Nghiên cứu thiết kế quy trình công nghệ hàn tự động sử dụng trong chế tạo tàu vỏ thép, chương 4 docx

CHƯƠNG 4
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG
PHÁP HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP
THUỐC
2.1 LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN
2.1.1 S
ự tạo thành mối hàn
1) Khái niệm về mối nối hàn, mối hàn
Mối nối được thực hiện bằng hàn gọi là mối nối hàn. Mối nối
hàn là mối nối liền không tháo rời được.
Vị trí nối các chi tiết gọi là mối hàn
Trong hàn nóng ch
ảy mối nối hàn gồm:
Hình 2-1. Mối nối hàn
a) Mối hàn)
Mối hàn gồm: kim loại cơ bản và kim loại điện cực (que
hàn) sau khi nóng chảy kết tinh tạo thành.
b) Vùng tiệm cận mối hàn)
Vùng kim loại cơ bản được nung nóng từ nhiệt độ 100
o
C
đến nhiệt độ gần nhiệt độ nóng chảy.
c) Kim loại cơ bản
Vùng kim loại không bị tác dụng của nhiệt trong qua trình
hàn.
2) Sự tạo thành bể hàn
Khi hàn nóng chảy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt làm cạnh
hàn và kim loại phụ nóng chảy tạo nên bể kim loại lỏng. Bể kim
loại đó gọi là bể hàn hay vũng hàn.
Trong qua trình hàn, ngu
ồn nhiệt dịch chuyển theo kẻ hàn,

đồng thời bể hàn cũng dịch chuyển theo. Bể hàn được chia làm hai
ph
ần: phần đầu và phần đuôi.
Hình 2-2. Bể hàn
a) Phần dầu bể hàn
Ở phần này xảy ra quá trình nóng chảy của kim loại cơ bản và kim
lo
ại điện cực. Theo sự dịch chuyển của nguồn nhiệt, tất cả các kim
loại ở phía trước bị nóng chảy.
b) Phần đuôi bể hàn
Ở phần này xảy ra quá trình kết tinh của kim loại lỏng bể hàn
để tạo nên mối hàn.
Trong quá trình hàn, kim lo
ại lỏng trong bể hàn luôn chuyển động
và xáo trộn không ngừng. Sự chuyển động của kim loại lỏng trong
bể hàn là do tác dụng của áp lực dòng khí lên bề mặt kim loại lỏng
và do tác dụng của lực điện từ, làm cho kim loại lỏng trong bể hàn
b
ị đẩy về phía ngược với hướng chuyển dịch của nguồn nhiệt và
t
ạo nên chỗ lõm trong bể hàn.
Hình d
ạng và kích thước của bể hàn phụ thuộc vào:
- Công su
ất của nguồn nhiệt.
- Chế độ hàn.
- Tính ch
ất lý nhiệt của kim loại vật hàn.
Hình d
ạng của bể hàn được đặc trưng bởi các đại lượng:

Hình 2-3. Hình dạng và kích thước của bể hàn
b- Chiều rộng bể hàn
h- Chi
ều sâu nóng chảy
l- Chiều dài bể hàn
T
ỷ số giữa chiều rộng và chiều dài bể hàn gọi là hệ số hình
d
ạng của bể hàn:
 = b/l
Hệ số hình dạng của bể hàn có ảnh hưởng lớn đến quá trình kết
tinh, do đó ảnh hưởng đến chất lượng mối h
àn. Nếu b/l lớn (bể hàn
r
ộng) thì điều kiện kết tinh tốt, sau khi kết tinh nhận được mối hàn
có ch
ất lượng cao. Ngược lai, nếu b/L nhỏ thì sau khi kết tinh có
thể gây ra nứt ở trục mối hàn.
3) Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực vào bể hàn
Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực và bể hàn
không nh
ững ảnh hưởng đến sự tạo thành mối hàn, mà còn ảnh
hưởng đến th
ành phần và chất lượng mối hàn.
Khi hàn h
ồ quang tay, dù hàn bằng phương pháp nào và hàn
ở bất kỳ vị trí n
ào thì kim loại lỏng cũng đều chuyển dịch từ que
hàn vào bể hàn dưới dạng những giọt kim loại có kích thước khác
nhau. Sự chuyển dịch của kim loại lỏng từ que hàn vào bể hàn là

