Hàn: Cơ chế, thiết kế chung và ứng dụng

Sau khi đọc bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu về: - 1. Cơ chế hàn 2. Người lính 3. Thông lượng sử dụng 4. Thiết kế chung 5. Ứng dụng.

Hàn là một quá trình nối các vật liệu bằng cách nung nóng chúng đến nhiệt độ phù hợp và bằng cách sử dụng vật liệu độn, được gọi là hàn, có chất lỏng không vượt quá 450 ° C và dưới khối rắn của vật liệu cơ bản. Các kim loại điền vào giữa các bề mặt giao phối bằng hành động mao dẫn để tạo thành khớp. Chất hàn thường là hợp kim không chứa sắt.

Sức mạnh của khớp hàn về cơ bản là nhờ vào sự hình thành liên kết kim loại mặc dù độ bám dính và sự gắn kết cơ học cũng đóng vai trò của chúng. Chất hàn hoạt động không phải bằng cách nung chảy kim loại cơ bản mà bằng cách hòa tan một lượng nhỏ của nó để tạo thành một lớp hợp chất intermetallic. Một khi khớp hàn bị ảnh hưởng, nó giữ các bộ phận lại với nhau bởi cùng một lực hấp dẫn giữa các nguyên tử lân cận như trong trường hợp của bất kỳ kim loại rắn nào.

Cơ chế hàn :

Quá trình hàn liên quan đến ba yếu tố liên quan chặt chẽ, viz.:

(i) Làm ướt,

(ii) Hợp kim hóa và lan rộng, và

(iii) Hành động mao dẫn và làm đầy khớp.

(i) Làm ướt:

Nó là tài sản của một chất lỏng mà nó trải trên một bề mặt rắn. Trong hàn, điều cần thiết là từ thông hoặc hàn phải trải trên các bề mặt cơ sở được nối. Nếu một vật hàn không làm ướt bề mặt thì nó có thể dễ dàng bị loại bỏ để lại ít hoặc không có chất hàn bám vào kim loại cơ bản. Chất hàn lan ra và làm ướt kim loại cơ bản sẽ tạo ra mối nối âm thanh giữa hai bề mặt và chỉ có thể được loại bỏ bằng cách cạo hoặc giũa.

Điều kiện để chất lỏng làm ướt hoàn toàn bề mặt rắn là góc tiếp xúc hoặc góc ướt, như trong Hình 17.1, phải bằng không. Các chất lỏng không làm ướt bề mặt tạo ra một góc ướt lớn như trong hình 17.2.

Do đó, góc ướt là thước đo mức độ hàn nóng chảy sẽ làm ướt kim loại và là yếu tố quan trọng nhất để đánh giá trực quan hiệu quả của quá trình hàn và khả năng hàn của kim loại cơ bản. Làm ướt thực chất là một phản ứng hóa học diễn ra khi một hoặc nhiều yếu tố của chất hàn phản ứng với kim loại cơ bản được hàn để tạo thành hợp chất. Nhiệt được cung cấp để tạo điều kiện làm ướt.

Nói chung, chất lỏng không làm ướt bề mặt kim loại rắn. Ví dụ, chất hàn chì thiếc có góc tiếp xúc trong khoảng từ 25 ° đến 70 ° với bề mặt thép, tùy thuộc vào thành phần của vật hàn. Tuy nhiên, thiếc có khả năng hợp kim với sắt và trong trường hợp một màng thiếc được hình thành trên bề mặt thép bằng cách hợp kim sau đó hàn thiếc chì sẽ làm ướt nó. Nói chung, một vật hàn sẽ làm ướt bề mặt kim loại với điều kiện nó tạo thành một hợp chất intermetallic với chất rắn hoặc kim loại rắn có thể đưa chất hàn vào dung dịch.

Làm ướt bị ức chế bởi các lớp oxit đó là lý do tại sao cần phải loại bỏ các lớp như vậy để hàn thành công. Làm ướt tốt là một đặc tính mong muốn trong một vật hàn để làm cho dòng hàn chảy trơn tru, nhanh chóng và liên tục để mở khớp.

Tuy nhiên, làm ướt không phải là một yêu cầu hoàn toàn cần thiết cho sự hình thành liên kết, được đưa ra bởi thực tế là mặc dù thép không bị ướt bởi chì nhưng nếu chì nóng chảy được phép hóa rắn khi tiếp xúc với bề mặt thép không có oxit sạch thì kết quả này trong một liên kết hàn liên kết mạnh mẽ.

