại mối hàn (hàn khí, hàn hóa nhiệt, )

Các phương pháp hàn kết hợp : sử dụng kết hợp các dạng năng lượng nêu trên (hàn các vật liệu

có tính hàn khó)

b)Căn cứ vào trạng thái hàn.

Hàn nóng chảy : bao gồm các phương pháp hàn : hàn khí, hàn điện xỉ, hàn hồ quang, Kim

loại mối hàn ở trạng thái lỏng trong quá trình hàn

Hàn áp lực : bao gồm các phương pháp hàn : hàn siêu âm, hàn nổ, hàn khuếch tán, hàn điện trở

tiếp xúc, trong quá trình hàn, kim loại mối hàn ở trạng thái chảy dẻo

Hàn nhiệt: là sử dụng các phản ứng hóa học phát nhiệt để nung nóng kim loại mepsf hàn đến

trạng thái nóng chảy đồng thời kết hợp với lực ép để tạo ra mối hàn

c) Theo mức độ tự động hóa:

+ Hàn tự động.

+ Hàn bán tự động.

+ Hàn bằng tay

d) Theo năng lượng sử dụng:

+ Điện năng: hàn hồ quang, hàn điện tiếp xúc…

+ Hóa năng: hàn khí, hàn nhiệt…

+ Cơ năng: hàn nguội, hàn ma sát…

Các phương pháp hàn thông dụng nhất hiện nay:

Hàn gió đá (còn gọi là Hàn khí): Hàn gió (Oxy) đá (Acetylen hay gas)(gas welding).Phương

pháp này sử dụng các khí trên để gia nhiệt cho chi tiết hàn đạt tới trạng thái nóng chảy và liên kếtvới nhau Khi hàn có thể dùng vật liệu để điền thêm (filler rod) vào vị trí hàn hoặc không

Hàn hồ quang điện (arc welding), gọi tắt là Hàn điện hay Hàn que Phương pháp này dùng hồ

quang điện được tao ra bởi que hàn để làm nóng chảy kim loại hàn và ngay cả que hàn để điền vào

vị trí hàn

Hàn hồ quang dưới khí bảo vệ TIG: Tungsten inert gas Phương pháp này dùng hồ quang được

tạo ra bởi điện cực Tungsten và dùng khí trơ ( khí Argon) để bảo vệ mối hàn

Hàn hồ quang dưới khí bảo vệ MIG: metal inert gas Thay vì dùng que hàn, người ta dùng 01

cuộn dây kim loại có kích thước từ 0.6 mm - 1.6mm hoặc lớn hơn làm điện cực hàn và điện cực nàycũng là dạng điện cực nóng chảy nhưng được cung cấp một cách liên tục nhưng vẫn được người thợhàn điều khiển nên còn gọi là hàn bán tự động Trong phương pháp này, người ta dùng khí hoạttính (CO2) hay khí trơ (Argon) để làm khí bảo vệ mối hàn

1.3 S t o thành m i hàn và t ch c kim lo i m i hàn.ự tạo thành mối hàn và tổ chức kim loại mối hàn ại các phương pháp hàn ối hàn và tổ chức kim loại mối hàn ổ chức kim loại mối hàn ức kim loại mối hàn ại các phương pháp hàn ối hàn và tổ chức kim loại mối hàn

1.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng mối hàn.

Tác dụng của trọng lực giọt kim loại lỏng.

Kim loại lỏng dưới tác dụng của trọng lực luôn có xu hướng đi về vũng hàn (có tác dụng lớnđối với hàn bằng)

Sức căng bề mặt

Sức căng bề mặt được tạo nên do tác dụng của lực phân tử Lực phân tử luôn có xu hướng làmcho bề mặt chất lỏng thu nhỏ lại, tạo cho bề mặt kim loại lỏng có một năng lượng tự do bé nhất Sức căng bề mặt làm cho các giọt kim loại lỏng có dạng hình cầu và giữ ở trạng thái này trongsuốt đoạn đường chuyển vào vũng hàn, khi vào vũng hàn sẽ bị sức căng bề mặt kéo vào để tạothành một khối thống nhất (có tác dụng lớn đối với mối hàn trong không gian)

Lực từ trường.

Lực từ trường sinh ra xung quanh điện cực khi có dòng điện chạy qua que hàn và vật hàn Lựcnày tác dụng lên kim loại lỏng điện cực làm giảm tiết diện ngang, trong khi đó Ih = const, nên tạichỗ thắt mật độ dòng điện J tăng lên nhanh chúng làm kim loại lỏng đạt đến nhiệt độ sôi, cắt đứtphần kim loại lỏng khỏi điện cực Mặt khác, với diện tích vũng hàn lớn nên cường độ từ trường trờn

bề mặt vũng hàn rất nhỏ và mật độ dòng điện J nhỏ, do đó kim loại lỏng luôn cú xu hướng đi vềvũng hàn với mọi vị trí hàn

Áp lực khí.

Do nhiệt độ hồ quang cao, các phản ứng hóa học xảy ra rất mạnh, thuốc bọc que hàn (thuốchàn) nóng chảy sẽ sinh ra nhiều khí tạo nên áp lực đẩy kim loại lỏng từ điện cực vào vũng hàn (cótác dụng lớn đối với mối hàn trong không gian)

- Ảnh hưởng của các nguyên tố đến chất lượng mối hàn:

Carbon : Carbon là nguyên tố hợp kim chính của hầu hết các lọai thép Tăng hàm lượng

carbon sẽ làm tăng tính biến cứng của vật liệu khi bị tác động nhiệt Khi xét đến tính hàn chúng taxét đến khả năng giãm thiểu các nguy cơ xuất hiện các vết nứt do biến cứng ở vùng ảnh hưởngnhiệt (HAZ : Heat Affected Zone)

Xác định hàm lượng Carbon tương đương của thép hợp kim :

Khi xác định tính hàn thép hợp kim , chúng ta phải xét đế ảnh hưởng của các nguyên tố hợpkim có trong thép đến tính hàn

Hàm lượng Carbon tương đương là chỉ số thể hiện các ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kimđến tính hàn với giã định là các nguyên tố hợp kim sẽ tác động tương tự như tác động của sự giatăng hàm lượng carbon trong thép

Công thức tính CE như sau:

Mangan (Mn): khi hàm lượng < 1% không ảnh hưởng nhiều đến tính nhàn của thép nhưng khi

hàm lượng Mn > 1% tính hàn kéhưởng đến tính hàn của thép

Molipden (Mo): gây nhiều khó khăn cho quá trinh hàn như làm tăng khả năng nứt ngầm trong

mối hàn, vùng ảnh hưởng nhiệt lớn, dễ bị ôxy hóa và cháy mnạh trong quá trinh hàn

Vonfram (W): làm tăng độ cứng và khả năng chịu nhiệt nhưng W làm cho tính hàn kém đi vì

nó thường bị ôxy hóa mạnh nên cần bảo vệ thật tốt trong quá trinh hàn

Vanadi (V) có ảnh hượng tương tự như Vonfram.

