Vì lý do cấu trúc, ứng dụng hoặc kinh tế, nhiều ngành công nghiệp cần tham gia các vật liệu kim loại khác nhau. Bằng cách kết hợp các kim loại khác nhau, có thể sử dụng tốt hơn các đặc tính tốt nhất của từng kim loại. Do đó, trước khi bắt đầu bất kỳ thao tác hàn nào, thợ hàn phải xác định tính chất của từng vật liệu, bao gồm điểm nóng chảy của kim loại, độ giãn nở nhiệt, v.v. Sau đó, quy trình hàn được lựa chọn phù hợp với chúng theo tính chất vật liệu.
Hàn kim loại không giống nhau là quá trình hàn hai hoặc nhiều vật liệu khác nhau (khác nhau về thành phần hóa học, tổ chức luyện kim hoặc tính chất, v.v.) trong các điều kiện quy trình nhất định. Trong hàn các kim loại khác nhau, phổ biến nhất là hàn thép không giống nhau, tiếp theo là hàn kim loại màu khác nhau. Khi các kim loại khác nhau được hàn, một lớp chuyển tiếp có các tính chất khác với vật liệu cơ bản được tạo ra. Do sự khác biệt đáng kể về tính chất nguyên tố, tính chất vật lý và tính chất hóa học của các kim loại khác nhau, nên việc hàn các vật liệu khác nhau phức tạp hơn nhiều về mặt kỹ thuật so với hàn các vật liệu khác nhau.
Các vấn đề của hàn kim loại khác nhau là gì?
1. Sự khác biệt về điểm nóng chảy của các vật liệu khác nhau càng lớn thì càng khó hàn.
Điều này là do nhiệt độ nóng chảy thấp của vật liệu đạt đến trạng thái nóng chảy, nhiệt độ nóng chảy cao của vật liệu vẫn ở trạng thái rắn, khi vật liệu nóng chảy dễ dàng xâm nhập vào ranh giới hạt của vùng quá nhiệt, có thể gây ra tổn thất. vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp, các nguyên tố hợp kim bị cháy hoặc bay hơi gây khó khăn cho mối hàn. Ví dụ, khi hàn sắt và chì (chênh lệch điểm nóng chảy), không chỉ hai vật liệu ở trạng thái rắn không thể hòa tan lẫn nhau mà ở trạng thái lỏng cũng không thể hòa tan lẫn nhau, kim loại lỏng được phân bố thành từng lớp và sau khi làm lạnh từng kết tinh riêng biệt.
2. Sự khác biệt về hệ số giãn nở tuyến tính của các vật liệu khác nhau càng lớn thì càng khó hàn.
Hệ số giãn nở tuyến tính của vật liệu càng lớn, tốc độ giãn nở nhiệt càng lớn, độ co rút trong quá trình làm mát càng lớn, sự kết tinh của bể tan chảy sẽ tạo ra ứng suất hàn lớn. Ứng suất hàn này không dễ loại bỏ, kết quả sẽ tạo ra biến dạng hàn lớn. Do vật liệu ở cả hai phía của mối hàn chịu các trạng thái ứng suất khác nhau, dễ dẫn đến nứt mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt, thậm chí dẫn đến bong tróc kim loại mối hàn và vật liệu nền.
3. Sự khác biệt về độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng của các vật liệu khác nhau càng lớn thì càng khó hàn.
Độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng của vật liệu sẽ làm cho điều kiện kết tinh kim loại mối hàn xấu đi, các hạt bị thô nghiêm trọng và ảnh hưởng đến tính chất thấm ướt của kim loại chịu lửa. Vì vậy, nên chọn nguồn nhiệt mạnh để hàn, vị trí đặt nguồn nhiệt nên nghiêng về phía vật liệu nền có tính dẫn nhiệt tốt khi hàn.