(ii) Hợp kim hóa và trải rộng:

Khả năng của một vật hàn để hợp kim với kim loại cơ bản có liên quan đến khả năng làm ướt bề mặt của nó. Hợp kim có liên quan đến sự sạch sẽ của kim loại cơ bản. Phải có sự tiếp xúc mật thiết giữa vật hàn và kim loại cơ bản để hợp kim xảy ra tại giao diện và điều này đạt được bằng cách làm sạch và sử dụng từ thông để loại bỏ màng oxit khỏi bề mặt của kim loại cơ bản được nối.

Hợp kim cũng hỗ trợ lan rộng vì nếu chất lỏng hàn hòa tan trong chất rắn, nó có thể khuếch tán bên dưới lớp oxit và tách ra và do đó dẫn hướng dòng hàn nóng chảy trên toàn bộ bề mặt. Đặc tính và mức độ lan truyền phụ thuộc vào bản chất của kim loại cơ bản, nhiệt độ, sự hiện diện hay không có từ thông, độ nhám của bề mặt kim loại và mức độ oxy hóa của nó.

Trong một số trường hợp như người bán chì chì tiết kiệm ít hơn 30% thiếc, các điều kiện cân bằng được thiết lập nhanh chóng với rất ít sự lây lan. Tuy nhiên, với các hợp kim thiếc cao hơn, sự lan truyền ban đầu là, sau đó là một sự lan truyền thứ cấp diễn ra trong một khoảng thời gian đáng kể. Sự lan truyền tối đa của chất hàn chì chì xảy ra với các hợp kim gần với nhiệt độ eutectic và trong hàn thực tế các hợp kim như vậy có đặc tính dòng chảy tốt nhất.

Kết cấu kim loại cơ bản với các kênh liên kết giúp lan truyền chất hàn bằng hành động mao dẫn. Khuếch tán bên từ các kênh như vậy giúp lan truyền nhanh chóng chất lỏng khối do sự hình thành liên kết khuếch tán.

(iii) Hành động mao dẫn và làm đầy chung :

Cách thức hàn sẽ lấp đầy khoảng trống giữa hai bề mặt giao phối ảnh hưởng đến khả năng lấp đầy khớp của nó và mức độ không hoàn hảo của bề mặt. Tính lưu động của vật hàn nóng chảy phải sao cho có thể chảy vào các không gian hẹp bằng tác động mao dẫn. Những thứ khác bằng chất hàn nóng chảy sẽ chảy đến một khoảng cách dài hơn nhưng với tốc độ dòng chảy thấp hơn khi sự phân tách của các bề mặt bị giảm.

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả của việc trám khe bao gồm góc làm ướt giữa vật hàn và kim loại cơ bản, độ hở của khoảng cách giữa hai bề mặt được nối, tốc độ gia nhiệt và tính đồng nhất của nó, nhiệt độ, tính chất của vật hàn được sử dụng và từ thông.

Độ hở của các kim loại nhẹ như nhôm và magiê lớn hơn đáng kể (0, 125 - 0, 625 mm) so với hợp kim đồng (0, 05 - 0, 40 mm). Trong đó vấn đề liên kết giữa hàn và kim loại gốc là một vấn đề, khoảng hở nhỏ có thể dẫn đến ô nhiễm quá mức, tăng điểm nóng chảy và hóa rắn trước khi trưởng thành. Một điều kiện như vậy có thể được khắc phục ở một mức độ lớn bằng tốc độ gia nhiệt nhanh hơn.

Sưởi ấm không đồng đều dẫn đến lấp đầy khoảng cách bất thường dẫn đến khớp chất lượng kém. Các khớp thẳng rất khó để làm nóng đều, đó là lý do tại sao các khớp cong được ưa thích, khi có thể.

Thành phần của chất hàn và bản chất của từ thông được sử dụng ảnh hưởng đáng kể đến khả năng lấp đầy và chất lượng của mối hàn.

Người bán:

Thông thường các chất hàn được sử dụng trong công nghiệp là của hệ thống thiếc-chì. Hầu hết các kim loại có thể được nối bởi những người bán này và chúng có khả năng chống ăn mòn tốt với hầu hết các phương tiện truyền thông. Tùy thuộc vào tính tương thích của kim loại cơ bản, từ thông của tất cả các loại có thể được sử dụng với các chất hàn này. Trong khi đề cập đến chúng, thông thường đề cập đến nội dung thiếc trước tiên, do đó, hàn 60/40 là 60% thiếc và 40% chì. Các điểm nóng chảy và hành vi hóa rắn của các chất hàn chì có thể được biểu diễn tốt nhất bằng sơ đồ pha của chúng được thể hiện trong hình 17.3 A.

