VẬT LIỆU THAY ĐỔI NHIỆT NHƯ THẾ NÀO KHI CẮT PLASMA

Mỗi vật liệu khác nhau sẽ chịu sự gia nhiệt và làm mát khác nhau trong quá trình cắt plasma.

Thép nhẹ là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trong chế tạo kim loại. Tuy nhiên, khả năng chống ăn mòn, tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao, tính chất nhiệt và tính thẩm mỹ của thép không gỉ và hợp kim nhôm khiến những vật liệu này trở nên hấp dẫn đối với nhiều ứng dụng.

Một nghiên cứu gần đây của các kỹ sư đã mô tả vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) đối với thép cacbon và đề xuất một số giải pháp thay thế quy trình plasma để giảm thiểu HAZ. Hai mục tiêu của nghiên cứu là:

1. Đặc trưng cho sự thay đổi nhiệt và hóa học trong hợp kim nhôm và thép không gỉ được cắt plasma.
2. Đề xuất các giải pháp thay thế quy trình có thể cải thiện tính thẩm mỹ và chất lượng cắt. Để cải thiện việc tạo hình và chế tạo các vật liệu này.

Thép không gỉ cắt cạnh

Bề ngoài của lưỡi cắt thay đổi đáng kể theo quy trình PAC và lựa chọn khí:

Plasma không khí hoặc khí bảo vệ oxy hóa, chẳng hạn như không khí hoặc CO2. Có xu hướng tạo ra cạnh cắt bị oxy hóa, sẫm màu.

Plasma nitơ, plasma argon/hydro hoặc khí khử khử (khí metan hoặc các khí chứa hydro khác). Có xu hướng phản ứng hóa học với oxy có trong vết cắt. Cho phép hình thành ít hoặc không có oxit trên cạnh cắt. Khí plasma và khí bảo vệ, thiết kế vật tư tiêu hao và tình trạng của vật tư tiêu hao. Ảnh hưởng đến các đặc điểm khác của lưỡi cắt. Chẳng hạn như độ nhám, góc cắt và độ nhám.

Một lớp đông cứng dọc theo cạnh cắt đặc trưng cho HAZ trong các vết cắt thép không gỉ austenit (chẳng hạn như hợp kim 304). Lớp này hiện rõ trong mặt cắt ngang kim loại đối với vết cắt plasma nitơ 400-amp trong 304 SS dày 12,8-mm trong:

• Hình a (độ phóng đại thấp)
• Hình b (độ phóng đại cao)

Vật liệu này đã tan chảy trong quá trình cắt, Dính vào các mặt của vết cắt và đông cứng lại.

Thành phần và cấu trúc

Mặc dù thành phần pha của lớp này không rõ ràng. Nhưng vi cấu trúc hạt mịn của nó cho thấy một số bằng chứng về sự ăn mòn có chọn lọc giữa các hạt. Cho thấy kết tủa có thể đã hình thành dọc theo ranh giới hạt.

Tất cả các mẫu cắt bằng thép không gỉ austenit được nghiên cứu trong nghiên cứu này đều hoạt động tương tự nhau.

So sánh Hình c , một máy chụp quang hiển vi có độ phóng đại cao của plasma không khí CDG 200-amp được cắt trong 304 SS dày 12,8 mm và Hình d (một khung nhìn tương tự đối với plasma argon/hydro 200-amp) với Hình b cho thấy rằng mỗi hình có một lớp hạt mịn, được làm rắn lại trên lớp kim loại lõi ban đầu.

Độ dẫn nhiệt

Độ dẫn nhiệt của dòng 300 tương đối thấp. Gây ra sự tập trung các hiệu ứng nhiệt ở cạnh cắt. Bởi vì sự biến đổi pha austenit xảy ra ở nhiệt độ tương đối cao. Nên không có sự biến đổi pha trạng thái rắn đáng kể nào ở các cạnh PAC austenit.

Thể hiện trong Hình 4e và 4f là các ảnh vi mô có độ phóng đại thấp của hợp kim austenitic (316) và martensitic (410) được cắt bằng quy trình cắt giống hệt nhau (plasma nitơ CDG 120-amp) trong vật liệu dày 3,3 mm. Ở độ phóng đại này, hầu như không thể nhìn thấy bất kỳ lớp hóa rắn nào trong cả hai mẫu cắt.