do các y
ếu tố sau:
a) Trọng lực của giọt kim loại lỏng
Những giọt kim loại được hình thành ở mặt đầu que hàn,
dưới tác dụng của trọng lực sẽ dịch chuyển từ trên xuống dưới theo
phương thẳng đứng v
ào bể hàn.
L
ực trọng trường chỉ có tác dụng làm chuyển dịch các giọt
kim loại lỏng vào bể hàn khi ở vị trí sấp, còn khi hàn ngửa yếu tố
này hoàn toàn không thuận lợi.
b) Sức căng bề mặt
Sức căng bề mặt sinh ra do tác dụng của lực phân tử. Lực
phân tử luôn có khuynh hướng tạo cho bề mặt kim loại lỏng có một
năng lượng nhỏ nhất, tức l
à làm cho bề mặt kim loại lỏng thu nhỏ
lại. Muốn vậy thì những giọt kim loại lỏng phải có dạng hình cầu.
Những giọt kim loại lỏng hình cầu chỉ mất đi khi chúng rơi vào bể
hàn và bị sức căng bề mặt của bể hàn kéo vào thành dạng chung
của nó.
c) Lực từ trường
Dòng điện khi đi qua điện cực sẽ sinh ra một từ trường. Lực
của từ trường này ép lên que hàn làm cho ranh giới giữa phần rắn
và phần lỏng của que hàn bị thắt lại.
Hình 2- 4. Tác dụng của lực từ trường ép lên que hàn
Do bị thắt lại nên diện tích tiết diện ngang tại chỗ đó giảm,
làm mật độ và cường độ của lực từ trường mạnh lên. Mặt khác, tại
chỗ thắt do có điện trở cao nên nhiệt sinh ra lớn, làm kim loại
nhanh chóng đạt đến trạng thái sôi
và tạo ra áp lực lớn đẩy các giọt

kim loại lỏng vào bể hàn.
L
ực từ trường có khả năng làm chuyển dịch các giọt kim loại
lỏng từ đầu que hàn vào bể hàn ở mọi vị trí.
d) Áp lực khí
Khi hàn, kim loại lỏng ở đầu que hàn bị quá nhiệt mạnh và
sinh ra khí.
Ở nhiệt độ cao, thể tích của khí tăng và tạo ra áp lực
lớn đủ để đẩy các giọt kim loại lỏng tách khỏi đầu que hàn để đi
vào bể hàn.
2.1.2 Tổ chức kim loại của mối hàn
Sau khi hàn, kim loại lỏng trong bể hàn kết tinh để tạo thành
m
ối hàn. Vùng kim loại xung quanh mối hàn do bị ảnh hưởng của
nhiệt nên có sự thay đổi về tổ chức và tính chất. Vùng đó gọi là
vùng
ảnh hưởng nhiệt.
Nghiên cứu tổ chức mối hàn của thép cácbon thấp thấy chúng
có các phần riêng với tổ chức khác nhau.
1) Vùng mối hàn
Trong vùng mối hàn kim loại nóng chảy hoàn toàn, khi kết
tinh có tổ chức tương tự như tổ chức thỏi đúc. Thành phần và tổ
chức kim loại mối hàn khác với kim loại cơ bản và kim loại điện
cực.
Hình 2-5. Tổ chức kim loại của mối hàn
a) Vùng ngoài cùng
Ở vùng này do tản nhiệt nhanh nên kim loại lỏng trong vũng
hàn kết tinh với tốc độ nguội lớn. Do vậy, sau kết tinh nhận được
tổ chức kim loại với những hạt tinh thể nhỏ mịn.
b) Vùng trung gian

Kim loại lỏng ở vùng trung gian không thể kết tinh với tốc độ
nguội lớn như vùng ngoài cùng. Các tinh thể kết tinh theo phương
tản nhiệt nhưng có chiều ngược lại. Do tốc độ nguội tương đối
chậm nên sau khi kết tinh nhận được các hạt tinh thể dài có trục
vuông góc với mặt tản nhiệt
c) Vùng trung tâm
Kim loại lỏng ở vùng trung tâm kết tih với tốc độ nguội chậm
và trong vùng này kim loại lỏng có nhiệt độ hầu như giống nhau,
do vậy chúng kết tinh gần như đồng thời và hướng tỏa nhiệt theo
các phương đều như nhau. Sau khi kết tinh nhận được các tổ chức
kim loại gồm cac hạt đều trục. Trong vùng trung tâm có thể có các
t
ạp chất phi kim loại – xỉ
Tùy thuộc vào tốc độ nguội mà trong tổ chức của kim loại
mối hàn có thể có hoặc không có vùng trung gian hoặc vùng trung
tâm.
- N
ếu tốc độ nguội lớn thì các tinh thể hạt dài có thể phát
triển sâu vào trung tâm bể hàn, khi đó kim loại mối hàn chỉ có 2
vùng: vùng ngoài cùng với các hạt nhỏ mịn và vùng trung gian với
các hạt tinh thể dài.
- N
ếu tốc độ nguội rất chậm thì vùng tinh thể hạt dài (vùng
trung gian) có th
ể không có.