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

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
Sinh viên thực hiện: ĐỖ VẢN QUANG MSSV: 08104062
NGUYẾN TRỌNG HẢI MSSV: 08104049
PHAN BẢO TRUNG MSSV: 08104040
Lớp: 081042A
Khoá: 2008 - 2012
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 02/2013
Trang 1
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: ĐỖ VĂN QUANG MSSV: 08104062
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:
TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)
 Được phép bảo vệ …………………………………………
(GVHD ký, ghi rõ họ tên)
Trang 2
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
- MSSV: 08104049 Lớp: 081042A
- Địa chỉ sinh viên: 233/4b Tân Đông Hiệp_ Dĩ An_ Bình Dương.
Số điện thoại liên lạc: 0989444940
- Email:
- Họ tên sinh viên: Đỗ Văn Quang
- MSSV: 08104062 Lớp: 081042A
- Địa chỉ sinh viên:
- Số điện thoại liên lạc: 0974337650
- Email:
- Họ tên sinh viên: Phan Bảo Trung
- MSSV: 08104040 Lớp: 081041B
- Địa chỉ sinh viên: 5/6/11 Lê Văn Chí quận Thủ Đức Tp Hồ Chí Minh
- Số điện thoại liên lạc: 0977895074
- Email:
- 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”.
Tp. HCM, ngày 2 tháng 1 Năm 2013
Ký tên
Nguyễn Trọng Hải
Đỗ Văn Quang
Trang 3
Phan Bảo Trung
Trang 4
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 tốt
nghiệp.
Chúng tôi cũng xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô trong khoa Cơ khí chế tạo máy, đặc biệt là
các 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 thu
trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang
quý 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 chỗ
dựa vững chắc cho chúng tôi.
Cuối cùng, nhóm thực hiện xin kính chúc quý Thầy, Cô và gia đình dồi dào sức khỏe và thành
công trong sự nghiệp cao quý.
Tp. HCM, ngày 2 tháng 1 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Trọng Hải
Đỗ Văn Quang
Phan Bảo Trung
Trang 5
Trang 6
Mục Lục

Trang 7
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 thống
nhất bằng cách dùng nguồn nhiệt nung nóng chỗ cần nối đến trạng thái lỏng (hoặc dẻo), sau đó kim
loại 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 chất
hoặc 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 quan
trọng (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 làm
giảm khả năng chịu tải trọng động của mối hàn. Trong mối hàn cũng dễ bị khuyết tật, rỗ nứt, cong
vênh…
1.2 Phân loại các phương 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…
Trang 8
+ 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 kết
với 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 này

cũng là dạng điện cực nóng chảy nhưng được cung cấp một cách liên tục nhưng vẫn được người thợ
hàn điều khiển nên còn gọi là hàn bán tự động. Trong phương pháp này, người ta dùng khí hoạt
tính (CO2) hay khí trơ (Argon) để làm khí bảo vệ mối hàn.
1.3 Sự tạo thành mối 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 lớn
đối 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 làm
cho 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 trong
suốt đoạn đường chuyển vào vũng hàn, khi vào vũng hàn sẽ bị sức căng bề mặt kéo vào để tạo
thành 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. Lực
này tác dụng lên kim loại lỏng điện cực làm giảm tiết diện ngang, trong khi đó I
h
= const, nên tại
chỗ thắt mật độ dòng điện J tăng lên nhanh chúng làm kim loại lỏng đạt đến nhiệt độ sôi, cắt đứt
phần 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 về
vũng 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 (thuốc
hàn) nóng chảy sẽ sinh ra nhiều khí tạo nên áp lực đẩy kim loại lỏng từ điện cực vào vũng hàn (có
tác 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 ta

xét đến khả năng giãm thiểu các nguy cơ xuất hiện các vết nứt do biến cứng ở vùng ảnh hưởng
nhiệt . (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 hợp
kim có trong thép đến tính hàn.
Hàm lượng Carbon tương đương là chỉ số thể hiện các ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim
đến tính hàn với giã định là các nguyên tố hợp kim sẽ tác động tương tự như tác động của sự gia
tăng hàm lượng carbon trong thép.
Công thức tính CE như sau:
Trang 9
CE = C + + +
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 cho
phép, 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
phẳng và có dạng sóng hình vảy cá xếp chồng.
(Hình 1)
Hình 1: Vũng hàn

b) Mối hàn
Là phần kim loại lỏng được kết tinh trong quá trình hàn, nó ở trạng thái lỏng. Theo tiết diện
ngang, mối hàn phân làm 2 loại : mối hàn giáp mí, mối hàn góc.
Hình dạng mối hàn giáp mối được coi là hợp lý khi hệ số ngấu của mối hàn nằm trong khoảng :
Trang 10
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: mối
hàn 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 hay
hai phía.