Hình 17.3A Sơ đồ cân bằng luyện kim cho hệ thống thiếc-chì

Số lượng ASTM, thành phần danh nghĩa, phạm vi nóng chảy và các ứng dụng điển hình của các chất hàn chì khác nhau được tóm tắt trong bảng 17.1. Lựa chọn hàn dựa trên khả năng làm ướt bề mặt của (các) kim loại được nối và cho nền kinh tế, loại có chứa lượng thiếc ít nhất cung cấp các đặc tính làm ướt và làm đầy phù hợp nên được sử dụng.

Ngoài những người bán chì phổ biến, những người bán khác cũng được tuyển dụng nhằm đạt được các đặc tính mong muốn cho các ứng dụng cụ thể. Một số hệ thống này bao gồm thiếc-antimon, thiếc-antimon-chì, thiếc-bạc, thiếc-chì-bạc, thiếc-kẽm, cadmium-bạc, cadmium-kẽm, kẽm-nhôm, chất bán indium và bismuth có chứa chất hàn phổ biến như "hợp kim dễ nóng chảy".

Thành phần, điểm nóng chảy và điểm đóng băng, và cách sử dụng cụ thể của người bán quan trọng trong các hệ thống này được ghi trong bảng 17.2 và có thể được sử dụng làm hướng dẫn rộng.

Thông lượng sử dụng trong hàn:

Thông lượng hàn có thể là một sản phẩm lỏng, rắn hoặc khí mà khi được nung nóng có khả năng thúc đẩy làm ướt kim loại của người bán. Chức năng của nó là loại bỏ các oxit và các hợp chất bề mặt khác khỏi các bề mặt được hàn bằng cách thay thế hoặc hòa tan chúng. Nó nên có trọng lượng riêng thấp hơn so với vật hàn để nó có thể bị dịch chuyển bởi chất hàn trong khớp.

Thông lượng hàn có thể được phân thành bốn nhóm viz., Thông lượng vô cơ hoạt động mạnh nhất, thông lượng hữu cơ hoạt động vừa phải, thông lượng rosin ít hoạt động nhất và thông lượng đặc biệt cho các ứng dụng cụ thể. Hầu hết các chất trợ dung này có sẵn ở dạng dây, chất lỏng, bột nhão hoặc bột khô.

1. Thông lượng vô cơ:

Các thông lượng này bao gồm các axit và muối vô cơ có tính ăn mòn cao và dẫn đến hoạt động từ thông nhanh và có hoạt tính cao. Chúng có thể được áp dụng dưới dạng dung dịch, bột nhão hoặc muối khô. Chúng có thể được sử dụng cho các ứng dụng hàn nhiệt độ cao vì chúng không cháy hoặc than. Tuy nhiên, dư lượng của các chất trợ này vẫn hoạt động hóa học sau khi hàn và do đó phải thực hiện hành động để loại bỏ chúng một cách hiệu quả.

Các chất vô cơ chứa muối ammoniac có thể dẫn đến nứt ăn mòn ứng suất trong quá trình hàn đồng thau. Hàn thép đòi hỏi một dòng kẽm clorua để lại dư lượng ăn mòn cao. Một dung dịch kẽm clorua trong axit clohydric được sử dụng trong hàn thép không gỉ thậm chí còn ăn mòn hơn. Dư lượng của các chất trợ này phải được rửa sạch.

2. Thông lượng hữu cơ:

Thành phần chính của chất hữu cơ là axit và bazơ hữu cơ và một số dẫn xuất của chúng như hydro-halogenua. Chúng được sử dụng trong phạm vi nhiệt độ từ 90 đến 320 ° C mà chúng bị phân hủy bởi nhiệt để lại dư lượng không hoạt động.

Thông lượng hữu cơ được sử dụng tốt nhất với số lượng được tính toán để chúng có thể được sử dụng hết bằng cách bay hơi, đốt hoặc đốt để không để lại các thành phần hoạt động. Thông lượng không phân tách không được tiếp xúc với tay áo cách điện và phải cẩn thận khi hàn trong không gian kín để khói có thể không ngưng tụ trên các bộ phận quan trọng của lắp ráp.

3. Thông lượng Rosin:

Một dòng thông tin không bị ăn mòn có thể được tạo ra bằng cách hòa tan nước trắng-rosin trong một dung môi hữu cơ thích hợp, ví dụ, tinh thần dầu mỏ. Rosin bao gồm chủ yếu là axit abietic hoạt động ở nhiệt độ hàn từ 175 đến 315 ° C nhưng trở lại dạng trơ, không ăn mòn khi làm mát.

