III.(5) Công nghệ hàn trong khí bảo vệ và môi trường khí hậu

Ảnh huởng của môi trường khí hậu đến chất lượng quá trình công nghệ hàn trong khí bảo vệ (CNH TKBV). Nghiên cứu thực nghiệm hàn với sự ảnh hưởng của môi trường trong những điều kiện khác nhau.

CÔNG NGHỆ HÀN TRONG KHÍ BẢO VỆ VÀ MÔI TRƯỜNG KHÍ HẬU

Phan Miêng
Lê Quốc Việt

Trên cơ sở kết quả thực nghiệm, rút ra kết luận và giải pháp công nghệ nhằm hạn chế ảnh hưởng xấu của điều kiện môi trường khí hậu đến chất lượng quá trình công nghệ hàn trong khí bảo vệ.

- Các phương pháp công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ nói chung đều chịu sự ảnh hưởng của môi trường khí hậu [1,2]. Tìm hiểu cơ chế và mức độ gây ảnh hưởng để từ đó xác định giải pháp khắc phục là mục tiêu nghiên cứu của mảng đề tài chuyên ngành này [1,2,3]. Các nước phát triển nhất là CHLB Nga, Ucraina, Mỹ, Nhật,... luôn quan tâm đúng mức vấn đề này.

- Ở nước ta trong những năm qua đã nghiên cứu ứng dụng một số phương pháp công nghệ hàn - CNH TKBV. Nhưng nghiên cứu về ảnh hưởng của môi trường khí hậu nơi hàn thì gần đây mới được Viện Khoa học Công nghệ GTVT phối hợp với Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tiến hành.

- Đối với các phương pháp Công nghệ hàn trong khí bảo vệ., thực tế khí quyển của hồ quang hàn và bể hàn luôn bị ô nhiễm bởi một phần không khí bên ngoài xâm thực vào. (Xem H.1)

- Quan hệ kích thước vùng phủ khí bảo vệ D_p và kích thước bể hàn có thể được xác định dựa trên cơ sở lý thuyết hàn:

Trong đó:

L_bh : Chiều dài bể hàn

U_h : Điện áp hồ quang hàn

I_h : Cường độ dòng điện hàn

T_nc : Nhiệt độ nóng chảy kim loại liên kết hàn (KLLKH)

l : Hệ số truyền nhiệt trong KLLKH

g : Khối lượng riêng của KLLKH

S : Chiều dày vật hàn

V_h : Vận tốc hàn

- Trên thực tế D_p còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác. Kết quả nghiên cứu của [5] đã đưa ra biểu thức tính D_pg phụ thuộc vào nhiều đại lượng vật lý khác nhau.

- Trong trường hợp hàn có gió, lỗi thế năng của cột khí bảo vệ bị xô lệch đi một khoảng cách e. Khi đó đường kính vùng phủ phải có kích thước:

D_pg = D_p + e                                 (2)

- Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, độ lớn của e phụ thuộc vào tốc độ gió, tính chất của gió, độ ẩm không khí và độ tinh khiết của khí bảo vệ. [5]

- Ở nước ta, không khí có độ ẩm cao, gió mang đặc tính của vùng ven, tần suất giật cao. Đó là đặc trưng khí hậu xấu đối với CNH TKBV [3]. Bởi vậy việc nghiên cứu, khảo sát thực nghiệm cần phải tiến hành trong các điều kiện phù hợp với thực tế sản xuất.

Hàm lượng không khí bên ngoài thâm nhập vào vùng hàn

- Các loạt thí nghiệm của chúng tôi tiến hành trong điều kiện thời tiết có độ ẩm 86%, sử dụng máy tạo gió PHYCATEX Physik 18, đồng hồ đo gió ARI-20, máy hàn Panasonic Xs-350, dùng chụp súng f = 20mm, dây hàn Ha-08 Mn2Si với f = 1,2mm, hàn trong khí CO₂ của nhà máy phân đạm Hà Bắc, máy đo và tự động ghi nhiệt độ PHILIPS = 8252A và các trang thiết bị thí nghiệm sức bền vật liệu chuyên dùng khác. Kích thước vùng phủ khí bảo vệ xác định (1), (2).