Hình 2: Mặt cắt ngang mối hàn
c) Liên kết mối hàn:
Liên kết mối hàn được hiểu bao gồm mối hàn, vùng ảnh hưởng nhiệt và kim loại cơ bản. Các
dạng liên kết hàn: liên kết góc, liên kết hàn chồng nối, liên kết hàn giáp mối.
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 thông
thường 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 các
phản ứng hóa học xảy ra trong vũng hàn không đi đến trạng thái cân bằng.
Trang 11
+ Nhiệt độ vũng hàn cao nên tạo điều kiện cho nhiều phản ứng hóa học xảy ra như : sự tương
tác giữa kim loại lỏng với xỉ, với khí ; sự ôxy hóa hay hoàn nguyên kim loại, sự phân ly của các hợp
chất khí (H
2
→ 2H ; CO
2
→ CO + O
2
; v v….).

Để nhận được mối hàn có chất lượng theo yêu cầu cần phải tạo ra xung quanh vũng hàn môi
trường bảo vệ để bảo vệ kim loại lỏng khỏi tác dụng xấu của không khí, bằng cách hàn bằng que
thuốc 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 có
chứa các ôxit axit : SiO
2
, TiO
2
, P
2
O
5
, … (xỉ hàn axit), hoặc ôxit bazơ : CaO, MnO, BaO, (xỉ hàn
bazơ).
Xỉ tạo nên trong quá trình hàn không chỉ bảo vệ kim loại mối hàn khỏi tác dụng xấu của
không khí mà còn tác dụng với các nguyên tố trong vũng hàn tạo điều kiện điều chỉnh thành phần
hóa 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 trong
khoảng 1100
0
C ÷ 1200
0
C. Xỉ càng loãng, độ nhớt càng nhỏ thì hoạt tính của nó càng mạnh, tạo điều
kiện cho các phản ứng hóa học và các quá trình vật lý xảy ra càng nhanh. Tuy nhiên, để đảm bảo
phủ kín và đều bề mặt mối hàn thì yêu cầu xỉ không được có tính chảy loãng quá cao, điều này đặc
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 mối
hàn như : O

2
, N
2
, Vì vậy, để nhận được mối hàn có chất lượng đảm bảo theo yêu cầu cần phải có
các biện pháp bảo vệ kim loại lỏng vũng hàn khỏi tác dụng xấu của môi trường không khí bằng
cách :
+ Hàn trong môi trường chân không.
+ Hàn bằng que thuốc bọc dầy, dây hàn có lõi thuốc hoặc hàn dưới lớp thuốc. Thuốc hàn và
thuốc bọc que hàn nóng chảy sẽ tạo ra lớp xỉ và khí bảo vệ vũng hàn, đồng thời cũng là chất trợ
dung tốt cho quá trình luyện kim của mối hàn.
+ Hàn trong môi trường khí bảo vệ : Ar, He, CO
2
, và hỗn hợp của chúng để đẩy không khí ra
khỏi 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 tác
dụng của O
2
tới kim loại vũng hàn, kết quả là xảy ra sự hòa tan của ôxy vào sắt tạo ra các ôxit sắt:
2Fe + O
2
= 2FeO + Q
4 Fe + 3O
2
= 2Fe
2
O
3
+ Q
3Fe + 2O

2
= Fe
3
O
4
+ Q
Trong đó, ôxit sắt II (FeO) hòa tan vào kim loại lỏng (còn lại vào xỉ), nồng độ có thể đạt
0,5%, 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 ôxy
nguyên tử :
C + O → {CO}.
Mn + O → (MnO).
Si + O → (SiO
2
).
Trong vũng hàn, xảy ra phản ứng với FeO.
Trang 12
C + FeO → Fe + {CO}
Si + FeO → Fe + (SiO
2
)
Mn + FeO → Fe + (MnO)
Do có sự ôxy hóa các nguyên tố nên hàm lượng các nguyên tố khác giảm: C giảm (50 ÷
60)%, Mn giảm (40 ÷ 50)%.
* Các biện pháp khử ôxy :
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 ứng
sau :
FeO + SiO