Titan (Ti) và Niobi (Nb): chỉ tồn tại trong thép một lượng rất nhỏ ( < 1%) nên không ảnh

hưởng nhiều đến tính hàn của thép

Đồng (Cu): với hàm lượng nhỏ (0,3 – 0,8%) có tác dụng làm tăng độ bền, độ dẻo, độ dai va

đập và tính chống ăn mòn của thép nhưng ít ảnh hưởng đến tính hàn của thép

Lưu huỳnh (S): thường gây hiện tượng bở nóng, nứt nóng còn Phôtpho (P) thường gây hiện

tượng giòn nguội, nứt nguội Đó là những tạp chất có hại Khi hàm lượng vượt quá giới hạn chophép, chúng có ảnh hưởng xấu đến tính hàn

Oxy (O2): trong thép thường ở dạng oxit làm giảm cơ tính và làm xấu tính hàn của thép.

Nitơ (N2): trong thép tạo hợp chất hóa học (nitrit sắt) rất cứng, dòn, làm giảm tính dẻo và gây

khó khăn cho quá trinh hàn

Hydro (H2): là tạp chất có hại, sinh khí trong vũng hàn, gây nứt tế vi trong mối hàn và gây khó

khăn cho quá trình hàn

1.3.2 Quá trình luyện kim khi hàn điện nóng chảy.

1.3.2.1 khái niệm về cũng hàn, mối hàn và liên kết mối hàn.

a) Vũng hàn:

Vũng hàn có thể chia làm hai phần:

Ở phần đầu A: Chủ yếu xảy ra các quá trình

nóng chảy của kim loại cơ bản và kim loại bổ

sung;

Ở phần đuôi B: diễn ra quá trình kết tinh và

hình thành mối hàn

Khi hàn nóng chảy, dưới tác dụng của nguồn

nhiệt hàn, một phần kim loại cơ bản tại vị trí trên

mép hàn bị nóng chảy kết hợp với kim loại bổ

sung từ vật liệu hàn (que hàn, dây hàn, thuốc

hàn ) tạo ra một khu vực kim loại lỏng thường

gọi là vũng hàn.

Trong vũng hàn, kim loại lỏng luôn ở trạng

thái động kim loại lỏng ở phần đầu bị đẩy lùi về

phía đuôi một cách tuần hoàn dưới tác dụng của

áp suất dòng khí lên bề mặt kim loại vũng hàn

Vì vậy, bề mặt mối hàn sau khi hình thành không

Khi nguồn nhiệt chuyển động dọc theo mép hàn, vũng hàn chuyển động theo để lại phần kim

loại lỏng được kết tinh tạo thành liên kết kim loại phía sau nó, gọi là mối hàn.

Theo hình dạng mặt cắt ngang, người ta phân biệt các mối hàn nóng chảy thành hai loại: mốihàn giáp mối, mối hàn chữ T và mối hàn góc (hình 2)

Các mối hàn nóng chảy có thể gồm một lớp hay nhiều lớp, liên tục hay gián đoạn, một phía hayhai phía

Hình 3:Các dạng liên kết mối hàn cơ bản khi hàn hồ quang tay

 Quá trình luyện kim khi hàn nóng chảy

a) Đặc điểm

Quá trình luyện kim khi hàn nóng chảy rất phức tạp, nó khác với quá trình luyện kim thôngthường ở một số yếu tố sau :

+ Nhiệt của hồ quang cao hơn nhiều so với nhiệt độ các lò luyện kim thông thường và phân bố

ở các vùng của cột hồ quang khác nhau

+ Sự tương tác hóa lý xảy ra mạnh giữa kim loại lỏng với xỉ, với khí và với kim loại cơ bản.+ Thể tích kim loại lỏng rất nhỏ và thời gian kim loại tồn tại ở trạng thái lỏng ngắn, do đó cácphản ứng hóa học xảy ra trong vũng hàn không đi đến trạng thái cân bằng

+ Nhiệt độ vũng hàn cao nên tạo điều kiện cho nhiều phản ứng hóa học xảy ra như : sự tươngtác giữa kim loại lỏng với xỉ, với khí ; sự ôxy hóa hay hoàn nguyên kim loại, sự phân ly của các hợpchất khí (H2  2H ; CO2  CO + O2 ; v v….).

Để nhận được mối hàn có chất lượng theo yêu cầu cần phải tạo ra xung quanh vũng hàn môitrường bảo vệ để bảo vệ kim loại lỏng khỏi tác dụng xấu của không khí, bằng cách hàn bằng quethuốc bọc dầy, hàn trong môi trường khí bảo vệ, hàn dưới lớp thuốc, v.v…

b, Xỉ hàn.

Xỉ hàn được tạo ra từ que hàn, thuốc hàn nóng chảy, nó mang tính phi kim Trong xỉ hàn cóchứa các ôxit axit : SiO2, TiO2, P2O5, … (xỉ hàn axit), hoặc ôxit bazơ : CaO, MnO, BaO, (xỉ hànbazơ)

Xỉ tạo nên trong quá trình hàn không chỉ bảo vệ kim loại mối hàn khỏi tác dụng xấu củakhông khí mà còn tác dụng với các nguyên tố trong vũng hàn tạo điều kiện điều chỉnh thành phầnhóa học của mối hàn Do vậy tính chất của xỉ có ảnh hưởng lớn đến chất lượng mối hàn sau khi hàn

Thực tế cho thấy, chất lượng mối hàn nhận được tốt nhất khi xỉ có nhiệt độ nóng chảy trongkhoảng 11000C  12000C Xỉ càng loãng, độ nhớt càng nhỏ thì hoạt tính của nó càng mạnh, tạođiều kiện cho các phản ứng hóa học và các quá trình vật lý xảy ra càng nhanh Tuy nhiên, để đảmbảo phủ kín và đều bề mặt mối hàn thì yêu cầu xỉ không được có tính chảy loãng quá cao, điều nàyđặc biệt quan trọng khi hàn ở vị trí hàn đứng và hàn trần

c) Môi trường khí bảo vệ.

