Nghiên Cứu Công Nghệ Hàn Đắp Dưới Lớp Thuốc Bằng Điện Cực Băng Trên Thép Tấm

Phương pháp hàn đắp dưới lớp thuốc mang lại nhiều ưu điểm. Tiết kiệm kim loại, phục hồi chi tiết hỏng, tăng năng suất, và dễ tự động hóa. Lớp bề mặt thay đổi tính chất, có độ cứng cao, chống mài mòn. Tổ chức kim loại ổn định. Thành phần hóa học khác kim loại nền. Tuy nhiên, ứng suất dư có thể tồn tại sau hàn. Cấu trúc hàn không đồng nhất có thể gây khuyết tật gần mối hàn. Công nghệ này có vị trí quan trọng trong công nghệ chế tạo máy. Nó được sử dụng rộng rãi trong sửa chữa và phục hồi.

Hiện nay, có nhiều phương pháp hàn đắp được sử dụng. Hàn hồ quang tay (SMAW) phổ biến, thiết bị đơn giản, thao tác linh hoạt. Tuy nhiên, chất lượng hàn không cao. Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ (GMAW) cho năng suất và chất lượng cao hơn. Hàn dây lõi thuốc (FCAW) là bước phát triển mới, kết hợp ưu điểm của GMAW và SMAW. Hàn điện xỉ (ESW) áp dụng cho chi tiết dày, mối hàn chất lượng tốt. Hàn Plasma (PAW) cho nhiệt trung, tốc độ nóng chảy nhanh, thích hợp cho bề mặt mỏng. Theo tài liệu tham khảo, mỗi phương pháp có ưu điểm và hạn chế riêng, phù hợp với ứng dụng cụ thể.

Ứng suất dư là một vấn đề quan trọng trong hàn thép tấm. Nó có thể gây ra biến dạng, nứt, và giảm độ bền của mối hàn. Các yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất dư bao gồm phương pháp hàn, thông số hàn, trình tự hàn, và vật liệu. Để giảm thiểu ứng suất dư, có thể sử dụng các biện pháp như kiểm soát nhiệt độ đầu vào, sử dụng trình tự hàn đối xứng, và thực hiện nhiệt luyện sau hàn. Theo tài liệu, việc nhiệt luyện sau hàn (PWHT) là một phương pháp hiệu quả để giảm ứng suất dư và cải thiện tính chất cơ học của mối hàn.

Biến dạng hàn là sự thay đổi hình dạng của chi tiết do quá trình hàn. Nguyên nhân chính là sự co ngót của kim loại nóng chảy và sự phân bố nhiệt không đều. Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng hàn bao gồm phương pháp hàn, thông số hàn, trình tự hàn, và thiết kế mối hàn. Để giảm thiểu biến dạng hàn, có thể sử dụng các biện pháp như kẹp chặt chi tiết, sử dụng trình tự hàn hợp lý, và kiểm soát nhiệt độ đầu vào.

Việc lựa chọn điện cực băng và thuốc hàn phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng mối hàn. Điện cực băng cần có thành phần hóa học phù hợp với vật liệu nền và yêu cầu về tính chất cơ học của lớp đắp. Thuốc hàn cần có khả năng bảo vệ tốt, tạo xỉ dễ bong, và không gây ra các khuyết tật trong mối hàn. Các tiêu chuẩn hàn (ví dụ: AWS) cung cấp hướng dẫn chi tiết về lựa chọn vật liệu hàn.

Thông số dòng điện hàn, điện áp hàn, và tốc độ hàn có ảnh hưởng lớn đến chất lượng mối hàn. Dòng điện hàn ảnh hưởng đến độ ngấu, điện áp hàn ảnh hưởng đến hình dạng mối hàn, và tốc độ hàn ảnh hưởng đến năng lượng đầu vào. Việc tối ưu hóa các thông số này đòi hỏi sự cân bằng giữa độ ngấu, hình dạng mối hàn, và biến dạng. Các thí nghiệm và mô phỏng có thể được sử dụng để xác định các thông số tối ưu.

Phục hồi chi tiết máy là một ứng dụng quan trọng của hàn đắp điện cực băng. Các chi tiết bị mài mòn, ăn mòn, hoặc hư hỏng có thể được phục hồi bằng cách đắp thêm một lớp kim loại mới. Điều này giúp tiết kiệm chi phí thay thế và kéo dài tuổi thọ của chi tiết. Ví dụ, trục khuỷu của động cơ có thể được phục hồi bằng cách hàn đắp và gia công lại bề mặt.

Hàn đắp dưới lớp thuốc có thể được sử dụng để tạo ra lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn trên các bề mặt kim loại. Lớp phủ này có thể được làm từ các vật liệu chống ăn mòn như thép không gỉ hoặc hợp kim niken. Các ứng dụng bao gồm phủ lớp bảo vệ cho các đường ống dẫn hóa chất, bồn chứa, và các cấu trúc biển.

Thiết kế thí nghiệm bao gồm lựa chọn vật liệu, chuẩn bị mẫu, và xác định các thông số hàn cần nghiên cứu. Dữ liệu được thu thập bao gồm dòng điện, điện áp, tốc độ hàn, nhiệt độ, và kích thước mối hàn. Các phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) như siêu âm (UT), chụp ảnh phóng xạ (RT), kiểm tra thẩm thấu (PT), và kiểm tra từ tính (MT) được sử dụng để đánh giá chất lượng mối hàn.

Kết quả thí nghiệm được phân tích để xác định mối quan hệ giữa các thông số hàn và chất lượng mối hàn. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bao gồm độ ngấu, hình dạng mối hàn, độ cứng, độ bền kéo, và độ bền uốn. Phân tích thống kê được sử dụng để xác định các thông số hàn tối ưu. Nghiên cứu cần đánh giá tính chất cơ học mối hàn thông qua độ bền, thành phần hoá học và microsructure.

Hàn đắp dưới lớp thuốc bằng điện cực băng có tiềm năng phát triển lớn trong tương lai. Các nghiên cứu tập trung vào tối ưu hóa quy trình hàn, phát triển vật liệu hàn mới, và ứng dụng các kỹ thuật mô phỏng. Sự kết hợp giữa thí nghiệm và mô phỏng giúp giảm chi phí và thời gian nghiên cứu.

Nghiên cứu thêm về ứng dụng FEA trong mô phỏng quá trình hàn đắp. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố như môi trường hàn, thành phần hóa học vật liệu đến chất lượng lớp đắp. Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) trong điều khiển quá trình hàn để đạt chất lượng và năng suất cao hơn.