2
= FeO.SiO
2
2FeO + SiO
2
= 2FeO.SiO
2
Các silicat được tạo thành sẽ không hòa tan vào kim loại lỏng mà đi vào xỉ, do vậy hàm
lượng 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 bọc
que hàn. Ở nhiệt độ hàn, các bon là chất khử ôxy mạnh hơn silic, mangan.
FeO + C = Fe + {CO}.
Ôxit các bon (CO) không hòa tan vào thép nhưng nếu hàm lượng quá lớn thì một phần CO sẽ
nằm lại trong vũng hàn gây rỗ khí.
+ Mangan : là chất khử ôxy mạnh, được đưa vào vũng hàn qua thuốc bọc, thuốc hàn, kim
loại cơ bản và dây hàn.
Mn + FeO → Fe + (MnO).
Mangan ôxit thực tế không hòa tan vào kim loại mà liên kết với các ôxit axit tạo thành các
hợp chất nhẹ nổi lên thành xỉ. Ngoài việc khử ôxy, mangan còn có tác dụng khử lưu huỳnh và làm
tăng độ bền mối hàn khi hàm lượng của nó dưới 1%.
+ Silic : là chất khử ôxy mạnh, được đưa vào vũng hàn tương tự như mangan:
Si + 2 FeO = 2 Fe + (SiO
2
).
Ôxit silic không hòa tan vào kim loại lỏng mà đi vào xỉ nổi lên bề mặt vũng hàn. Ngoài tác
dụng 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 dưới

dạng ferôtitan.
Ti + 2FeO = TiO
2
+ 2Fe.
Thực tế ôxit titan không hàn tan vào sắt, khi kết hợp với nitơ tạo thành nirit titan (cũng
không hòa tan vào sắt), có tác dụng làm nhỏ hạt kim loại, do đó làm tăng cơ tính của kim loại mối
hàn.
Ngoài các nguyên tố trên, nhôm cũng là chất khử ôxy mạnh nhưng ít được sử dụng vì ôxit
nhôm có nhiệt độ nóng chảy khoảng 2050
0
C không tan vào thép mà chuyển vào xỉ với tốc độ rất
chậm, 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 kim
hóa kim loại mối hàn nhằm bù đắp các nguyên tố hợp kim bị mất do tham gia các phản ứng hóa học
hoặc đưa vào kim loại mối hàn các nguyên tố mới không có trong thành phần kim loại cơ bản để
nâng cao độ bền mối hàn.
Trang 13
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 có
hiệu 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 kim
loại khác nhau, các ferô hợp kim, … có ảnh hưởng xấu đến chất lượng mối hàn, làm cho kim loại
mối hàn không đồng nhất. Các ôxit : SiO
2
, Al
2
O
3

có trong thuốc bọc que hàn và thuốc hàn bị kẹt lại
tác dụng với các ôxit sẵn có trong mối hàn (MnO , FeO, …) tạo thành các tạp chất phức hợp dễ
nóng chảy có kích thước khác nhau. Đặc biệt khi hàn thép, trong kim loại mối hàn chứa một lượng
không nhỏ lưu huỳnh từ vật liệu hàn tạo thành FeS làm tăng khả năng nứt nóng của kim loại mối
hàn.
Tạp chất xỉ là các nitrit (đặc biệt là Fe
2
N) làm tăng độ cứng nhưng lại làm giảm mạnh tính
dẻo 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 xỉ
bằng 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 và
tạo 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 hoặc
dạng 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 phá
hủy 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 hàn