Xung quanh hồ quang và vũng hàn có nhiều loại khí gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng mốihàn như : O2, N2, Vì vậy, để nhận được mối hàn có chất lượng đảm bảo theo yêu cầu cần phải cócác biện pháp bảo vệ kim loại lỏng vũng hàn khỏi tác dụng xấu của môi trường không khí bằngcách :

+ Hàn trong môi trường chân không

+ Hàn bằng que thuốc bọc dầy, dây hàn có lõi thuốc hoặc hàn dưới lớp thuốc Thuốc hàn vàthuốc bọc que hàn nóng chảy sẽ tạo ra lớp xỉ và khí bảo vệ vũng hàn, đồng thời cũng là chất trợdung tốt cho quá trình luyện kim của mối hàn

+ Hàn trong môi trường khí bảo vệ : Ar, He, CO2 , và hỗn hợp của chúng để đẩy không khí rakhỏi vũng hàn, ngăn chặn tác hại của nó

d) Oxy hóa kim loại vũng hàn.

Mặc dù đã có nhiều biện pháp công nghệ nêu trên nhưng không thể ngăn ngừa triệt để tácdụng của O2 tới kim loại vũng hàn, kết quả là xảy ra sự hòa tan của ôxy vào sắt tạo ra các ôxit sắt: 2Fe + O2 = 2FeO + Q

4 Fe + 3O2 = 2Fe2O3 + Q

3Fe + 2O2 = Fe3O4 + Q

Trong đó, ôxit sắt II (FeO) hòa tan vào kim loại lỏng (còn lại vào xỉ), nồng độ có thể đạt0,5%, ôxy hòa tan vào sắt nồng độ có thể đạt tới 0,22%

Ngoài sắt ra, trong vũng hàn còn xảy ra sự ôxy hóa các nguyên tố khác, chủ yếu là C, Si, Mn

và xảy ra trong các giọt kim loại lỏng trên đường tới vũng hàn ; phản ứng xảy ra chủ yếu với ôxynguyên tử :

Để khử ôxy có thể thực hiện bằng hai cách sau :

- Khử ôxy bằng xỉ hàn : khi xỉ hàn mang tính axit, sự khử ôxy sẽ xảy ra theo các phản ứngsau :

FeO + SiO2 = FeO.SiO2

2FeO + SiO2 = 2FeO.SiO2

Các silicat được tạo thành sẽ không hòa tan vào kim loại lỏng mà đi vào xỉ, do vậy hàmlượng FeO trong kim loại mối hàn sẽ giảm đáng kể

- Dùng nguyên tố có ái lực với ôxy mạnh hơn sắt để hoàn nguyên sắt từ ôxit hòa tan của nó.Các chất khử ôxy thường là các nguyên tố : C, Si, Mn, Ti, v.v…

+ Các bon : các bon đi vào vũng hàn từ kim loại cơ bản, dây hàn, thuốc hàn và thuốc bọcque hàn Ở nhiệt độ hàn, các bon là chất khử ôxy mạnh hơn silic, mangan

+ Silic : là chất khử ôxy mạnh, được đưa vào vũng hàn tương tự như mangan:

Si + 2 FeO = 2 Fe + (SiO2)

Ôxit silic không hòa tan vào kim loại lỏng mà đi vào xỉ nổi lên bề mặt vũng hàn Ngoài tácdụng khử ôxy, silic còn có tác dụng làm tăng cơ tính của mối hàn khi hàm lượng của nó vào khoảng(0,2  0,3 )%

+ Titan : là chất khử ôxy rất mạnh, được đưa vào vũng hàn từ thuốc bọc, thuốc hàn dướidạng ferôtitan

Ti + 2FeO = TiO2 + 2Fe

Thực tế ôxit titan không hàn tan vào sắt, khi kết hợp với nitơ tạo thành nirit titan (cũngkhông hòa tan vào sắt), có tác dụng làm nhỏ hạt kim loại, do đó làm tăng cơ tính của kim loại mốihàn

Ngoài các nguyên tố trên, nhôm cũng là chất khử ôxy mạnh nhưng ít được sử dụng vì ôxitnhôm có nhiệt độ nóng chảy khoảng 20500C không tan vào thép mà chuyển vào xỉ với tốc độ rấtchậm, tạo điều kiện cho sự ôxy hóa các bon, dễ dẫn đến hiện tượng rỗ khí trong mối hàn

e) Hợp kim hóa kim loại mối hàn

Để đạt được độ bền mối hàn tương đương kim loại cơ bản, trong quá trình hàn phải hợp kimhóa kim loại mối hàn nhằm bù đắp các nguyên tố hợp kim bị mất do tham gia các phản ứng hóa họchoặc đưa vào kim loại mối hàn các nguyên tố mới không có trong thành phần kim loại cơ bản đểnâng cao độ bền mối hàn

Người ta thường đưa các nguyên tố như Cr, Mo, W, V, Ti, … vào mối hàn thông qua dây hàn,thuốc bọc que hàn và thuốc hàn; trong đó việc hợp kim hóa kim loại mối hàn bằng dây hàn là cóhiệu quả nhất

f) Tạp chất xỉ trong mối hàn.

Thành phần tạp chất xỉ bao gồm các hợp chất hóa học của ôxy và nitơ với các nguyên tố kimloại khác nhau, các ferô hợp kim, … có ảnh hưởng xấu đến chất lượng mối hàn, làm cho kim loạimối hàn không đồng nhất Các ôxit : SiO2 , Al2O3 có trong thuốc bọc que hàn và thuốc hàn bị kẹt lạitác dụng với các ôxit sẵn có trong mối hàn (MnO , FeO, …) tạo thành các tạp chất phức hợp dễnóng chảy có kích thước khác nhau Đặc biệt khi hàn thép, trong kim loại mối hàn chứa một lượngkhông nhỏ lưu huỳnh từ vật liệu hàn tạo thành FeS làm tăng khả năng nứt nóng của kim loại mốihàn

Tạp chất xỉ là các nitrit (đặc biệt là Fe2N) làm tăng độ cứng nhưng lại làm giảm mạnh tínhdẻo của kim loại mối hàn Tạp chất xỉ không những làm giảm cơ tính của kim loại mối hàn mà còn

có tác dụng thúc đẩy quá trình ăn mòn Vì vậy, khi hàn phải ngăn ngừa sự xuất hiện các tạp chất xỉbằng cách :

+ Làm sạch bẩn gỉ, dầu mỡ ở khu vực cần hàn

+ Hàn nhiều lớp phải vệ sinh sạch xỉ hàn lớp trước

+ Giảm tốc độ nguội của kim loại đắp (hàn dưới lớp thuốc, chế độ hàn hợp lý, )

+ Đưa vào vỏ bọc que hàn thành phần có khả năng giảm nhiệt độ nóng chảy của các ôxit vàtạo ra các hợp chất dễ bong khỏi mối hàn sau khi nguội

g) Rỗ khí trong mối hàn.