Do đó, tìm thấy việc sử dụng rộng rãi trong công việc phát thanh và điện tử, nơi làm sạch hiệu quả sau khi hàn là khó khăn. Các hợp chất hữu cơ khác nhau được sử dụng trộn với rosin, ví dụ hydrochloride của axit glutamic và hydrazine hydrobromide.

Các chất trợ phân hủy ở nhiệt độ hàn để lại các cặn cứng, không hút ẩm, không dẫn điện và không ăn mòn, nếu cần, có thể dễ dàng rửa sạch bằng nước. Họ tìm thấy sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp điện.

Nhiều chất lỏng hơn, 50/50 hoặc 60/40 chất hàn chì chì, thường được sử dụng với thông lượng rosin không ăn mòn.

Thông lượng rosin được kích hoạt nhẹ được ưu tiên cho quân sự, điện thoại và các sản phẩm điện tử có độ tin cậy cao khác trong khi thông lượng rosin được kích hoạt nhiều hơn được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện tử thương mại và quan trọng trong đó có thể đảm bảo làm sạch kỹ lưỡng sau khi hàn.

4. Thông lượng đặc biệt:

Thông lượng phản ứng được sử dụng để hàn nhôm hoạt động bằng cách thay thế màng oxit bằng cách đặt một màng kim loại trên bề mặt làm việc bằng cách phân hủy chúng.

Một số người bán cũng có sẵn với thông lượng chứa trong lõi của nó. Lượng từ thông trong lõi có thể dao động từ 0-5 đến hơn 3-0%, 2-2% là phổ biến nhất. Các chất hàn Rosin-Cored và Acid-Cored cũng có sẵn và được sử dụng cho công việc điện và kim loại tấm tương ứng.

Thiết kế chung cho hàn:

Người lính có sức mạnh tương đối thấp so với các kim loại mà họ được yêu cầu tham gia. Do đó, mong muốn thiết kế các mối hàn để chúng liên kết với nhau một cách cơ học đòi hỏi vật hàn phải hoạt động như một chất làm kín và liên kết.

Hai loại cơ bản của khớp hàn là khớp đùi và khớp mông. Hình 17.3B cho thấy các khớp hàn điển hình bao gồm đường may bị khóa, mông bị trói và khớp nối trong ống. Kiểu khớp nên được ưu tiên bất cứ khi nào có thể, vì điều đó cung cấp khả năng sức mạnh tối đa.

Mối nối hàn phức tạp có thể được thực hiện bằng cách hàn thủ công nhưng đối với quá trình sử dụng từ thông tự động, hàn và làm sạch sau, các thiết kế được chọn phải tương đối đơn giản cung cấp khả năng tiếp cận khớp.

Hành động mao dẫn là một yếu tố quan trọng trong hàn, điều cần thiết là cung cấp khoảng hở tối ưu giữa các bộ phận được hàn để từ thông có thể được kéo vào không gian giữa các hành động mao dẫn. Do đó, khe hở giữa 0 07 đến 0-12 mm được ưu tiên cho hầu hết các khớp để đạt được cường độ tối đa nhưng trong một số trường hợp cụ thể như hàn kim loại đã được làm sạch, độ hở thấp đến 0 025 mm cung cấp cường độ mong muốn. Giải phóng mặt bằng quá mức có thể dẫn đến khớp hàn không kinh tế.

Ứng dụng của hàn:

Ngoài các ứng dụng cụ thể của các phương pháp hàn khác nhau được mô tả trước đây, ví dụ, các lõi tản nhiệt ô tô, hệ thống ống nước, công nghiệp điện tử bao gồm radio, TV và máy tính, công nghiệp điện để nối dây và cáp với vấu và nhiều hơn nữa.

Có thể nói rằng, hàn nói chung được sử dụng phổ biến hơn để hàn nhẹ các khớp, thêm độ cứng và cải thiện tính dẫn điện. Đôi khi có thể cần phải phụ thuộc vào độ bền kéo của nó nhưng người bán được biết đến với độ dẻo hơn là độ bền. Tuy nhiên, nếu điền cẩn thận đạt được giá trị độ bền cao đáng ngạc nhiên có thể thu được. Hơn nữa, hàn cũng tìm thấy việc sử dụng nó để hàn kín các khớp được chế tạo được giữ bằng đinh tán, mối hàn tại chỗ hoặc các phương tiện cơ học khác.