bằng 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 rắn
xung quanh nên nguội rất nhanh. Với vật đúc, sự kết tinh của kim loại xảy ra một cách liên tục cùng
với 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 hoặc
trong môi trường khí bảo vệ.
+ Khi kết tinh, vùng nằm sát với kim loại cơ bản (lớp ngoài) do nguội nhanh, tổ chức kim loại
nhỏ mịn, lớp tiếp theo vì hướng tỏa nhiệt thẳng góc với bề mặt ngoài và nguội chậm nên tổ chức
kim loại có dạng hình trụ, còn ở lớp trung tâm do hướng tỏa nhiệt không rõ ràng, lại nguội chậm
hơn nên tổ chức hạt thô to, đồng thời lẫn một số tạp chất phi kim.
Trang 14
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 hàn
bằng điện cực không nóng chảy và không dùng que hàn phụ hoặc do cả kim loại điện cực và kim
loại vật hàn tạo nên nếu dùng que hàn nóng chảy hay điện cực không nóng chảy có dùng que hàn
phụ. Vì vậy thành phần và tổ chức kim loại mối hàn đều khác với thành phần và tổ chức của kim
loại 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 chảy
tạo 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 quanh
nên nguội nhanh. Các hạt tinh thể thường có dạng hình kim và dạng nhánh cây phức tạp, phát triển
theo 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 chậm
nhất (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 xác
định mối quan hệ phụ thuộc giữa cơ tính với thành phần hóa học của mối hàn và kim loại cơ bản, sự
tác 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 mọi
phương pháp mà vẫn nhận được mối hàn có chất lượng tốt, song chất lượng có khác nhau tùy thuộc
vào điều kiện hàn.
- Hàn bằng que thuốc bọc mỏng, tổ chức kim loại mối hàn xấu vì cácbon của nó cháy nhiều và
các hạt kim loại có dạng hình trụ, tổ chức của nó là (α +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 dạng
hình 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 trụ
nằm 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.
Trang 15
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 rất
cao.
b) Vùng quá nhiệt : kim loại cơ bản bị nung nóng từ 1100
0
C 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 900

0
C đến 1100
0
C. Tổ chức gồm những hạt
ferit 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 720
0
C ÷ 900
0
C.
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.
Hình 5: Vùng ảnh hưởng nhiệt
e) Vùng kết tinh lại hoàn toàn (vùng hóa già) : kim loại bị nung nóng từ 500
0
C÷700
0
C. Kim
loại qua biến dạng dẻo được kết tinh lại hoàn toàn, tổ chức kim loại đồng đều, cơ tính tốt.
f) Vùng giòn xanh : kim loại bị nung nóng từ 100
0
C ÷ 500
0
C. Tính chất kim loại vùng này nói
chung không có gì thay đổi, nhưng ở nhiệt độ 400
0
C ÷ 500
0
C ôxy và nitơ có khả năng khuếch tán
vào, do vậy độ dẻo giảm đi một ít.

Kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt phụ thuộc vào phương pháp hàn, chế độ hàn, thành phần
hóa học cũng như tính chất lý nhiệt của kim loại. Công suất của hồ quang hoặc ngọn lửa hàn khí
càng lớn thì kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt càng tăng. Ngược lại, tăng vận tốc hàn (giữ nguyên
công 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:
Trang 16
Tính hàn dùng để chỉ mức độ dễ hàn hay khó hàn đối với một vật liệu cơ bản nào đó, nó là tổ
hợp các tính chất của kim loại hay hợp kim cho phép nhận được liên kết hàn có chất lượng thỏa
mãn 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 phương
pháp hàn khác nhau, chế độ hàn điều chỉnh được trong phạm vi rộng, không cần sử dụng các biện
pháp công nghệ phức tạp (như nung nóng sơ bộ, nhiệt luyện sau khi hàn, …) mà vẫn đảm bảo nhận
được mối hàn có chất lượng theo yêu cầu. Thép các bon thấp và phần lớn thép hợp kim thấp đều
thuộc nhóm này.
- Vật liệu có tính hàn thỏa mãn : gồm các loại vật liệu chỉ thích hợp với một số phương pháp
hàn nhất định, các thông số của chế độ hàn chỉ có thể dao động trong phạm vi hẹp, yêu cầu về vật
liệu 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, thép
các 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 sử
dụng 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 các
loại khuyết tật làm giảm chất lượng kết cấu hàn. Thép các bon cao và thép hợp kim cao thuộc nhóm
này.