Rỗ khí là sự xuất hiện trong kim loại mối hàn và trên bề mặt mối hàn các lỗ trống và bọt khí,

đó là sự thoát khí không triệt để khỏi kim loại mối hàn Rỗ khí có thể tồn tại ở dạng cầu đơn lẻ hoặcdạng chuỗi kéo dài, do một số nguyên nhân sau :

+ Sự thoát khí ồ ạt khi kim loại mối hàn kết tinh

+ Vật liệu hàn (dây hàn, que hàn, thuốc hàn, …) bị ẩm

+ Bề mặt chi tiết không được làm sạch trước khi hàn

+ Mức độ khử ôxy chưa triệt để

+ Hàm lượng FeO trong kim loại mối hàn cao

Rỗ khí trong mối hàn gây nên hiện tượng tập trung ứng suất và có ảnh hưởng lớn đến sự pháhủy liên kết hàn, làm tăng độ cứng, độ giòn và giảm tính dẻo của kim loại đắp

h) Sự kết tinh kim loại mối hàn :

Sự kết tinh của kim loại mối hàn rất khác với sự kết tinh của kim loại vật đúc ở các điểm sau:+ Quá trình kết tinh xảy ra khi có nguồn nhiệt di động Tốc độ kết tinh trung bình của mối hànbằng tốc độ dịch chuyển vũng hàn

+ Thể tích vũng hàn nhỏ được bao bọc bởi đường đẳng nhiệt và kim loại cơ bản ở trạng thái rắnxung quanh nên nguội rất nhanh Với vật đúc, sự kết tinh của kim loại xảy ra một cách liên tục cùngvới sự giảm nhiệt độ, còn với kim loại vũng hàn xảy ra một cách chu kỳ

+ Tổ chức kim loại mối hàn sau khi kết tinh gần giống tổ chức của kim loại đúc (gồm có 3 lớp),nhưng chất lượng mối hàn cao do được thực hiện bằng que hàn thuốc bọc dầy, dưới lớp thuốc hoặctrong môi trường khí bảo vệ

+ Khi kết tinh, vùng nằm sát với kim loại cơ bản (lớp ngoài) do nguội nhanh, tổ chức kim loạinhỏ mịn, lớp tiếp theo vì hướng tỏa nhiệt thẳng góc với bề mặt ngoài và nguội chậm nên tổ chứckim loại có dạng hình trụ, còn ở lớp trung tâm do hướng tỏa nhiệt không rõ ràng, lại nguội chậmhơn nên tổ chức hạt thô to, đồng thời lẫn một số tạp chất phi kim

1.3.3 Tổ chức kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt.

1.3.3.1 Tổ chức kim loại mối hàn.

Khi hàn điện nóng chảy, mối hàn tạo nên có thể chỉ do kim loại cơ bản nóng chảy nếu hànbằng điện cực không nóng chảy và không dùng que hàn phụ hoặc do cả kim loại điện cực và kimloại vật hàn tạo nên nếu dùng que hàn nóng chảy hay điện cực không nóng chảy có dùng que hànphụ Vì vậy thành phần và tổ chức kim loại mối hàn đều khác với thành phần và tổ chức của kimloại cơ bản và kim loại điện cực.

Nhiệt của nguồn nhiệt hàn làm kim loại que hàn và một phần kim loại vùng hàn bị nóng chảytạo thành vũng hàn chảy lỏng đồng thời tác dụng lên vùng xung quanh nó làm thay đổi tổ chức do

đó làm thay đổi cơ tính của nó Vùng hàn này được gọi là vùng ảnh hưởng nhiệt

Vùng vũng hàn:

Vũng hàn có thể tích rất nhỏ được bao bọc bằng kim loại cơ bản ở trạng thái rắn xung quanhnên nguội nhanh Các hạt tinh thể thường có dạng hình kim và dạng nhánh cây phức tạp, phát triểntheo phương thẳng góc với các mặt đẳng nhiệt Càng vào phía tâm mối hàn, hạt tinh thể càng lớn

và có xu thế chuyển từ dạng hình nhánh cây sang dạng hình cầu, vì ở tâm vũng hàn nguội chậmnhất (hình 3 ) Trong vũng hàn còn lẫn cả tạp chất và bọt khí

·

Hình 4: Tổ chức kim loại vũng hàn

Quá trình kết tinh của kim loại lỏng vũng hàn diễn ra qua hai giai đoạn :

+ Kết tinh lần một : kim loại chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái đặc

+ Kết tinh lần hai : kim loại ở trạng thái đặc nhưng vẫn có chuyển biến tổ chức

Nghiên cứu tổ chức thứ hai là tổ chức thực của mối hàn, nó có ý nghĩa rất lớn trong việc xácđịnh mối quan hệ phụ thuộc giữa cơ tính với thành phần hóa học của mối hàn và kim loại cơ bản, sựtác dụng nhiệt trong quá trình hàn

- Với thép các bon thấp và thép hợp kim thấp là vật liệu có tính hàn tốt, có thể hàn bằng mọiphương pháp mà vẫn nhận được mối hàn có chất lượng tốt, song chất lượng có khác nhau tùy thuộcvào điều kiện hàn

- Hàn bằng que thuốc bọc mỏng, tổ chức kim loại mối hàn xấu vì cácbon của nó cháy nhiều vàcác hạt kim loại có dạng hình trụ, tổ chức của nó là ( +p) phân bố không đều trong mối hàn

- Hàn bằng que thuốc bọc dầy, tổ chức trong trường hợp này tương đối tốt Các hạt có dạnghình trụ, song lại nhỏ và peclit phân bố đều, cơ tính tốt

- Hàn dưới lớp thuốc, tổ chức kim loại trường hợp này rất tốt, các hạt peclit có dạng hình trụnằm sâu trong tiết diện mối hàn, tổ chức tương đối đồng đều, cơ tính tốt

