- Phân loại các phơng pháp hàn Tổ chức kim loại mối hàn và vùng phụ cận

Chơng 3 Hàn và cắt kim loại 3.1 Khái niệm chung
3.1.1 Khái niệm Hàn là một quá trình nối liền các chi tiết lại với nhau thành một khối không thể tháo
rời đợc bằng cách :
Nung chúng đến trạng thái nóng chảy nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại đó sau đó kết tinh lại tạo thành mối hàn gọi là hàn nóng chảy
Có thể nung đến trạng thái dẻo nhiệt độ nung nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy hoặc có thể không nung đối với các kim loại có tính dẻo cao rồi dùng áp lực lớn ép
chúng dính chắc vào nhau tạo nen mối hàn gọi là hàn áp lực. Có thể dùng kim loại trung gian nóng chảy rồi nhờ sự hoà tan, khuyết tán kim loại
hàn vào vật hàn mà tạo nên mối ghép gọi là hàn vảy. Hiện nay còn có thể dùng keo để dán các chi tiết lại với nhau để tạo nên các mối nối ghép
ứng dụng : Hàn đóng một vai trò quan trọng trong chế tạo và sửa chữa các laọi máy móc và
các kết cấu từ các loại vật liệu khác nhau. 3.1.2 Đặc điểm của hàn kim loại u và nhợc điểm :
Tiết kiệm kim loại:
So với tán ri vê: Tiết kiệm khoảng từ 10 - 15 kim loại do không có phần đầu đinh tan, không cần mất kim loại lổ khoan, phần kim loại bị chông lên nhau
Hình 3-1 So sánh mối ghép nối hàn và tán rivê So với đúc kim loại tiết kiệm khoảng tõ 30 - 50 do kh«ng cã hƯ thèng đậu
hơi, đậu ngót và hệ thống rót; chiều dày vật đúc thờng lớn hơn,... Tiết kiệm kim lo¹i hiÕm : vÝ dơ khi chÕ t¹o dao tiƯn ta chỉ cần dùng thép hợp
kim làm mũi dao và hàn vào thân dao đợc chế tạo từ thép các bon thông thờng.
Hợp kim cứng
Hình 3- 2 Cấu tạo một dạng mũi dao tiện Chế tạo đợc thiết bị có độ bền cao, kín, chịu áp lực,
Giảm thời gian chế tạo, giảm giá thành chế tạo Thiết bị hàn nói chung đơn giản trong vận hành, giá rẻ,...
Nhợc điểm :Tổ chức kim loại vùng mối hàn và gần mối hàn không đồng nhÊt, chøa nhiỊu khut tËt, dƠ sinh øng st nhiƯt gây nên ứg suất và biến dạng cho kết cấu hàn.

3.1.3 - Phân loại các phơng pháp hàn

Dựa vào trạng thái nhiệt độ kim loại vùng mối hàn , ngời ta phân loại hàn ra các nhóm chính sau đây :
97
Nhóm các phơng pháp hàn nóng chảy Nhóm các phơng pháp hàn áp lực
Hàn vảy, dán kim loại Hiện nay có khoảng trên 100 phơng pháp hàn. Sơ đồ phân loại các phơng pháp
hàn chính:
Hàn nóng chảy
98
Hàn hồ quang điện
Hàn hồ quang tay Hàn
hồ quang
tự động
Hàn h.quang
bán t.
động
Hàn kim loại Hàn khí
Hàn bằng nguồn năng lợng tập trung cao
Chùm tia điện tử Chùm tia Laser
Hồ quang
plasma
Hàn điện xỷ Hàn
áp lực
Hàn tiếp xúc Hàn điện tiếp xúc giáp mối
Hàn điện tiếp xúc điểm Hàn điện tiếp xúc đờng
Hàn nổ Hàn siêu âm
Hàn ma sát Hàn khuyếch tán
Hàn vảy và dán kim loại
Hình 3-3 Sơ đồ phân loại các phơng pháp hàn