- Vật liệu có tính hàn xấu : phải hàn bằng các công nghệ phức tạp, tốn kém. Tổ chức kim loại
mối hàn xấu, dễ bị nứt nóng và nứt nguội, do đó cơ tính và khả năng làm việc thấp hơn kim loại cơ
bản. 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 công
nghệ hàn bình 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.
Căn cứ vào tính hàn của các loại vật liệu của kết cấu hàn hiện nay có thể chia thành 4 nhóm
sau:
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 bình
thường, không phải sử dụng biện pháp công nghệ đặc biệt( như nung nóng sơ bộ). Những vật liệu
này sau khi hàn tạo thành mối hàn có cơ tính cao, có thể hàn chúng trong mọi điều kiện: thép hợp
kim 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 nhất
định. 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 và
phức tạp . Đó là thép cacbon cao, thep họp kim cao,thép đặc biệt: thép chịu nhiệt, thép chịu mài
mòn, thép chống gỉ.
Nhóm 4: Vật liệu không có tính hàn:
Đây là vât liệu không thể tạo thành mối hàn thỏa mãn yêu cầu, kể cả khi sủ lý bằng các biện
pháp công nghẹ đặc biệt. Khi hàn các vật liệu này thì thường có khuyết tật như: nứt, rỗ…
b) Đánh giá tính hàn của thép:
Trang 17
Các chỉ tiêu đánh giá :
- Hàm lượng cácbon tương đương C

E
: đặc trưng cho tính chất của vật liệu, biểu hiện tính
hàn của nó. Đối với thép cácbon thấp và thép hợp kim thấp :
.
213154556
PCuNiMoVCrMn
CC
E
+++++++=
Trong đó C, Mn, Cr, … là hàm lượng các nguyên tố hợp kim trong thép (%).
Trong công thức trên, Cu và P chỉ tính khi Cu > 0,5% và P > 0,05%.
Nếu C
E
< 0,45% : thép không cần nung nóng sơ bộ trước khi hàn.
Nếu C
E
≥ 0,45% : phải nung nóng sơ bộ trước khi hàn. Hàm lượng C
E
càng lớn thì nhiệt độ
nung nóng sơ bộ càng cao. Với thép có chiều dầy S = (6-8)mm thì chỉ cần nung nóng sơ bộ trước
khi C
E
> 0,55%.
- Thông số đánh giá nứt nóng Hcs : với thép cácbon trung bình và hợp kim trung bình có thể
xác định bằng công thức :
VMoCrMn
NiSi
SPC
Hcs
+++







+++
=
3
10
10025
3
Trong đó : C, S, P, là thành phần hóa học của các nguyên tố có trong thép. Khi Hcs ≥ 4,
thép có khuynh hướng tạo nứt nóng.
- Thông số đánh giá nứt nguội P
L
: là thông số biểu thị sự ảnh hưởng của các nguyên tố hợp
kim tới sự hình thành nứt nguội, công thức tính :
[ ]
%
10.4060
4
K
S
H
PP
D
CML
++=
P

CM
là thông số biểu thị sự biến dòn của vùng ảnh hưởng nhiệt.
Đối với thép hợp kim thấp :
P
CM
=
.
15
5
10602030
Mo
B
VNiCuCrMnSi
C ++++
++
++
Trong đó K : hệ số.
H
D
: hàm lượng hiđrô có trong kim loại (ml/100g).
Khi P
L
≥ 0,286 thì thép có khuynh hướng tạo nứt nguội.
- Xác định nhiệt độ nung nóng sơ bộ T
P
: Đối với thép cacbon trung bình và cao, cũng như thép
họp kim thường phải nung nóng sơ bộ trước khi hàn. Khi thép phải nung nóng sơ bộ, có thể tính
nhiệt độ nung nóng sơ bộ theo hàm lượng các bon tương đương toàn phần :
P
X

E
CCC +=
X
C
: đương lượng hóa học cácbon.
P
C
: đương lượng có thứ nguyên của cácbon.
Trang 18
25,0.350
).005,01(
005,0
.28204040360360
−=
+=
=
++++=
EP
X
E
XP
X
CT
SCC
CSC
MoNiCrMnCC
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 ảnh
hưởng nhiệt