1.3.3.2 Tổ chức vùng ảnh hưởng nhiệt.

Vùng ảnh hưởng nhiệt là vùng kim loại cơ bản nằm sát kim loại mối hàn, thay đổi tổ chức

và tính chất do tác dụng của nguồn nhiệt hàn

Có thể chia vùng ảnh hưởng nhiệt thành sáu vùng sau :

a) Vùng nóng chảy không hoàn toàn (viền chảy) : có kích thước rất nhỏ, là vùng chuyển tiếp

giữa kim loại vũng hàn và kim loại cơ bản, được giới hạn bởi đường đẳng nhiệt lỏng và đặc Vùng

này có tổ chức là ôstenit và pha lỏng, kích thước hạt kim loại sau khi hàn khá mịn và có cơ tính rấtcao

b) Vùng quá nhiệt : kim loại cơ bản bị nung nóng từ 11000C đến xấp xỉ nhiệt độ nóng chảy.Vùng này xảy ra quá trình kết tinh lại (biến đổi thù hình) Tổ chức hạt ôstenit thô to, cơ tính kém(độ dai va đập và độ dẻo thấp, dễ bị gẫy) Có thể nói đây là vùng yếu nhất của liên kết hàn

c) Vùng thường hóa : Kim loại bị nung nóng từ 9000C đến 11000C Tổ chức gồm những hạtferit nhỏ và peclit, vì thế vùng này có cơ tính tổng hợp cao (đôi khi cao hơn kim loại cơ bản)

d) Vùng kết tinh lại không hoàn toàn : kim loại bị nung nóng từ 7200C  9000C

Kim loại có sự kết tinh lại từng phần, tổ chức là ôstenit và ferit Hai dạng hạt này không đồng đều, ferit hạt to còn ôstenit hạt nhỏ vì thế cơ tính vùng này kém hơn

Kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt phụ thuộc vào phương pháp hàn, chế độ hàn, thành phầnhóa học cũng như tính chất lý nhiệt của kim loại Công suất của hồ quang hoặc ngọn lửa hàn khícàng lớn thì kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt càng tăng Ngược lại, tăng vận tốc hàn (giữ nguyêncông suất nhiệt) thì kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt sẽ giảm Vật liệu có tính dẫn nhiệt thấp, nhiệt

dung càng cao thì kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt càng giảm (nhiệt dung là lượng nhiệt cần thiết

để làm tăng nhiệt độ của kim loại lên 1 0 C).

1.3.4 Tính hàn của kim loại và hợp kim.

1.3.4.1 Khái niệm:

Tính hàn dùng để chỉ mức độ dễ hàn hay khó hàn đối với một vật liệu cơ bản nào đó, nó là tổhợp các tính chất của kim loại hay hợp kim cho phép nhận được liên kết hàn có chất lượng thỏamãn theo yêu cầu

1.3.4.2 Kim loại học mối hàn:

- Vật liệu có tính hàn tốt : bao gồm các loại vật liệu cho phép hàn được bằng nhiều phươngpháp hàn khác nhau, chế độ hàn điều chỉnh được trong phạm vi rộng, không cần sử dụng các biệnpháp công nghệ phức tạp (như nung nóng sơ bộ, nhiệt luyện sau khi hàn, …) mà vẫn đảm bảo nhậnđược mối hàn có chất lượng theo yêu cầu Thép các bon thấp và phần lớn thép hợp kim thấp đềuthuộc nhóm này

- Vật liệu có tính hàn thỏa mãn : gồm các loại vật liệu chỉ thích hợp với một số phương pháphàn nhất định, các thông số của chế độ hàn chỉ có thể dao động trong phạm vi hẹp, yêu cầu về vậtliệu hàn chặt chẽ hơn Khi hàn có thể phải sử dụng một số biện pháp công nghệ như : nung nóng sơ

bộ, xử lý nhiệt sau khi hàn, để nâng cao chất lượng mối hàn Một số mác thép hợp kim thấp, thépcác bon và hợp kim trung bình thuộc nhóm này

- Vật liệu có tính hàn hạn chế : Yêu cầu về công nghệ và vật liệu hàn chặt chẽ hơn Phải sửdụng các biện pháp xử lý nhiệt, hàn trong môi trường khí bảo vệ đặc biệt (khí trơ, chân không, …),chế độ hàn nằm trong phạm vi rất hẹp Liên kết hàn có khuynh hướng bị nứt và dễ xuất hiện cácloại khuyết tật làm giảm chất lượng kết cấu hàn Thép các bon cao và thép hợp kim cao thuộc nhómnày

- Vật liệu có tính hàn xấu : phải hàn bằng các công nghệ phức tạp, tốn kém Tổ chức kim loạimối hàn xấu, dễ bị nứt nóng và nứt nguội, do đó cơ tính và khả năng làm việc thấp hơn kim loại cơbản Phần lớn các loại gang và hợp kim đặc biệt thuộc nhóm này

1.3.4.3 Đánh giá tính hàn của kim loại và hợp kim

a) Khái niệm và phân loại:

Tính hàn là khả năng của kim loai và hợp kim cho phép hình thành mối hàn bằng các côngnghệ hàn bình thường thích hợp để mối hàn đạt được các tính chất cần thiết, đảm bảo độ tin cậy củaliên kết hàn khi sử dụng

Căn cứ vào tính hàn của các loại vật liệu của kết cấu hàn hiện nay có thể chia thành 4 nhómsau:

Nhóm 1: Vật liệu hàn có tính hàn tốt:

Những vật liệu này cho phép tạo thành mối hàn bằng những phương pháp công nghệ bìnhthường, không phải sử dụng biện pháp công nghệ đặc biệt( như nung nóng sơ bộ) Những vật liệunày sau khi hàn tạo thành mối hàn có cơ tính cao, có thể hàn chúng trong mọi điều kiện: thép hợpkim thấp, thép cacbon

Nhóm 2: Vật liệu có tính hàn trung bình.

Những vật liệu này cho phép tạo thành mối hàn với cơ tính cần thiết trong những điều kiện nhấtđịnh Đối với những vật liệu này phải sử lý nhiệt như nung nóng sơ bộ và làm giảm tốc độ nguội.Thuộc nhóm này có một số thép hợp kim thấp và thếp họp kim trung bình

Nhóm 3: vật liệu có tính hàn kém.

Gồm những vật liệu chỉ cho phép tạo thành mối hàn trong điều kiện công nghệ rất đặc biệt vàphức tạp Đó là thép cacbon cao, thep họp kim cao,thép đặc biệt: thép chịu nhiệt, thép chịu màimòn, thép chống gỉ

Trong công thức trên, Cu và P chỉ tính khi Cu > 0,5% và P > 0,05%.

Nếu CE < 0,45% : thép không cần nung nóng sơ bộ trước khi hàn

Nếu CE  0,45% : phải nung nóng sơ bộ trước khi hàn Hàm lượng CE càng lớn thì nhiệt độnung nóng sơ bộ càng cao Với thép có chiều dầy S = (6-8)mm thì chỉ cần nung nóng sơ bộ trướckhi CE > 0,55%

- Thông số đánh giá nứt nóng Hcs : với thép cácbon trung bình và hợp kim trung bình có thểxác định bằng công thức :

PCM là thông số biểu thị sự biến dòn của vùng ảnh hưởng nhiệt

Đối với thép hợp kim thấp :

HD : hàm lượng hiđrô có trong kim loại (ml/100g)

Khi PL  0,286 thì thép có khuynh hướng tạo nứt nguội

- Xác định nhiệt độ nung nóng sơ bộ TP : Đối với thép cacbon trung bình và cao, cũng như théphọp kim thường phải nung nóng sơ bộ trước khi hàn Khi thép phải nung nóng sơ bộ, có thể tínhnhiệt độ nung nóng sơ bộ theo hàm lượng các bon tương đương toàn phần :

|CE|=|C|X+|C|P

| C|X : đương lượng hóa học cácbon.

| C|P : đương lượng có thứ nguyên của cácbon.

