Metallurgical Processes in Welding

Hàn là một quá trình luyện kim phức tạp liên quan đến các tương tác vật lý và hóa học khác nhau ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của kim loại. Hiểu các quy trình này là điều cần thiết để cải thiện chất lượng và hiệu suất mối hàn.

Các hiện tượng luyện kim chính

1. Nóng chảy và đông đặc:
   • Giai đoạn đầu của quá trình hàn liên quan đến việc nấu chảy kim loại cơ bản và vật liệu độn, sau đó là đông đặc khi bể nóng chảy nguội đi. Quá trình này có thể dẫn đến các cấu trúc vi mô khác nhau tùy thuộc vào tốc độ làm mát và thành phần
2. Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ):
   • HAZ là khu vực tiếp giáp với mối hàn trải qua các chu kỳ nhiệt ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô của nó mà không bị nóng chảy. Mức độ của HAZ bị ảnh hưởng bởi nhiệt đầu vào, có thể làm thay đổi các tính chất cơ học như độ cứng và độ dẻo
3. Chuyển đổi pha:
   • Khi nhiệt độ dao động trong quá trình hàn, kim loại có thể trải qua sự thay đổi pha (ví dụ: từ austenit sang martensite trong thép). Những biến đổi này rất quan trọng trong việc xác định cấu trúc vi mô cuối cùng và tính chất của mối hàn
4. Tạo mầm và tăng trưởng:
   • Trong quá trình làm mát, các pha mới có thể tạo nhân và phát triển trong bể hàn đông đặc, ảnh hưởng đến kích thước và phân bố hạt, rất quan trọng đối với độ bền cơ học
5. Phân tách và khuếch tán:
   • Các nguyên tố có thể tách ra ở ranh giới hạt trong quá trình đông đặc, ảnh hưởng đến các đặc tính như chống ăn mòn và độ dẻo dai. Quá trình khuếch tán cũng có thể xảy ra, trong đó các nguyên tố hợp kim di chuyển trong kim loại nóng chảy hoặc rắn
6. Precipitation:
   • Quá trình làm cứng kết tủa có thể xảy ra nếu một số nguyên tố hợp kim tạo thành các hạt mịn trong ma trận trong quá trình làm mát, tăng cường độ bền
7. Kết tinh lại và phát triển hạt:
   • Xử lý nhiệt sau hàn có thể gây ra quá trình kết tinh lại, tinh chỉnh cấu trúc hạt, trong khi nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến sự phát triển hạt không mong muốn
8. Phản ứng oxy hóa và khúc:
   • Hàn thường liên quan đến các phản ứng với khí quyển (như oxy), có thể dẫn đến quá trình oxy hóa kim loại nóng chảy, ảnh hưởng xấu đến chất lượng mối hàn. Các biện pháp bảo vệ như khí bảo vệ được sử dụng để giảm thiểu những tác động này

Các yếu tố ảnh hưởng đến luyện kim hàn

• Nhiệt đầu vào: Lượng nhiệt tác dụng trong quá trình hàn ảnh hưởng trực tiếp đến sự thay đổi cấu trúc vi mô. Đầu vào nhiệt cao hơn có thể dẫn đến HAZ lớn hơn và biến đổi pha khác nhau so với đầu vào thấp hơn
• Tốc độ làm mát: Tốc độ làm mát nhanh thường dẫn đến các cấu trúc cứng hơn nhưng giòn hơn, trong khi tốc độ chậm hơn cho phép các cấu trúc vi mô dẻo hơn
• Kỹ thuật hàn: Các phương pháp khác nhau (ví dụ: MIG, TIG, hàn hồ quang) tạo ra các cấu hình nhiệt và tốc độ làm mát khác nhau, ảnh hưởng đáng kể đến kết quả luyện kim

Kết luận

Các quá trình luyện kim xảy ra trong quá trình hàn là rất quan trọng để xác định tính chất cơ học của mối hàn. Hiểu các quy trình này cho phép kiểm soát tốt hơn chất lượng mối hàn thông qua việc lựa chọn vật liệu, kỹ thuật hàn và thông số thích hợp. Bằng cách tối ưu hóa các yếu tố này, các kỹ sư có thể nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của kết cấu hàn trong các ngành công nghiệp khác nhau như ô tô, hàng không vũ trụ và xây dựng.