Hàn nối thép cacbon và thép hợp kim thấp

1. Vật liệu hàn

 (1)Hàn thiếc giữa thép cacbon và thép hợp kim thấp bao gồm hàn mềm và hàn cứng. Loại thiếc hàn được sử dụng rộng rãi trong hàn mềm là thiếc chì. Khả năng thấm ướt của loại thiếc này với thép tăng lên khi hàm lượng thiếc tăng, vì vậy nên sử dụng thiếc hàn có hàm lượng thiếc cao để hàn kín các mối nối. Lớp hợp chất liên kim loại Fesn2 có thể hình thành tại giao diện giữa thiếc và thép trong thiếc chì. Để tránh sự hình thành hợp chất trong lớp này, nhiệt độ hàn và thời gian giữ nhiệt cần được kiểm soát đúng cách. Bảng 1 thể hiện độ bền cắt của các mối nối thép cacbon được hàn bằng một số loại thiếc chì điển hình. Trong đó, độ bền mối nối được hàn bằng thiếc chì có hàm lượng thiếc 50% là cao nhất, và độ bền mối nối được hàn bằng thiếc không chứa antimon cao hơn so với thiếc có chứa antimon.

Bảng 1: Độ bền cắt của các mối nối thép cacbon được hàn bằng thiếc chì.

Khi hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp, người ta chủ yếu sử dụng đồng nguyên chất, đồng kẽm và hợp kim đồng kẽm bạc. Đồng nguyên chất có điểm nóng chảy cao và dễ oxy hóa kim loại nền trong quá trình hàn. Nó chủ yếu được sử dụng cho hàn có khí bảo vệ và hàn chân không. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng khe hở giữa các mối hàn phải nhỏ hơn 0,05mm để tránh vấn đề khe hở không thể được lấp đầy do tính lưu động tốt của đồng. Các mối hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp bằng đồng nguyên chất có độ bền cao. Nói chung, độ bền cắt là 150 ~ 215mpa, trong khi độ bền kéo nằm trong khoảng 170 ~ 340mpa.

So với đồng nguyên chất, điểm nóng chảy của chất hàn đồng kẽm giảm do sự có mặt của kẽm (Zn). Để ngăn ngừa sự bay hơi của Zn trong quá trình hàn, một mặt, có thể thêm một lượng nhỏ silic (Si) vào chất hàn đồng kẽm; mặt khác, phải sử dụng các phương pháp gia nhiệt nhanh, chẳng hạn như hàn bằng ngọn lửa, hàn cảm ứng và hàn nhúng. Các mối hàn giữa thép cacbon và thép hợp kim thấp được hàn bằng chất hàn đồng kẽm có độ bền và độ dẻo tốt. Ví dụ, độ bền kéo và độ bền cắt của các mối hàn thép cacbon được hàn bằng chất hàn b-cu62zn đạt 420MPa và 290MPa. Điểm nóng chảy của chất hàn đồng bạc thấp hơn so với chất hàn đồng kẽm, thuận tiện cho việc hàn kim. Chất hàn này thích hợp cho hàn bằng ngọn lửa, hàn cảm ứng và hàn lò nung đối với thép cacbon và thép hợp kim thấp, nhưng hàm lượng Zn nên được giảm thiểu càng nhiều càng tốt trong quá trình hàn lò nung, và tốc độ gia nhiệt nên được tăng lên. Hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp bằng chất hàn đồng kẽm bạc có thể thu được các mối hàn có độ bền và độ dẻo tốt. Các số liệu cụ thể được liệt kê trong Bảng 2.

Bảng 2: Độ bền của các mối hàn thép cacbon thấp được hàn bằng thiếc đồng kẽm bạc.

(2) Chất trợ hàn: phải sử dụng chất trợ hàn hoặc khí bảo vệ để hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp. Chất trợ hàn thường được xác định bởi kim loại phụ được chọn và phương pháp hàn. Khi sử dụng thiếc chì hàn, có thể sử dụng hỗn hợp dung dịch kẽm clorua và amoni clorua làm chất trợ hàn hoặc các chất trợ hàn đặc biệt khác. Cặn của chất trợ hàn này thường có tính ăn mòn cao, và mối hàn phải được làm sạch kỹ lưỡng sau khi hàn.

Khi hàn bằng que hàn đồng kẽm, cần chọn chất trợ dung fb301 hoặc fb302, tức là borax hoặc hỗn hợp borax và axit boric; trong hàn bằng ngọn lửa, cũng có thể sử dụng hỗn hợp metyl borat và axit fomic làm chất trợ dung hàn, trong đó hơi B2O3 đóng vai trò loại bỏ lớp màng.

Khi sử dụng kim loại hàn bạc đồng kẽm, có thể chọn các chất trợ hàn fb102, fb103 và fb104, tức là hỗn hợp borax, axit boric và một số florua. Cặn của chất trợ hàn này có tính ăn mòn ở một mức độ nhất định và cần được loại bỏ sau khi hàn.

2. Công nghệ hàn thiếc

Bề mặt cần hàn phải được làm sạch bằng phương pháp cơ học hoặc hóa học để đảm bảo lớp màng oxit và chất hữu cơ được loại bỏ hoàn toàn. Bề mặt đã làm sạch không được quá nhám và không được bám dính vụn kim loại hoặc các chất bẩn khác.

Thép cacbon và thép hợp kim thấp có thể được hàn bằng nhiều phương pháp hàn thông thường. Trong quá trình hàn bằng ngọn lửa, nên sử dụng ngọn lửa trung tính hoặc hơi khử. Trong quá trình thao tác, cần tránh tối đa việc nung nóng trực tiếp kim loại phụ và chất trợ dung bằng ngọn lửa. Các phương pháp nung nóng nhanh như hàn cảm ứng và hàn nhúng rất thích hợp để hàn thép đã tôi và ram. Đồng thời, nên chọn nhiệt độ tôi hoặc hàn thấp hơn nhiệt độ ram để tránh làm mềm kim loại nền. Khi hàn thép hợp kim thấp cường độ cao trong môi trường bảo vệ, không chỉ cần khí có độ tinh khiết cao mà còn phải sử dụng chất trợ dung khí để đảm bảo sự thấm ướt và lan rộng của kim loại phụ trên bề mặt kim loại nền.

Cặn trợ hàn còn sót lại có thể được loại bỏ bằng phương pháp hóa học hoặc cơ học. Cặn trợ hàn hữu cơ có thể được lau hoặc làm sạch bằng xăng, cồn, axeton và các dung môi hữu cơ khác; Cặn trợ hàn có tính ăn mòn mạnh như kẽm clorua và amoni clorua cần được trung hòa trong dung dịch NaOH trước, sau đó làm sạch bằng nước nóng và nước lạnh; Axit boric và cặn trợ hàn axit boric rất khó loại bỏ, chỉ có thể giải quyết bằng phương pháp cơ học hoặc ngâm lâu trong nước có dòng chảy.