360|C|X=360|C|+40|Mn|+40|Cr|+20|Ni|+28|Mo|.

| C|P=0,005 S.|C|X.

CE=| C|X( 1+0,005 S).

TP=350 √ | CE|−0 ,25

Nung sơ bộ có thể cải thiện tính hàn của thép :

1 Khi hàn thép carbon cao , hợp kim , nung sơ bộ làm châm tốc độ nguội của mối hàn và do đó

ngăn chặn việc hình thành các cấu trúc luyện kim bất lợi cho cơ tính thép ở vùng ảnhhưởng nhiệt

2 Nung sơ bộ làm giãm chênh lệch nhiệt độ ở các khu vực xung quanh vùng hàn , do đó làmgiãm ứng suất nhiệt tác động lên mối hàn

3 Nhiệt độ nung sơ bộ cần xác định theo yêu cầu ở hình Figure 2 hoặc 3 Nung quá cao gây ralãng phí và biến dạng kết cấu , nung quá thấp sẽ không cải thiện được tính hàn như mong muốnNgòai ra còn phải chú ý đến việc giữ nhiệt giữa các lớp hàn để bảo đảm tính hàn được cải thiệntriệt để

4 Nung sơ bộ giúp cho quá trình thóat khi hydro khỏi vùng hàn được tăng cường , kết quả lànguy cơ nứt hydro được cải thiện đáng kể

Gá đặt và hàn đính có vai trò quan trọng cho việc cải thiện chất lượng hàn :

Các khuyết tật hàn rất thường gặp có nguyên nhân là sự non kém tay nghề hoặc quy trình hànkhông được tuân thủ Các khuyết tật đó bao gồm :

Mối hàn được chuẩn bị tốt phải bảo đảm :

- Góc hàn thíết kế hợp lý để tiết diện từng lớp hàn có tỉ lệ hợp lý giữa chiều cao và bệ rộng ;

tạo thuận lợi cho quá trình thóat khí và chống nứt khi đông rắn mối hàn

- Mép hàn được tẩy sạch để hạn chế bọt khí , ngậm xỉ

- Các mối hàn đính phải được thực hiện với cùng lọai que đắp , cùng phương pháp và qui

trình

- Các mối hàn đính phải chắc chắn và phân bố hợp lý để có thể chịu đượng được sự co rút ,

biến dạng do nhiệt sinh ra khi hàn

CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA KIM LOẠI HỌC MỐI HÀN

1 TÍNH CH T CHUNG C A KIM LO I VÀ H P KIM: ẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM: ỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM: ẠI VÀ HỢP KIM: ỢP KIM:

Khi sử dụng, chế tạo đối với vật liệu là kim loại hay hợp kim cần phải nắm được các tính chấtcủa chúng, cần phải dựa vào các yêu cầu kỹ thuật để lựa chọn thích hợp

Các tính chất cơ bản của kim loại hay hợp kim bao gồm : cơ tính, lý tính, hoá tính và tính côngnghệ

1.1 Cơ tính :

Là những đặc trưng cơ học biểu thị khả năng cuả kim loại hay hợp kim chịu được tác động củacác loại tải trọng bao gồm :

a Độ bền (σ) :

Là khả năng của vật liệu chịu được tác động của ngoại lực mà không bị phá hủy Ký hiệu độ

bền là “σ”( xích ma) gồm có : độ bền kéo (kσ) ; độ bền uốn (uσ) và độ bền nén (nσ)

b Độ cứng :

Là khả năng cuả vật liệu chống lại biến dạng dẻo cục bộ khi có ngoại lực tác động thông quavật nén Nếu cùng một giá trị lực nén mà vết lõm biến dạng trên mẫu thử càng lớn, càng sâu thì độcứng càng kém

c Độ dãn dài tương đối (δ) :

Là tỉ lệ tính theo phần trăm giữa lượng dãn dài sau khi kéo và chiều dài ban đầu

δ = l1−l0

l0 .100%

Với : L1 : Chiều dài mẫu thử sau khi kéo

L0 : Chiều dài mẫu thử lúc ban đầu

Vật liệu có độ dãn dài δ càng lớn thì càng dẻo và ngược lại

a Khối lượng riêng:

Là khối lượng của 1cm3 vật chất Nếu gọi m là khối lượng của vật chất, V là thể tích của vậtchất và γ là khối lượng riêng vật chất ta có :

c Tính dãn nở :

Là khả năng kim loại dãn nở khi nung nóng và co lại khi làm nguội Thực tế kim loại dãn nởtheo thể tích, trong kỹ thuật độ dãn nở được biểu thị bằng hệ số dãn nở trên chiều dài của đơn vị( 1mm ) Ví dụ hệ số dãn nở của thép là 0,0000120 mm ( 12 10 -6 mm )

d Tính dẫn nhiệt :

Là tính chất truyền nhiệt của kim loại khi bị đốt nĩng hay làm lạnh Độ dẫn nhiệt của các kimloại và hợp kim khơng giống nhau Độ dẫn nhiệt của kim loại đen như gang, thép kém xa so vớikim loại màu như Cu, Al…

Là khả năng kim loại cắt gọt dễ hay khĩ

2 CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM :

2.1 Cấu tạo của kim loại nguyên chất :

Kim loại ở trạng thái rắn có cấu tạo bên trong gồm các nguyên tử được sắp xếp theo mộttrật tự riêng dưới dạng hình học xác định, người ta gọi đó là mạng tinh thể

Mỗi mạng tinh thể có đặc trưng riêng, để phân biệt, người ta lấy ra phần không gian nhỏnhất của mạng gọi là ô cơ bản Các kiểu mạng thường gặp tương ứng có các ô cơ bản như : lậpphương diện tâm, lập phương thể tâm và lục phương dầy đặc

2.2 Sự biến đổi mạng tinh thể của kim loại :

Khả năng mà kim loại có thể thay đổi hình dáng mạng tinh thể theo nhiệt độ cả về cấu tạo vàtính chất vật lý người ta gọi là tính thù hình của kim loại

2.3 Sự kết tinh của kim loại :

Bằng thí nghiệm, người ta xác định được mỗi kim loại có một đường nguội nhât định và códạng chung như biểu đồ Mỗi kim loại có

giá trị nhiệt độ kết tinh xác định ( t0kt )