4. Sự khác biệt giữa các tính chất điện từ của các vật liệu khác nhau càng lớn thì càng khó hàn.
Vì chênh lệch điện từ của vật liệu càng lớn thì hồ quang hàn càng kém ổn định, mối hàn càng xấu.
5. Càng nhiều hợp chất liên kim hình thành giữa các vật liệu khác nhau thì càng khó hàn.
Vì các hợp chất intermetallic có độ giòn lớn hơn, dễ dẫn đến vết nứt và thậm chí gãy xương trong mối hàn.
6. Sự oxy hóa của các vật liệu khác nhau càng mạnh thì càng khó hàn.
Nếu hàn đồng và nhôm bằng phương pháp hàn nóng chảy, vũng chảy rất dễ tạo thành các oxit đồng và nhôm. Khi làm lạnh quá trình kết tinh, sự có mặt của các oxit ở biên hạt có thể làm giảm lực liên kết giữa các hạt.
7. Khi hàn các vật liệu khác nhau thì mối hàn và hai kim loại cơ bản khó đạt yêu cầu về độ bền như nhau.
Nguyên nhân là do nhiệt độ nóng chảy thấp của các nguyên tố kim loại dễ bị cháy và bay hơi trong quá trình hàn, dẫn đến thành phần hóa học của mối hàn bị thay đổi, cơ tính giảm, đặc biệt khi hàn các kim loại màu khác nhau rõ rệt hơn.
Ứng dụng công nghệ hàn laser để hàn các kim loại khác nhau
1. Hàn laser đồng và thép
Hàn đồng và thép là điển hình của hàn vật liệu khác nhau. Điểm nóng chảy, độ dẫn nhiệt, hệ số giãn nở tuyến tính và tính chất cơ học của đồng và thép rất khác nhau, điều này không có lợi cho việc hàn trực tiếp đồng và thép. Hàn laser đồng và thép đã trở thành xu hướng phát triển hiện nay dựa trên lợi thế về mật độ năng lượng nhiệt cao, lượng kim loại nóng chảy thấp, vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp, chất lượng mối nối cao và năng suất hàn laser cao. Tuy nhiên, tỷ lệ hấp thụ của đồng đối với hầu hết các ứng dụng công nghiệp là tương đối thấp và đồng cũng dễ bị các khuyết tật như oxy hóa, rỗ khí và nứt trong quá trình hàn. Dựa trên quy trình hàn laser đa chế độ của các kim loại khác nhau bằng đồng và thép sẽ được phát triển hơn nữa.
2. Hàn laser nhôm và thép
Sự khác biệt về điểm nóng chảy của nhôm, thép, các bộ phận kim loại dễ dàng tạo thành hợp chất của các vật liệu không giống nhau, và nhôm, hợp kim thép có tính phản xạ cao và đặc tính dẫn nhiệt cao, rất khó tạo thành lỗ khóa trong quá trình hàn, quá trình hàn đòi hỏi mật độ năng lượng cao . Các thí nghiệm cho thấy bằng cách kiểm soát năng lượng laser và thời gian tác động của vật liệu, có thể giảm độ dày của lớp phản ứng giao diện, kiểm soát hiệu quả việc tạo ra các pha trung gian.
3. Hàn laser hợp kim nhôm magie và nhôm magie
Nhôm và hợp kim của nó có khả năng chống ăn mòn tốt, độ bền riêng cao, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt và các ưu điểm khác. Magiê nhẹ hơn nhôm, là kim loại màu, cũng có độ bền và độ cứng riêng cao và khả năng chống địa chấn tốt. Vấn đề chính của hàn magiê và nhôm là bản thân vật liệu cơ bản rất dễ bị oxy hóa, hệ số truyền nhiệt, dễ tạo ra các vết nứt và lỗ rỗng và các khuyết tật hàn khác, đồng thời rất dễ tạo ra các hợp chất liên kim, làm giảm đáng kể tính chất cơ học của mối hàn.