Trong khi vi cấu trúc 316 SS tương đối không thay đổi từ bề mặt đến lõi, vi cấu trúc 410 SS cho thấy bằng chứng rõ ràng về sự biến đổi pha ở trạng thái rắn. Hợp kim thép không gỉ ferit và martensitic hoạt động giống như thép cacbon ở chỗ chuyển đổi pha ở trạng thái rắn thường được tìm thấy trong HAZ.

Phân tích các mẫu cắt cho thấy lớp đông cứng thường dày khoảng 10 đến 30 m, mặc dù một số mẫu thép không gỉ dày có kích thước lớn hơn từ 3 đến 6 lần.

Hình ảnh và phân tích

Hình ảnh (a) và (b) hiển thị mẫu hợp kim 304 SS, dày 12,8 mm, được cắt bằng WIP 400-amp. Hình ảnh (a) có độ phóng đại 100 lần; ảnh (b) có độ phóng đại 500 lần.

Hình ảnh (c) và (d) cho thấy một mẫu vật bằng 304 SS, dày 12,8 mm, được cắt bằng CDG 200-amp, ở độ phóng đại 500 lần. Hình ảnh (c) được tạo bằng plasma không khí; hình ảnh (d) được tạo ra bằng plasma argon/hydro.

Hình (e) là 316 SS; hình (f) là martensitic 410 SS; cả hai đều có độ phóng đại 100 lần. Cả hai đều là mẫu vật dày 3,3 mm được cắt bằng plasma nitơ CDG ở 120 ampe. Lưu ý sự hiện diện của sự thay đổi pha trong HAZ trong mẫu martensitic.

Hình ảnh (g) và (h) có độ phóng đại 500 lần của các cạnh 304 SS dày 3,3 mm được cắt bằng plasma nitơ CDG. Mẫu vật (g) có hàm lượng lưu huỳnh trong vật liệu rời cao hơn mẫu vật (h). Lớp tái kết cấu trong (g) có độ dày bằng một nửa so với lớp trong (h).

Độ dày của vật liệu phủ

Lớp đông cứng trong thép không gỉ austenit PAC rất có thể liên quan đến thành phần hóa học của SS, cũng như quy trình PAC cụ thể được sử dụng để thực hiện vết cắt. Ví dụ, Hình 4g và h hiển thị các máy chụp ảnh quang học có độ phóng đại cao của các mẫu cắt được tạo bằng plasma nitơ CDG 120-amp.

Vật liệu 304 SS 3,3 mm được bảo đảm từ hai nguồn khác nhau. Cả hai mẫu (Hình 4g và 4h ) đều có một lớp ôxít mỏng nằm trên một lớp đông đặc lại. Lớp đông đặc lại trong mẫu 4h dày xấp xỉ gấp đôi so với trong mẫu 4g .

Mặc dù có một số khác biệt nhỏ trong thành phần, nhưng đáng kể nhất có thể là lưu huỳnh. Lưu huỳnh là một nguyên tố hoạt động bề mặt có thể thay đổi đáng kể hành vi của kim loại nóng chảy trong quá trình xử lý kim loại ở nhiệt độ cao (ví dụ: hàn). Sự hiện diện gia tăng của lưu huỳnh trong mẫu 4h có thể đã dẫn đến lớp đông đặc mỏng hơn.

Ngoài các đánh giá vi cấu trúc được mô tả ở đây, các phép đo độ cứng vi mô được thực hiện gần mép cắt và trong lõi của các mẫu 304 và 316 SS. Mặc dù độ cứng của cạnh nhìn chung cao hơn một chút so với độ cứng của vật liệu lõi, nhưng sự thay đổi trung bình về độ cứng thường nằm trong sự thay đổi của nhiều phép đo được thực hiện.

Kết quả

Mặc dù những kết quả này chỉ ra rằng PAC không làm cứng đáng kể các cạnh thép không gỉ austenit, người ta có thể mong đợi các kết quả khác nhau đối với thép không gỉ ferritic và martensitic do khả năng chuyển đổi pha ở trạng thái rắn. Tuy nhiên, không có phép đo nào được thực hiện trên các vật liệu này.