3.1 Đánh giá độ bền kéo :

Để đánh giá độ bền kéo của kim loại

hay hợp kim, phải tiến hành thử kéo, đây

là quá trình thử quan trọng để xác định cơ

tính của kim loại bao gồm các tính chất :

Độ bền : Là khả năng kim loại chống

lại tác dụng của ngoại lực mà không bị phá

hỏng

Độ đàn hồi : Là khả năng biến dạng

của kim loại khi chịu tác động của ngoại

lực rồi trở lại như cũ khi bỏ lực tác động

Độ dẻo : Là khả năng biến dạng vĩnh

cửu của kim loại khi chịu lực tác động

Khi thử kéo, các kim loại đều có biểu đồ biến dạng theo 1 dạng chung nhu biểu đồ sau và giátrị độ bền kim loại được xác định bằng σ theo công thức:

Tùy theo kích thước vết lõm mà ta xác định độ cứng kim loại theo 3 phương pháp sau :

a Phương pháp Brinen : Là dùng viên bi cầu bằng thép tôi cứng có đường kính chuẩn ( 2,5 –

5 hoặc 10mm) ấn vào bề mặt cần thử sau đó dùng kính lúp đặc biệt đo đường kính d của vết lõm rồi

tra bảng để có được độ cứng theo đơn vị đo là HB Phương pháp này để thử các kim loại mềm vàthép chưa tôi cứng

Độ cứng Brinell cho kết quả không chính xác khi khảo sát vùng ảnh hưởng nhiệt Vì vậy đượcdùng chủ yếu cho kim loại cơ bản.

Tùy theo chiều dày của mẫu thử mà chọn đường kính viên bi: D = 10mm, D = 5mm hoặc D =0,25mm Tùy theo tính chất của vật liệu mà chọn tải trọng P cho thích hợp

b Phương pháp Roockwell : Là dùng mũi

nhọn kim cương có góc ở đỉnh 1200 để ấn lên bề

mặt vật thử Trong khi thử, độ cứng được chỉ trực

tiếp bằng kim đồng hồ trên đồng hồ đo Đơn vị đo

độ cứng Rốcven là HR kèm theo các chữ : A,B,C tương ứng với lực ấn lần 2 là 60,100 và 150 kg

Ký hiệu HRA, HRC dành cho vật liệu cứng và HRB dành cho vật liệu mềm

Dùng tải trọng P ấn viên bi bằng thép đã nhiệt luyện có đường kính 1,587mm tức là 1/16’’

(thang B) hoặc mũi côn tròn bằng kim cương có góc ở đỉnh 1200 (thang C hoặc A) lên bề mặt vậtliệu thử

Tải trọng tác dụng 2 lần:

o Tải trọng sơ bộ P0 = 10kG

o Tải trọng chính P:

 Bi thép: P = 100kG

 Mũi kim cương: p = 150kG

c Phương pháp Víckers : Là dùng mũi nhọn kim

cương hình chĩp đáy vuơng, cĩ gĩc giữa 2 mặt đối xứng là

1360 ấn lên bề mặt vật thử với tải trọng P từ 5 đến 120 kg

Độ cứng Víckers được ký hiệu là HV ( kg/ mm2 )sử dụng

Thang B: giá trị đo được ký hiệu HRB (P = 100kG)

Thang C: giá trị đo được ký hiệu HRC (P = 150kG)

Thang A: giá trị đo được ký hiệu HRA (P = 60kG)

3.3 Đánh giá độ dai va đập :

Các chi tiết máy mặc dù đã có độ bền cao, nhưng vẫn có thể thể bị phá hỏng do các lực vađập dù là lực đó không lớn lắm Do đó để xem xét các tính chất cơ học của vật liệu 1 cách toàndiện, ngoài việc xét các tính năng của nó trong trạng thái tải trọng tĩnh, ta còn phải xét đến tínhnăng của nó trong trạng thái tải trọng động tức là tải trọng có va đập

Khi thử, người ta dùng máy thử là 1 quả buá con lắc đập vào mặt đối diện có xẻ rãnh trênmẫu thử Đồng hồ của máy sẽ chỉ giá trị va đập làm hỏng mẫu

ak = A

F (Nm/mm2)

Trong đó

• A là công phá hỏng mẫu ( Nm )

• F là diện tích mặt cắt ngang chỗ xẻ rãnh (mm2)

THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ HÀN TIG.

Hình : Cấu tạo máy hàn TIG Khái niệm: Hàn TIG (Tungsten inert gas) hay hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi

trường khí trơ ( Gas tungsten arc welding -GTAW) mối hàn được khí trơ bảo vệ tránh khỏi sự xâm nhập của không khí bên ngoài Kim loại nóng chảy được là nhờ nhiệt lượng do hồ quang tạo ra giữađiện cực Vonfram và vật hàn Cũng như các quá trình hàn MIG và hàn trong khí bảo vệ khác, hàn

TIG có thể sử dụng khí trơ hoặc hỗn hợp khí trơ

1 Nguyên lý

Hàn TIG ( Tungsten Inert gas) còn có

tên gọi khác là hàn hồ quang bằng điện

cực không nóng chảy (tungsten) trong

môi trường khí bảo vệ - GTAW ( Gas

Tungsten Arc Welding ) thường được

Wonfram Inert Gas)

Hồ quang cháy giữa điện cực

tungsten không nóng chảy và chi tiết

hàn được bảo vệ bởi dòng khí thổi qua

mỏ phun, sẽ cung cấp nhiệt làm nóng

chảy mép chi tiết, sau đó có hoặc không

dùng que đắp tạo nên mối hàn

− Kim loại đắp (que hàn có đường kính

Ø 0,8 mm đến Ø 4,0 mm) được bổ

sung vào vũng chảy bằng tay hoặc nhờ thiết bị tự động khi dùng dây cuộn (cuộn dây có đườngkính từ Ø 0,8 mm đến Ø 2,0 mm)

− Vũng chảy được bảo vệ bằng dòng khí trơ (lưu lượng 5 đến 25 lit/phút) Argon hoặc Argon +

Hélium, khi hàn tự động có thể dùng Argon + H2

2 Đặc điểm và công dụng

Đặc điểm

− Điện cực không nóng chảy

− Không tạo xỉ do không có thuốc hàn

− Hồ quang, vũng chảy quan sát và kiểm soát dễ dàng

− Nguồn nhiệt tập trung và có nhiệt độ cao

Ưu điểm

− Có thể hàn được kim loại mỏng hoặc dày do thông số hàn có phạm vi điều chỉnh rộng( từ vài ampe đến vài trăm ampe)