2. Nung sơ bộ làm giãm chênh lệch nhiệt độ ở các khu vực xung quanh vùng hàn , do đó làm
giãm 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 ra
lãng phí và biến dạng kết cấu , nung quá thấp sẽ không cải thiện được tính hàn như mong muốn
Ngòai ra còn phải chú ý đến việc giữ nhiệt giữa các lớp hàn để bảo đảm tính hàn được cải thiện
triệt để .
4. Nung sơ bộ giúp cho quá trình thóat khi hydro khỏi vùng hàn được tăng cường , kết quả là
nguy 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 hàn
không được tuân thủ . Các khuyết tật đó bao gồm :
- Thiếu chảy , chồng mép
- Thiếu ngấu
- Nứt khi đông rắn
- Bọt khí
- Ngậm xỉ
Các khuyết tật trên hầu hết là do quá trình chuẩn bị mối hàn quá cẩu thả . Mặt khác , các giám
sát hàn và thợ hàn đôi khi xem nhẹ tác động của nguyên công gá đặt và hàn đính . Kết quả là quá
trình hàn không được thực hiện suôn sẽ , và trong nhiều trường hợp dẫn đến chất lượng hàn quá
kém.
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.
Trang 19
CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA KIM LOẠI HỌC MỐI HÀN
1. TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM:

Khi sử dụng, chế tạo đối với vật liệu là kim loại hay hợp kim cần phải nắm được các tính chất
của 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 công
nghệ.
1.1 Cơ tính :
Là những đặc trưng cơ học biểu thị khả năng cuả kim loại hay hợp kim chịu được tác động của
các 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 qua
vật nén. Nếu cùng một giá trị lực nén mà vết lõm biến dạng trên mẫu thử càng lớn, càng sâu thì độ
cứng 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 = .100%
Với : L
1
: Chiều dài mẫu thử sau khi kéo.
L
0
: Chiều dài mẫu thử lúc ban đầu.
Vật liệu có độ dãn dài δ càng lớn thì càng dẻo và ngược lại.
d. Độ dai va chạm:
Là khả năng chịu đựng của vật liệu bởi các tải trọng tác dụng đột ngột ( tải trọng va đập ) mà
không bị phá hủy trong quá trình làm việc.
1.2. Lý tính :
Là tính chất của kim lọai thể hiện qua các hiện tượng vật lý khi thành phần hóa học không thay
đổi.

Lý tính cơ bản của kim lọai gồm có : khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính dãn nở, tính
dẫn nhiệt, tính dẫn điện và từ tính.
a. Khối lượng riêng:
Là khối lượng của 1cm
3
vật chất. Nếu gọi m là khối lượng của vật chất, V là thể tích của vật
chất và γ là khối lượng riêng vật chất ta có :
γ = ( gr/cm
3
)
b. Nhiệt độ nóng chảy:
Là nhiệt độ làm cho kim loại biến từ thể rắn sang thể lỏng. Điểm nhiệt độ ứng với thời điểm
kim lọai chuyển từ thể đặc sang lỏng hoàn toàn gọi là điểm nóng chảy, nó có ý nghĩa quan trọng
trong công nghệ đúc và hàn. Ví dụ điểm nóng chảy của gang là 1130
0
÷ 1350
0
C .
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 nở
theo 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 nóng hay làm lạnh. Độ dẫn nhiệt của các kim
loại và hợp kim không giống nhau. Độ dẫn nhiệt của kim loại đen như gang, thép kém xa so với
kim loại màu như Cu, Al…
Trang 20
e. Tính dẫn điện :

Là khả năng truyền giòng điện của kim loại. Kim loại có tính dẫn điện tốt thì dẫn nhiệt tốt và
ngược lại.
f. Tính nhiễm từ :
Là khả năng kim loại bị từ hố ( dẫn từ ) sau khi được đặt trong 1 từ trường. Sắt và hầu hết các
hợp kim của sắt đều có tính nhiễm từ.
1.3. Hố tính :
Là độ bền của kim loại đối với những tác dụng hố học của các chất khác như : oxy, H
2
O , acid
… mà khơng bị phá hủy.
a. Tính chịu ăn mòn :
Là độ bền của kim loại đối với sự ăn mòn của mơi trường xung quanh.
b. Tính chịu nhiệt :
Là độ bền của kim loại đối với sự ăn mòn của oxy trong khơng khí hay của 1 vài thể lỏng hoặc
thể khí ở nhiệt độ cao.
c. Tính chịu acid :
Là độ bền của kim loại đối với sự ăn mòn của acid.
1.4. Tính cơng nghệ :
Là khả năng thay đổi trạng thái kim loại hay hợp kim trên cơ sở các tính chất của kim loại.
a. Tính đúc :
Đặc trưng bởi độ chảy lỗng, độ co và tính thiên tích. Độ chảy lỗng càng cao tính đúc càng
tốt, biểu thị bằng khả năng điền đầy khn của kim loại khi chảy lỗng. Độ co càng lớn thì tính đúc
càng kém.
b. Tính rèn :
Là khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại khi chịu tác dụng của ngoại lực để tạo thành hình
dạng của chi tiết mà khơng bị phá hủy.
c. Tính hàn :
Là khả năng tạo thành sự liên kết giữa các phần tử hàn khi được nung nóng chỗ hàn đến trạng
thái chảy hay dẻo.
d. Tính cắt gọt :