Khả năng hàn của các cạnh thép không gỉ PAC là một chủ đề dành cho nghiên cứu trong tương lai. Tuy nhiên, nói chung, các oxit bề mặt hình thành trên thép không gỉ được cắt bằng plasma oxy hóa hoặc khí bảo vệ (chẳng hạn như không khí hoặc CO ₂ ) cần phải được loại bỏ bằng cách mài trước khi có thể tạo ra các mối hàn tốt.

Các quy trình PAC sử dụng plasma khử hoặc khí bảo vệ, chẳng hạn như argon/hydro hoặc metan, tạo ra các cạnh cắt có ít oxit bề mặt hơn đáng kể, cần ít hoặc không cần chuẩn bị trước khi hàn.

Nhôm Cắt Cạnh

Bề ngoài của cạnh cắt nhôm cũng thay đổi theo quy trình PAC và lựa chọn khí. Tình trạng bề mặt của các cạnh nhôm thường được đặc trưng bởi độ nhám tương đối. Ngoài ra các lớp oxit mỏng, vết nứt giữa các hạt và độ xốp gần bề mặt cạnh cắt.

HAZ của các mẫu cắt bằng hợp kim nhôm được phân tích trong nghiên cứu này. Có cả lớp tái đông đặc cũng như sự chuyển đổi pha ở trạng thái rắn. Tuy nhiên, cấu trúc pha của hợp kim nhôm thường chỉ được nhìn thấy mờ nhạt trong các vi ảnh kim loại.

Ví dụ: hình ảnh mặt cắt ngang có độ phóng đại thấp và độ phóng đại cao của hợp kim nhôm dày 6,3 mm được cắt bằng plasma không khí 70-amp và tấm chắn mê-tan cho thấy cạnh cắt thô có một số độ xốp hiện tại.

Phạm vi của HAZ

(Bao gồm cả các lớp được hóa rắn lại và chuyển pha) nói chung được biểu thị bằng sự hiện diện của các kết tủa silicide ranh giới hạt. Cấu trúc vi mô của các mẫu cắt được chuẩn bị bằng plasma không khí CDG (xem Hình 6c ) và plasma CDG argon/hydro (xem Hình 6d ) tương tự về mặt chất lượng với cấu trúc trong Hình 6a và 6b.

Do tính dẫn nhiệt cao của hợp kim nhôm, độ dày tổng thể của HAZ có thể là đáng kể. Lớp tái kết thường dày bằng vùng được xác định bởi sự biến đổi pha. Độ dày của HAZ có liên quan đến các điều kiện xử lý. Chẳng hạn như tốc độ cắt và khí xử lý, cũng như độ dày vật liệu. Chiều rộng của HAZ lớn hơn đối với vật liệu dày hơn được cắt ở tốc độ thấp hơn.

Các phép đo vi độ cứng của hợp kim nhôm

Hợp kim nhôm 6061 gần mép cắt và trong vùng lõi mẫu cắt cho thấy độ cứng giảm đáng kể trong HAZ. Chu kỳ nhiệt làm nóng và làm mát xảy ra trong quá trình PAC về cơ bản là một quá trình ủ. Chu kỳ nhiệt này làm suy giảm quá trình xử lý nhiệt của kim loại (thường là T6) và đưa nó trở lại trạng thái ủ.

Khả năng hàn của các cạnh cắt hợp kim nhôm được làm bằng PAC là tốt nhất khi không có oxit trên bề mặt. Nếu khí quá trình oxy hóa được sử dụng trong plasma hoặc tấm chắn. Các cạnh có thể cần được mài trước khi hàn. Khả năng hàn của các cạnh được cắt bằng plasma giảm hoặc tấm chắn có thể sẽ tốt hơn. Vì nhôm phản ứng rất dễ dàng với oxy, nên vẫn có thể cần phải mài để chuẩn bị cho lưỡi cắt.

Tóm tắt kết quả

Dòng 300 SS. Quá trình cắt hồ quang plasma của hợp kim thép không gỉ austenit tạo ra HAZ đặc trưng bởi một lớp kim loại mỏng. Được đông đặc lại dính vào cạnh cắt. Ít hoặc không có sự biến đổi pha trạng thái rắn nào được quan sát thấy trong cấu trúc vi mô.