− Hàn được hầu hết các kim loại và hợp kim với chất lượng cao

− Mối hàn sạch đẹp, không lẫn xỉ và văng tóe

− Kiểm soát được độ ngấu và hình dạng vũng hàn dễ dàng

Nhược điểm

− Năng suất thấp

− Đòi hỏi thợ có tay nghề cao

− Giá thành tương đối cao do năng suất thấp, thiết bị và nguyên liệu đắt tiền

Công dụng

− Là phương pháp hiệu quả khi hàn nhôm, inox và hợp kim nicken

− Thường dùng hàn lớp ngấu trong qui trình hàn ống áp lực

− Hàn các kim loại, hợp kim khó hàn như titan, đồng đỏ

3.Vật liệu trong hàn TIG

a)KhÝ b¶o vệ:

Nhom khÝ tr¬ (Ar, He) :

KhÝ Ar : lµ mt lo¹i khÝ kh«ng mµu, kh«ng mi vµ n ng h¬n kh«ng khÝ kho¶ng 25% Argon ®Ỉng h¬n kh«ng khÝ kho¶ng 25% Argon ® ỵc s¶n c s¶n xut ra d¹ng lng vµ d¹ng khÝ, theo OCT, khÝ Ar ph©n lµm ba lo¹i :

KhÝ Ar lo¹i I (99,99 %) dng hµn c¸c kim lo¹i c ho¹t tÝnh cao (Titan, Ni«bi, Zinic«ni) vµ c¸c h p kimỵc s¶n cđa ch ng.ĩng

KhÝ Ar lo¹i II (99,98 %) dng hµn c¸c h p kim nh«m, mangan vµ c¸c kim lo¹i hay h p kim kh¸c Ýt ỵc s¶n ỵc s¶n nhy c¶m víi «xy vµ nit¬, hµn b»ng ®iƯn cc kh«ng nng ch¶y

KhÝ Ar lo¹i III (99,95 %) dng hµn c¸c thÐp chng ¨n mßn

KhÝ He : kh«ng mµu, kh«ng mi, c t trng nhĐ h¬n Ar kho¶ng 10 lÇn

KhÝ He ® c ph©n lµm hai lo¹i : lo¹i c ® tinh khit cao (hµm lỵc s¶n ỵc s¶n ng c¸c t¹p cht kh«ng lín h¬n 0,02%) vµlo¹i hªli k thut (hµm l ng t¹p cht nh h¬n 0,2 %) KhÝ heli nhỵc s¶n Đ h¬n Ar kho¶ng 10 lÇn nªn khi hµn, l-

ng hªli tiªu hao lín h¬n l

ỵc s¶n ỵc s¶n ng Ar t 1,5  3 lÇn

Nhm khÝ ho¹t tÝnh (CO 2) : dng trong hµn b¸n t ®ng b»ng ®iƯn cc nng ch¶y § gi¶m lĨ gi¶m l ỵc s¶n ng kim lo¹i b¾n te khi hµn vµ t¹o ®i u kiỊu ki Ưn tt cho viƯc h×nh thµnh mi hµn, ngi ta sư dơng hçn h p khÝ COỵc s¶n 2 víi (2  5)% O2 (gi¶m ® c 30 ỵc s¶n  40% l ng kim lo¹i mt m¸t do b¾n te) Ngoµi ra, ® tit kiỵc s¶n Ĩ gi¶m l Ưm ngi ta dnghçn h p 75% Ar + 25% COỵc s¶n 2 hay Ar + CO2 + O2, …

Nit¬ (N): lo¹i nµy Ýt ® c sỵc s¶n ư dơng, ch ® c dng khi hµn ®ng.ỵc s¶n

Hình : So sánh hai loại khí bảo vệ

Dễ mồi hồ quang do năng lượng ion thấp

Nhiệt độ hồ quang thấp hơn

Bảo vệ tốt hơn do nặng hơn

Lưu lương cần thiết thấp hơn

Điện ỏp hồ quang thấp hơn nờn năng lượng

Giỏ thành đắt hơnChiều dài hồ quang dài, mối hàn rộngThường dựng hàn cỏc chi tiết dày, dẫn nhiệt tốt

b Điện cực không nóng chảy.

Điện cực than dẫn điện kém : có điện trở suất lớn gấp 4 lần điện trở suất của grafit, nó thờng đợc

bọc đồng ở bên ngoài để tăng độ bền khi hàn với dòng lớn

Điên cực grafit : chế tạo từ than có tăng thêm lợng grafit (bằng cách ủ ở nhiệt độ 25000C) Khi hàn bằng điện cực than và grafit, hồ quang cháy ổn định (ngay cả khi Ih = 3-5A và Lhqtới 50mm) Điện cực mòn chậm, dễ thao tác, có thể hàn đợc những chi tiết có chiều dầy nhỏ (1-3mm) với tốc độ rất lớn (50 – 70m/h)

Điện cực Vonfram : dễ gây hồ quang và hồ quang cháy ổn định Nó đợc sử dụng rộng rãi để hàn

nhiều loại thép với chiều dầy khác nhau và luôn cho chất lợng mối hàn cao

Hồ quang trong hàn TIG cú nhiệt độ rất cao cụ thể đạt tới hơn 61000C

Điện cực Wolfram:

Wolfram được dựng làm điện cực do tớnh chịu nhiệt cao (nhiệt độ núng chảy 3410°C), phỏt xạ điện

tử tương đối tốt, làm ion húa hồ quang và duy trỡ tớnh ổn định hồ quang Wolfram cú tớnh chống oxyhúa cao

Thành phần húa học của một số loại điện cực Volfram:

Cỏc điện cực wolfram cú đường kớnh 0,25-6,4 mm với chiều dài 76-610 mm cỏc điện cực Wolfram

cú thờm Thori (Th) cú tớnh phỏt xạ điện tử, dẫn điện và chống nhiễm bẩn tốt, mồi hồ quang tốt hơn

và hồ quang ổn định hơn

Các điện cực Wolfram có thêm Zircon (Zr) có các tính chất trung gian giữa điện cực W và điện cựcW-Th.

Màu nhận diện một số loại điện cực thông dụng:

Que hàn phụ: que hàn phụ có các kích thước tiêu chuẩn theo ISO/R564 như sau: chiều dài từ

Mỏ hàn TIG được phân làm hai loại theo cơ cấu làm mát:

Mỏ hàn làm mát bằng khí- tương ứng với cường độ dòng điện hàn <120 A

Mỏ hàn làm mát bằng nước- tương ứng với cường độ dòng điện hàn >120A

Mỏ hàn TIG được phân làm hai loại theo cơ cấu làm mát:

Mỏ hàn làm mát bằng khí- tương ứng với cường độ dòng điện hàn <120 A