Thông thường, kim loại cơ bản được nung nóng trước khi hàn. Vậy những lý do cụ thể cho việc này là gì?
Chúng ta hãy bắt đầu với kết luận: Có hai lý do chính:
Thứ nhất là để giảm ứng suất dư trong mối hàn; thứ hai là để giảm sự hình thành các cấu trúc cứng trong mối hàn, từ đó giảm hiện tượng nứt nguội trong quá trình hàn.
Chúng ta có thể hiểu kết luận này như thế nào?
Tôi xin đưa ra một ví dụ: Trước khi tập thể dục, chúng ta thường khởi động, chủ yếu là để giãn cơ và khớp, nhằm giảm nguy cơ bị căng cơ trong khi tập luyện.
Thực tế, thép của chúng ta cũng cần một số bài tập khởi động trước khi hàn. Làm nóng sơ bộ là một bài tập khởi động tốt.
Thép thường được xử lý nhiệt trước khi xuất xưởng. Tuy nhiên, ngay cả sau khi xử lý nhiệt, vẫn còn ứng suất dư trong thép. Do đó, việc nung nóng sơ bộ thép trước khi hàn có thể giảm thiểu ứng suất dư này.
Ứng suất dư này được gọi là ứng suất ràng buộc trong kỹ thuật, về cơ bản là giống nhau.
Đối với việc hàn vết nứt nguội, có ba yếu tố chính: ứng suất ràng buộc, cấu trúc đã được làm cứng và hàm lượng hydro khuếch tán.
Áp lực ràng buộc là một trong những yếu tố ảnh hưởng.
Khía cạnh thứ hai, như chúng ta vừa thảo luận, là giảm thiểu sự hình thành các cấu trúc cứng.
Martensite là một cấu trúc cứng điển hình; nó là dung dịch rắn bão hòa quá mức của C trong α-Fe. Martensite cũng được chia thành martensite dạng thanh và martensite dạng kim.
Nhìn chung, mactenxit dạng thanh có tính chất tương đối tốt hơn, trong khi mactenxit dạng kim có tính chất kém hơn. Nhưng tôi sẽ không đi sâu vào chi tiết ở đây; chúng ta có thể thảo luận về chủ đề mactenxit sau nếu có cơ hội.
Tuy nhiên, đối với hàn, chúng ta nên cố gắng tránh sự hình thành mactenxit trong mối hàn.
Bạn có thể xem hình ảnh phía trên. Hình ảnh này là sơ đồ đường cong biến đổi đẳng nhiệt điển hình của thép eutectoid.
Trên thực tế, đường cong CCT cho quá trình hàn phức tạp hơn nhiều. Để dễ hiểu, chúng ta sẽ tạm thời sử dụng sơ đồ này để giải thích cách hình thành mactenxit.
Trong sơ đồ trên, năm đường thẳng từ V1 đến V5 biểu thị các tốc độ làm nguội khác nhau. V1 có độ dốc nhỏ nhất, do đó tốc độ làm nguội chậm nhất. V5 có tốc độ làm nguội nhanh nhất. Ở phần dưới của sơ đồ này, có hai đường cong, Ms và Mf. Ms biểu thị đường cong nhiệt độ mà tại đó quá trình chuyển đổi mactenxit bắt đầu, thường vào khoảng 230 độ C. Mf biểu thị đường cong nhiệt độ mà tại đó quá trình chuyển đổi mactenxit kết thúc.
Xác suất hình thành mactenxit thay đổi tùy thuộc vào tốc độ làm nguội khác nhau. V5 đại diện cho tốc độ làm nguội nhanh nhất, và đây là tốc độ có khả năng tạo ra mactenxit cao nhất.
Do đó, việc nung nóng thép trước khi hàn sẽ làm tăng nhiệt độ hàn. Điều này kéo dài thời gian làm nguội của mối hàn, do đó làm giảm tốc độ làm nguội và do đó làm giảm khả năng hình thành mactenxit.
Đây là một trong những lý do chính tại sao cần phải làm nóng trước khi hàn.
Vậy, nhiệt độ làm nóng trước càng cao thì càng tốt? Tất nhiên là không!
Nếu nhiệt độ nung nóng sơ bộ quá cao, thời gian làm nguội mối hàn sẽ kéo dài. Đặc biệt trong khoảng nhiệt độ từ 800 đến 500 độ C, nếu thời gian làm nguội quá lâu, sự phát triển hạt sẽ rõ rệt hơn.
Độ bền và độ cứng của mối hàn sẽ giảm đáng kể. Do đó, nhiệt độ nung nóng sơ bộ không nên quá cao.