Độ dày của lớp tái kết thường nằm trong khoảng từ 10 đến 30 m (dưới 0,001 inch). Sự hình thành của lớp này có thể bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của các nguyên tố vi lượng (như lưu huỳnh) trong kim loại gốc.

Có rất ít sự khác biệt về độ cứng siêu nhỏ ở mép cắt so với ở vật liệu lõi.

Dòng 400 SS. Thép không gỉ martensitic và ferritic hoạt động khác với các hợp kim 300-series. Thép không gỉ sê-ri 410 được cắt plasma cho thấy bằng chứng về sự biến đổi pha ở trạng thái rắn dọc theo HAZ.

Hợp kim Nhôm 6061. Các cạnh cắt có HAZ được đặc trưng bởi cả quá trình biến đổi pha ở trạng thái rắn và lớp đông đặc lại. Bề mặt của các cạnh cắt hợp kim nhôm thô ráp và có thể có các vết nứt và lỗ rỗ giữa các hạt. Sự hiện diện của các oxit bề mặt có thể ảnh hưởng đến khả năng hàn của cả vật liệu thép không gỉ và hợp kim nhôm.

Tất cả các vật liệu nhôm và thép không gỉ này dễ dàng tạo thành các oxit bề mặt có thể ảnh hưởng đến khả năng hàn.

Kết quả HAZ

Nghiên cứu này về hiệu ứng nhiệt và hóa học trong thép không gỉ và nhôm. Được cắt plasma đã xác nhận nhiều phát hiện của các nghiên cứu trước đây về thép carbon.

• HAZ nhỏ ở dạng cắt plasma. Hầu hết các phép đo HAZ trong nghiên cứu này đều dày dưới 0,001 inch.
• HAZ thay đổi theo tốc độ và sức mạnh. Mức độ HAZ trong thép nhẹ có liên quan đến các biến số của quy trình. Chẳng hạn như tốc độ và công suất cắt, cũng như độ dày vật liệu.
• Cắt nhanh hơn tạo ra ít HAZ hơn. Giảm thời gian cần thiết để thực hiện cắt bằng cách sử dụng các điều kiện cường độ cao. Tốc độ cao sẽ giảm HAZ.
• Nhiều nhiệt hơn (trên mỗi inch vuông) có thể tạo ra ít HAZ hơn. Các quy trình có mật độ năng lượng cao (nhiều năng lượng hơn trên một đơn vị diện tích). Chẳng hạn như PAC có độ chính xác cao, tạo ra ít HAZ hơn.

Đối với một số ứng dụng, HAZ phải được loại bỏ bằng máy móc trước khi hàn. Để tránh giòn và hỏng mối hàn, HAZ của nhôm và thép không gỉ cắt plasma nói chung là nhỏ. Nó có thể được giảm thiểu hơn nữa thông qua các biện pháp kiểm soát quy trình.

Lời khuyên chọn mua máy hàn phù hợp

Đến với TAYOR, khách hàng có nhiều lựa chọn phân khúc. Đa dạng các model đáp ứng mọi nhu cầu sử dụng từ hộ gia đình cho đến nhà xưởng. Với thiết kế gọn nhẹ dễ mang vác, độ bền cao. Cấu hình tốt mang lại hiệu suất hoạt động cao cho nhu cầu sử dụng của quý khách hàng. TAYOR hi vọng mang đến cho khách hàng sự trải nghiệm, sử dụng chất lượng tốt nhất.

Địa chỉ mua máy hàn điện tử chính hãng và chất lượng :

CÔNG TY CỔ PHẦN DIMEC

Hotline: 0966.92.0404

Facebook: Máy hàn Tayor

Website: dimec.vn

Địa chỉ Trụ sở chính: Số 285 Phúc Lợi, P. Phúc Lợi, Q.Long Biên, TP.Hà Nội

CN Đà Nẵng: Số 20, đường Nguyễn Sinh Sắc, P. Hoà Minh, Q. Liên Chiểu, TP. Đà Nẵng

CN Hồ Chí Minh: Số 84 Đường 10, KĐT Vạn Phúc, P. Hiệp Bình Phước, TP. Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh

Quý khách hàng quan tâm sản phẩm vui lòng xem thêm thông tin chi tiết Tại đây.