Tìm hiểu quá trình hàn CO2 và dây hàn CO2

Sự cháy mạnh liệt các phần tử có ái lực hoá học với oxy (C, Mn, Si, Al, Ti, ….) là đặc trưng hóa-lý  cơ  bản  của quá trình hàn trong CO₂. Quá trình hóa-lý  diễn ra dưới tác dụng nhiệt độ cao của hồ quang hàn (HQH), kim loại dây hàn CO₂ (DHCO2 )bị nóng chảy, với sự có mặt của các sản phẩm phân li khí CO₂ cũng như các chất khác kể cả oxy và oxít các bon. Trước hết là sự phân li CO₂:

              CO₂    <->    CO +1/2 O₂                                (1)

NB-E71T-1 Flux Cored Wire là dây hàn CO2  được sản xuất theo  AWS A5.20 E71T-1C; JIS T49J0T1-1 

Quá trình tương tác của khí bảo vệ với kim loại mối hàn (KLMH) diễn ra trong khoảng thời gian ngắn, nhưng ở nhiệt độ cao và diện tiếp xúc lớn, do đó dễ dàng diễn ra sự oxy hoá và khử oxy mãnh liệt theo thứ tự giảm dần đối với các nguyên tố: Al, Ti, Mn, Si… :

Fe + CO₂         <->   FeO + CO                                      (2)

 Fe + O          <->   FeO                                                (3)

 FeO + C        <->  Fe + CO                                         (4)

2FeO + Si     <->   2Fe + SiO₂                                     (5)

FeO + Mn     <->   Fe + MnO                                      (6)                               

Ngay lập tức sản phẩm của (5) và (6) kết hợp với nhau tạo thành phức chất:

            SiO₂   +   MnO   =   MnO. SiO₂                                 (7)

Dưới tác dụng nhiệt độ cao của môi trường HQH dễ dàng diễn ra:

            CO₂ + Me              <->     MeO +CO                          (8)

            ½ O₂ + Me             <->     MeO                                   (9)

 Trong đó Me là sắt hoặc các nguyên tố hợp kim (NTHK)  như Mn, Si, Ti…; MeO – là oxyt kim loại. Dioxyt các bon cũng trực tiếp oxy hoá sắt trong điều kiện ở nhiệt độ trên 1500⁰C. Còn các NTHK  do các nguyên tố á kim khác có mặt trong khí quyển hồ quang hàn (HQH) trực tiếp oxy hoá và tạo thành xỉ nằm trên bề mặt kim loại lỏng (KLL).  

KLMH bao gồm các thành phần kim loại anode – dây hàn CO₂ và katode – kim loại cơ bản (KLCB) hoà vào nhau. KLL trong vùng hàn CO₂  tiếp xúc và tương tác với khí bảo vệ (cũng như các thành phần khí khác trong môi trường xung quanh xâm nhập vào khí quyển HQH) tạo nên các oxyt. Hiện tượng này  đã dẫn đến sự hụt giảm  đáng kể các nguyên tử của các NTHK trong KLMH.

 Đối với quá trình hàn CO₂, hàm lượng của các NTHK của KLMH có thể được điều chỉnh  thông qua sự lựa chọn DH CO₂. Dưới tác dụng nhiệt độ cao của HQH, hàm lượng của các NTHK trong DH CO₂ bị cháy lớn hơn nhiều lần so với trong bể hàn và so với trong KLCB. Nhiệt độ của giọt KLL vào khoảng 2150⁰C – 2400⁰C. nhiệt độ của bể hàn vào khoảng 1700⁰C, nhiệt độ vùng tiếp xúc của khí và KLL bể hàn vào khoảng 2300⁰C. Do đó trong bể hàn mức độ hiệu ứng không đáng kể.

Sản phẩm của phản ứng (7) có khối lượng riêng nhẹ hơn sắt (2,5g/cm³) so với thép (7,85g/cm3) nên dễ dàng nổi lên trên bề mặt KLL. Khi chế độ năng lượng và các đại lượng công nghệ khác chưa đạt tới giá trị tối ưu, sẽ có một số hạt oxít không kịp nổi lên và tồn tại trong KLMH ở dạng kích thước khá lớn 5- 15mm. Hiện tượng này gọi là KLMH bị ngậm xỉ và làm cho sức bền vật liệu mối hàn bị giảm đáng kể. Loại xỉ này thường có hình cầu và hình chóp không đều. Khi hàm lượng Mn và Si trong KLMH tăng, tạp chất này từ dạng chóp chuyển sang dạng cầu và ít nguy hại hơn. Tuy nhiên hàm lượng Mn và Si trong KLMH chỉ được đưa vào (thông qua DH CO₂) ở một giới  hạn nhất định: Mn > 3 Si và Mn <7,5 C.

Như vậy, khác với các loại dây hàn khác,  dây hàn co2  nhất thiết phải chứa  một hàm lượng tối ưu các NTHK, mà cụ thể là Mn, Si, Ti, Al, ….C̣n DH CO₂ lõi thuốc, cácNTHK:  Mn, Si, Ti, Al, . . .phải được tính toán để đưa vào trong thuốc dưới dạng ferro hoặc kim loại đơn thuần.

Nguồn: Nahaviwel