- Sau khi phân tích số liệu thí nghiệm, có được những kết luận về sự ảnh hưởng của gió đối với: trường nhiệt hàn, công suất hàn, chất lượng liên kết hàn, sự ổn định của hồ quang hàn.

- Kết quả nghiên cứu đã khẳng định sự ảnh hưởng đáng kể của môi trường khí hậu theo hai hướng: làm tăng khuyết tật của KL LKH và giảm sự ổn định của quá trình cháy hồ quang hàn. Điều đó hoàn toàn có thể giải thích được dựa trên nguyên lý quá trình luyện kim mối hàn và các hiện tượng vật lý đã biết diễn ra trong quá trình cháy hồ quang hàn.

- Khi hàn có gió, lượng hơi nước và các tạp chất trong vùng khí quyển hồ quang hàn và bể hàn tăng lên. Ở nhiệt độ cao xấp xỉ 3000°C, không khí và các tạp chất bị phân ly và xâm nhập vào kim loại mối hàn. Các phân tử và nguyên tử á kim tiếp xúc với bề mặt giọt kim loại lỏng, hoạt động vủa chúng làm phá vỡ bờ ngăn để xâm thực vào giọt kim loại lỏng. Một số lượng nhất định các phần tử này tồn tại trong kim loại mối hàn ở dạng không liên kết, tạo thành các khuyết tật tụ vất chất phi kim. Quá trình các iôn, nguyên tử phá vỡ bờ ngăn của giọt kim loại lỏng làm thay đổi đột ngột các đại lượng vật lý của hồ quang hàn và giọt kim loại lỏng. Kết quả, giọt kim loại lỏng dễ bị vỡ tung ra, ta nghe tiếng nổ và thấy giọt kim loại lỏng bắn ra ngoài bể hàn. Liền đó độ dài hồ quang bị thay đổi đột ngột; sau tiếng nổ nhiều khi hồ quang hàn bị tắt.

- Phân tích kết quả kiểm tra chất lượng liên kết hàn: giới hạn chảy, giới hạn phá hủy, thành phần hóa học kim loại mối hàn, có thể rút ra một số kết luận về kích thước vùng khí bảo vệ; về giải pháp công nghệ hạn chế ảnh hưởng của môi trường khí hậu.

Kết luận:

1. Môi trường khí hậu nơi hàn có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng quá trình hàn, nhất là khi hàn có gió, và độ ẩm cao.

2. Độ ẩm trong không khí không những làm tăng khuyết tật trong kim loại mối hàn, mà còn làm mất tính ổn định của quá trình cháy hồ quang hàn.

3. Kích thước vùng phủ khí bảo vệ trong mối quan hệ với lưu lượng khí ta có thể áp dụng theo [5], nhưng với Q₀ = 10 lít/phút. Thực nghiệm cũng cho thấy: không nên tiến hành hàn trong điều kiện gió V_g ≥ 1m/s, đặc biệt khi hàn các thép khó hàn và kim loại màu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Bezbak D. K. Svakana otkrưtưch plasadkach v sudostroenhji i sudoremontie. L. Sudostroenie. 1994.

2. David Olson, Ray Dixon và ctg. Welding Theory and Practice. Noth Holand – Amsterdam – Oxford – New York – Tokyo. 1990.

3. HOÀNG TÙNG, PHAN MIÊNG, NGUYỄN VĂN HÒA – Trường nhiệt hàn trong CO₂ và môi trường khí hậu. Tuyển tập công trình khoa học, 40 năm Trường Đại học BKHN – Hà Nội, 1996.

4. PHAN MIÊNG – Nghiên cứu CNH CO₂ ... để hàn thép hợp kim thấp – Hà Nội, 1996.

5. Krustaleva I. E. Rastret minimalno dopustimogo rashkhotda zasitnogo gaza pri dugovoisvarkie.

Người viết : Lê Quốc Việt