3.1.3. Tổ chức kim loại mối hàn và vùng phụ cận

Sau khi hàn, kim loại lỏng ở vũng hàn sẽ nguội và kết tinh tạo thành mối hàn. Do ảnh hởng của tác dụng nhiệt nên có sự thay đổi tổ chức và tính chất của vùng mối
hàn. Quan sát tổ chức kim loại vùng mối hàn hình chữ V có thể phân biệt ba vùng khác nhau: vùng vũng hàn 1, vùng viền chảy 2 và vùng ảnh hởng nhiệt 3.
a Vùng mối hàn
Trong vùng này, kim loại nóng chảy hoàn toàn, thành phần bao gồm cả kim loại vật hàn và kim loại bổ sung từ ngoài vào, ở lớp biên có hạt nhỏ mịn, lớp tiếp theo có
hạt hình nhánh cây kéo dài và vùng tâm có hạt lớn và có lẫn chất phi kim xĩ v.v....
99
Vùng KL kết tinh có độ hạt nhỏ
Vùng KL kết tinh có độ hạt lớn
Vùng KL chảy không hoàn toàn
Viền chảy Phần phi kim
Hình 3 -4 Sơ đồ cấu tạo và tổ chứcvùng mối hàn b Vùng viền chảy
Trong vùng này kim loại nóng chảy không hoàn toàn, do sù thÈm thÊu qua l¹i cđa kim lo¹i vïng vòng hàn và kim loại vật hàn nên vùng này có thành phần trung
gian giữa kim loại vũng hàn và kim loại vật hàn. Chiều dày của vùng này rất hẹp. c Vïng ¶nh h−ëng nhiƯt
Vïng ch¶y
1 2 3 4 5 6 Vùng chảy không ho n to n
Vùng quá nhiệt Vùng thờng hóa
Vùng kết lại không hoàn toàn
Vùng kết tinh lại hoàn toàn
Vùng dòn
xanh C
1500 1100
2 1
3
800 700
4 5
500
6
C 0 1 2
Hình 3- 5 Tổ chức kim loại vùng cận mối hàn Kim loại vật hàn trong vùng này bị nung nóng sau đó nguội cùng mối hàn. Do
ảnh hởng của nung nóng và làm nguội, tổ chức kim loại trong vùng này thay đổi, dẫn đến cơ lý tính thay đổi theo. Tuỳ thuộc vật liệu hàn, nhiệt độ nung nóng, trong
vùng này có thể nhận đợc nhiều tổ chức khác nhau.
Xét trờng hợp khi hàn thép các bon, tổ chức của vùng ảnh hởng nhiệt có thể chia thành năm miền từ lớp giáp với viền chảy :
Miền quá nhiệt 2 sát với viền chảy, có nhiệt độ trên 1100
C kim loại bị quá nhiệt mạnh, các hạt ôstenit bắt đầu phát triển mạnh, vùng này có hạt rất lớn có độ dai va
chạm và tính dẻo kém, độ bền thấp và tính dòn cao lµ miỊn u nhÊt cđa vËt hµn. MiỊn th−êng hóa 3 là miền có nhiệt độ 900
ữ 1100 C, kim loại có tổ chức có các
hạt ferit nhỏ và một số hạt peclit, nó có cơ tính rất cao.
Miền kết tinh lại không hoàn toàn 4 là miền có nhiệt độ 720
ữ 900 C có tổ chức
hạt lớn của pherit lẫn với hạt ôstenit nhỏ, vì thế cơ tính không đều. Miền kết tinh lại 5 là miền có nhiệt độ 500
ữ 700 C. Miền này tổ chức giống tổ chức
kim loại vật hàn, nhng ở nhiệt độ này là nhiệt độ biến mềm làm mất hiện tợng biến cứng, các sai lệch mạng đợc khắc phục, độ dẻo kim loại phục hồi. e. Miền dòn xanh
6: là miỊn cã nhiƯt ®é 500 C tỉ chøc kim loại trong vùng này hoàn toàn giống với tổ
chức ban đầu nhng do ảnh hởng nhiệt nên tồn tại ứng suất d nên khi thử mẫu hàn, miền này thờng bị đứt.
Vùng ảnh hởng nhiệt có chiều rộng thay đổi t thc rÊt lín vµo chiỊu dµy vËt hµn, ngn nhiệt hàn, điều kiện thoát nhiệt khỏi vùng hàn.
3.2 Hàn hồ quang 3.2.1 Hồ quang hàn
Hiện tợng hồ quang điện đợc phát minh từ năm 1802, nhng mãi tới năm 1882 mới đợc đua vào ứng dụng để nung chảy kim loại. Nguồn nhiệt của hồ quang
điện này đợc ứng dụng để hàn kim loại và phơng pháp nối ghép này đợc gọi là hàn hồ quang.
Hồ quang là sự phóng điện giữa 2 điện cực có điện áp ở trong môi trờng khí hoặc hơi. Hồ quang điện đợc ứng dụng để hàn gọi là hồ quang hàn.

3.2.2 Sơ đồ sự tạo thành hồ quang hàn: