Đánh giá ảnh hưởng của một số thông số công nghệ tới tổ chức và tính chất mối hàn vật liệu titan grade 2

Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ<br /> TỚI TỔ CHỨC VÀ TÍNH CHẤT MỐI HÀN<br /> VẬT LIỆU TITAN GRADE 2<br /> Sái Mạnh Thắng1*, Phạm Văn Trường2, Trần Quang Minh3<br /> Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu công nghệ hàn TIG trên vật liệu tấm titan grade 2<br /> với chiều dày 3mm. Xem xét ảnh hưởng của một sô thông số hàn như dòng điện I,<br /> lưu lượng khí bảo vệ Q, khoảng cách từ đầu kim hàn tới mối hàn e lên cơ tính và tổ<br /> chức của mối hàn, từ đó chọn các thông số hàn tối ưu cho cơ tính tổng hợp tốt và<br /> khảo sát tổ chức mối hàn ở chế độ này.<br /> Từ khóa: Hàn TIG; Titan grade 2; Hàn grade 2; Công nghệ hàn titan.<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Titan và các hợp kim titan là vật liệu ngày càng đóng vai trò quan trọng trong các<br /> ngành hàng không, công nghiệp ô tô, hóa chất, y sinh học, hàng hải và thương mại. Ti<br /> được sử dụng rộng rãi cho nhiều ứng dụng vật liệu kết cấu cần sự kết hợp của trọng lượng<br /> nhẹ, độ bền cao, chống ăn mòn, chống dão nhiệt hoặc giữ được tính chất ở nhiệt độ cao mà<br /> các hợp kim nhôm, thép độ bền cao hoặc siêu hợp kim niken không có được.<br /> Hàn là công nghệ quan trọng để tạo mối ghép cho các kết cấu. Titan và hầu hết các hợp<br /> kim titanium công nghiệp đều có khả năng hàn. Có thể hàn nóng chảy, hàn điện trở, laze,<br /> chùm điện tử, hàn khuếch tán và hàn áp lực… và được ứng dụng để tạo ra các mối nối cho<br /> titan và hợp kim titan. Các phương pháp hàn Hàn hồ quang khí điện cực vonfram (Gas<br /> tungsten arc welding - GTAW) - còn được gọi là hàn TIG (Tungsten Inert gas) và hàn hồ<br /> quang kim loại khí (Gas metal arc welding - GMAW) - thường được gọi là hàn MIG<br /> (Metal Inert gas) được áp dụng khá phổ biến cho hàn Titan [1]. Trong đó, hàn TIG được<br /> sử dụng rộng rãi để hàn các hợp kim titan và nhiều vật liệu chất lượng cao khác, thích hợp<br /> cho việc hàn các vật liệu từ mỏng tới dày, hàn bằng tay, bán tự động hoặc hoàn toàn tự<br /> động. Titan là kim loại rất hoạt động nhất là ở trạng thái lỏng và ở nhiệt độ cao, titan dễ<br /> dàng phản ứng với các nguyên tố H, O, N, C, với một hàm lượng nhỏ các nguyên tố này<br /> cũng tạo ra các hợp chất gây dòn và làm giảm nhanh chóng cơ tính vật liệu, do vậy khi hàn<br /> cần phải được bảo vệ bằng khí trơ như Ar hoặc He. Hàn TIG titan sử dụng điện cực<br /> vonfram cần phù hợp để vũng hàn nóng chảy không bị nhiễm bẩn vonfram.<br /> Titan không hợp kim grade 2 (theo tiêu chuẩn Mỹ UNS R50400 có thành phần C0,1;<br /> Fe0,3; H0,015; O0,25; N0,03 còn lại là Ti )[3] là titan kỹ thuật không hợp kim, kết<br /> hợp được các tính chất như độ bền, tính chống ăn mòn tốt và khả năng hàn tốt. Vì vậy, nó<br /> được sử dụng phổ biến cho chế tạo khung thân và các chi tiết động cơ máy bay. Các ứng<br /> dụng chịu ăn mòn môi trường biển, các ống và bình áp lực, các ứng dụng y học như cấy<br /> ghép xương và chỉnh hình, ống ngưng, bộ trao đổi nhiệt …<br /> Trên thế giới công nghệ hàn titan đã được nghiên cứu và đạt những thành tựu lớn cho<br /> các phương pháp hàn hợp kim titan, phát triển các công nghệ hàn khác nhau, ứng dụng cho<br /> nhiều lĩnh vực [4][5][6]. Tại Việt Nam một số công nghệ hàn titan đã được chuyển giao<br /> trong một số lĩnh vực như dầu khí, đóng tàu, y học, tuy nhiên số công trình nghiên cứu về<br /> hàn titan trong nước công bố chưa nhiều. Bài báo này nghiên cứu công nghệ hàn TIG trên<br /> vật liệu tấm titan grade 2 với chiều dày 3mm. Đánh giá ảnh hưởng của một sô thông số<br /> công nghệ hàn như dòng điện, lưu lượng khí bảo vệ, khoảng cách từ đầu kim hàn tới mối<br /> hàn tới cơ tính và tổ chức của mối hàn. Đây là một số thông số chính trong thao tác hàn và<br /> ảnh hưởng lớn tới chất lượng mối hàn.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018 239<br />  Cơ học – Cơ khí động lực<br /> 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM HÀN<br /> Với mục tiêu khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ hàn là cường độ dòng<br /> điện (I), lưu lượng khí bảo vệ (Q), khoảng cách điện cực (e) tới cơ tính mối hàn. Sử dụng<br /> phương pháp Box-Behnken quy hoạch thực nghiệm cho 3 thông số trên cho kết quả cần<br /> thực hiện 17 mẫu hàn với các chế độ khác nhau về cường độ dòng điện, lưu lượng khí,<br /> khoảng cách từ điện cực tới mối hàn để xác định được giá trị tối ưu, 3 thông số hàn cho<br /> trong bảng 2.<br /> Thực nghiệm hàn trên tấm titan grade 2; chiều dày 3 mm có thành phần hóa học như<br /> bảng 1:<br /> Bảng 1. Thành phần hóa học tấm titan grade 2 khảo sát hàn.<br /> Al Zr Mo V Si Mn Cr Ni Fe Cu W O N Ti<br /> 0.004