Hàn hồ quang Tập 44 Khí bảo vệ và cách xử lý nó (5) Chịu trách nhiệm: Ryuhei Takagi

Ngày 8 tháng 2 năm 2016

Các loại và lựa chọn khí bảo vệ (4)…Hàn thép tấm mạ kẽm và oxy dưới dạng khí hỗn hợp

 Vào cuối những năm 1980, hàn thép tấm mạ kẽm trở thành một vấn đề quan trọng đối với các nhà sản xuất ô tô. Tác giả lúc đó đang tham gia nghiên cứu về vật liệu hàn tại Daido Steel, đã hợp tác với các nhà nghiên cứu khác để phát triển dây từ để hàn tấm thép mạ kẽm, và tôi nhớ rằng lúc đầu chúng tôi loay hoay tìm kiếm vật liệu mà không có bất kỳ thông tin hay kiến ​​thức nào. Tuy nhiên, nhờ nỗ lực của toàn ngành, công nghệ này hiện nay gần như đã được áp dụng trong các lĩnh vực thép mạ kẽm, thiết bị hàn, dây điện, khí đốt và hàn xây dựng. Dây hàn được phân loại là YGW-14 và YGW-17 thích hợp cho việc mạ điện, và các khí ba chiều CO2, Ar+20%CO2 và Ar-CO2-O2 được sử dụng làm khí bảo vệ. Mặt khác, ngoài hàn CO2 và hàn MAG, hàn MAG xung thường được sử dụng làm phương pháp hàn. Một trong những tính chất vật lý của kẽm, như trong Hình 044-01, là điểm nóng chảy của nó thấp tới 419°C, vì vậy khi tiếp xúc với không khí ở trạng thái nóng chảy, nó sẽ phản ứng với O2 trong không khí và tạo thành oxit kẽm, đó là ZnO, xuất hiện dưới dạng bột màu trắng.

Tùy thuộc vào ứng dụng, có thể có trường hợp cần tránh bột ZnO màu trắng hình thành trên hạt phía sau, nhưng các biện pháp đối phó đã được thực hiện để tránh điều này bằng cách cho một lượng nhỏ CO2 chảy ra dưới dạng khí ngược. Mặt khác, kẽm có nhiệt độ sôi thấp 906°C, và trong giai đoạn nóng chảy và hóa rắn của thép, kẽm biến thành hơi và nhanh chóng nở ra về thể tích, dễ hình thành các lỗ phun xâm nhập trong bể nóng chảy. Hình 044-02 là đoạn trích từ bài báo của Hitoshi Matsui (Tạp chí Hiệp hội hàn Nhật Bản Tập 66 (1997) số 6) của Hitoshi Matsui, người lúc đó đang làm việc cho Tập đoàn ô tô Toyota và vẫn hoạt động cho đến ngày nay sau khi thành lập Viện nghiên cứu hàn linh kiện ô tô. Nó rất hữu ích vì nó thể hiện khái niệm về các bộ phận lớp mạ cho các mối hàn phi lê chồng lên nhau của các tấm thép mạ kẽm hai mặt.

Dùng nhiệt quá cao cho lớp mạ kẽm “B2” hoặc nấu chảy quá nhiều “B2” sẽ tạo ra quá nhiều hơi kẽm, dễ dẫn đến hiện tượng bắn tung tóe, tạo lỗ phun nước, rỗ. Khi một số lượng lớn nguồn hơi kẽm được tạo ra thì đã quá muộn để thực hiện các biện pháp ngăn chặn lỗ phun nước. Phải cẩn thận trước về vị trí hướng mỏ, góc ngắm, góc trước và sau của mỏ để tránh truyền quá nhiều nhiệt vào “B2.” Dựa trên những giả định này, người ta đã chứng minh rằng việc bổ sung khoảng 5% oxy vào khí bảo vệ để tạo ra oxit kẽm, có nhiệt độ thăng hoa cao hơn điểm nóng chảy của thép, là phương pháp hiệu quả để ngăn chặn hơi kẽm trong phần “B2”, và đây là lý do tại sao các khí ba nguyên trộn với oxy thường được sử dụng để hàn các tấm thép mạ kẽm. Mặt khác, vì oxy cũng có thể được cung cấp từ khí phân hủy CO2, nên một số người có thể nghĩ rằng không cần phải mất công trộn lẫn oxy.

Nói chung, dưới nhiệt độ cao của hồ quang, CO2 phân ly như sau.

 CO2 → CO + O

 Người ta cho rằng [O] được tạo ra ở đây ngay lập tức phản ứng với hơi kẽm để tạo thành oxit kẽm, nhưng trên thực tế, như đã thấy từ trường hợp khí phía sau đã đề cập ở trên, oxit kẽm không được hình thành mạnh với [O] này. Mặt khác, khí oxy còn bị phân ly do nhiệt hồ quang như hình dưới đây.

 O2 → O + O

 Kinh nghiệm đã chỉ ra rõ ràng rằng sự phân ly [O] này có thể tạo ra oxit kẽm. Đây là lúc “lợi ích” của khí bảo vệ có chứa oxy hỗn hợp, chẳng hạn như Ar+CO2+O2, phát huy tác dụng khi hàn các tấm thép mạ kẽm. Tuy nhiên, nếu hỗn hợp oxy trong khí hỗn hợp bậc ba kết hợp kém với dây hàn sẽ bị thất thoát do liên kết với các nguyên tố khử oxy dư thừa như Si và Mn trong dây hàn và sự đóng góp của nó vào quá trình hình thành oxit kẽm [ZnO] sẽ giảm, vì vậy phải cẩn thận.

 Hình 044-03 thể hiện một ví dụ về so sánh hình dạng hạt giữa sự kết hợp dây và khí trong một tấm phi lê xếp chồng lên nhau với tấm thép mạ kẽm làm tấm trên cùng.

 Trong sự kết hợp giữa khí magie Ar + 20% CO2 thông thường và dây YGW-16, người ta quan sát thấy một khu vực mà lớp mạ bị bốc hơi do hoạt động làm sạch ở mặt tấm phía dưới và hình dạng hạt hẹp và chiều cao vượt quá cao. Mặt khác, trong sự kết hợp của khí ternary và YGW-17, bột oxit kẽm màu trắng xuất hiện rõ ràng trên bề mặt hạt, được cho là do tác dụng của oxy hỗn hợp, và hạt trở nên rộng hơn, được cho là tác dụng của các thành phần khử oxy thấp (chủ yếu có nghĩa là Si thấp).

 Bằng cách này, khi lựa chọn khí bảo vệ cần phải tính đến các thành phần của dây hàn, trong đó có kim loại cơ bản.