Là khả năng kim loại cắt gọt dễ hay khó.
2. CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VÀ HP 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 một
trật tự riêng dưới dạng hình học xác đònh, 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 nhỏ
nhất của mạng gọi là ô cơ bản. Các kiểu mạng thường gặp tương ứng có các ô cơ bản như : lập
phương diện tâm, lập phương thể tâm và lục phương dầy đặc.
2.2 Sự biến đổi mạng tinh thể của kim loại :
Trang 21
Khả năng mà kim loại có thể thay đổi hình dáng mạng tinh thể theo nhiệt độ cả về cấu tạo và
tính 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 có
dạng chung như biểu đồ. Mỗi kim loại có giá trị nhiệt độ kết tinh xác định ( t
0
kt
)
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 giá trị độ bền kim loại được xác định bằng σ theo công thức:
σ =
Trong đó :

• P lực bị kéo lớn nhất lúc ứng với lúc mẫu bị thắt ( N ).
• F
0
diện tích tại chỗ bị thắt( mm
2
).
3.2. Đánh giá độ cứng :
Mỗi kim loại và hợp kim khác nhau sẽ có độ cứng khác nhau. Độ cứng của kim loại hay hợp
kim là khả năng chống lại sự lún bề mặt tại chỗ ta ấn vào một vật cứng hơn.
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 và
thép chưa tôi cứng.
Độ cứng Brinell cho kết quả không chính xác khi khảo sát vùng ảnh hưởng nhiệt. Vì vậy được
dùng 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.
Độ cứng Brinell: HB [kG/mm
2
].

Trang 22
Trong đó :
• P là lực ép (P = 300D
2
đối với thép C thấp và gang; P= 100D
2
đối với đồng và hợp kim
đồng – đơn vị Kg)

• D là đường kính viên bi (mm)
• d là đường kính vết lõm trên bề mặt vật
thử ( mm )
• F là diện tích mặt chỏm cầu vết lõm
( mm
2
)
b. Phương pháp Roockwell : Là dùng mũi
nhọn kim cương có góc ở đỉnh 120
0
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 120
0
(thang C hoặc A) lên bề mặt vật
liệu thử.
Tải trọng tác dụng 2 lần:
o Tải trọng sơ bộ P
0
= 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 chóp đáy vuông, có góc giữa 2
mặt đối xứng là 136

0
ấn lên bề mặt vật thử với tải trọng P từ 5 đến 120 kg. Độ cứng Víckers được
ký hiệu là HV ( kg/ mm
2
)sử dụng cho cả vật liệu mềm và cứng.
HV= 18544.
Trong đó :
• P là tải trọng ( Kg )
• F là đường chéo vết lõm. (mm)
Trang 23
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 bò phá hỏng do các lực va
đập dù là lực đó không lớn lắm. Do đó để xem xét các tính chất cơ học của vật liệu 1 cách toàn
diện, ngoài việc xét các tính năng của nó trong trạng thái tải trọng tónh, ta còn phải xét đến tính
năng 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 trên
mẫu thử. Đồng hồ của máy sẽ chỉ giá trò va đập làm hỏng mẫu.
a
k = (Nm/mm
2
)
Trong đó
• A là công phá hỏng mẫu ( Nm )
• F là diện tích mặt cắt ngang chỗ xẻ rãnh (mm
2
)
Trang 24

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 giữa
điện 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
gọi với tên hàn Argon hoặc WIG (
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 đường
kính 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 + H
2
.
Trang 25