Vùng ảnh hưởng nhiệt trong quá trình cắt

Vùng ảnh hưởng nhiệt là gì?

Trong quá trình cắt kim loại hoặc hàn kim loại, kim loại sẽ hấp thụ nhiệt sinh ra. Nhiệt này truyền ra khỏi lưỡi cắt qua thân kim loại, vì kim loại là chất dẫn nhiệt tốt.

Một vùng được hình thành giữa kim loại nóng chảy và kim loại cơ bản không bị ảnh hưởng được gọi là vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ). Trong đới này kim loại không bị nóng chảy nhưng nhiệt lượng đã làm thay đổi vi cấu trúc của kim loại. Những thay đổi trong cấu trúc này có thể làm giảm độ bền của kim loại.

HAZ có thể được xác định bằng một loạt các dải màu sáng giữa giao diện cắt/hàn và kim loại cơ bản không bị ảnh hưởng. Màu sắc từ vàng nhạt đến tím như bảng bên dưới.

Điều rất quan trọng là phải hiểu rằng HAZ làm giảm sức mạnh để thiết kế các ứng dụng an toàn. Các phần yếu nhất của cấu trúc tồn tại trong HAZ.

Một cấu trúc mạnh như điểm yếu nhất của nó. Do đó, việc nhận ra HAZ có thể là sự khác biệt giữa thành công và thất bại của một bộ phận cụ thể.

Màu sắc nói lên điều gì?

Do sử dụng các nhiệt độ khác nhau trong quá trình sản xuất nên có nhiều sắc thái khác nhau trong HAZ. Những sắc thái này nằm trong khoảng từ vàng nhạt đến xanh đậm theo thứ tự tăng dần của nhiệt độ.

Các màu của dải theo thứ tự tăng dần nhiệt độ là:

Các yếu tố ảnh hưởng thêm đến sự hình thành các sắc thái nhiệt này là:

• Tình trạng bề mặt – Bề mặt thô ráp bị oxy hóa nhanh hơn tạo ra màu sắc rõ rệt hơn.
• Ô nhiễm bề mặt – Các tạp chất như rỉ sét, sơn và dầu cũng ảnh hưởng đến màu sắc. Sự nhiễm bẩn có thể làm thay đổi sắc thái nhiệt nhưng phần mở rộng của HAZ không bị ảnh hưởng.
• Tính sẵn có của oxy – Vì việc hạn chế tiếp cận với oxy sẽ làm giảm quá trình oxy hóa, sử dụng lớp phủ điện cực hoặc khí bảo vệ để hàn có thể ảnh hưởng đến màu nhiệt.
• Hàm lượng Chromium – Chromium tăng khả năng chống oxy hóa. Do đó, hàm lượng crom cao hơn làm giảm cường độ của màu nhiệt.

Sự hình thành vùng ảnh hưởng nhiệt

Nguyên nhân hình thành HAZ rõ ràng là do nhiệt. Độ rộng của vùng vẫn phụ thuộc vào một số yếu tố, như độ khuếch tán nhiệt và lựa chọn phương pháp cắt.

Sự dẫn nhiệt

Khả năng khuếch tán nhiệt của kim loại đóng vai trò chính trong việc xác định HAZ sẽ ảnh hưởng đến kim loại như thế nào. Đó là tỷ số giữa độ dẫn nhiệt của kim loại chia cho mật độ và nhiệt dung riêng của nó ở áp suất không đổi.

Nói một cách đơn giản, hệ số khuếch tán nhiệt của kim loại là thước đo tốc độ truyền nhiệt qua cơ thể của nó. Nếu hệ số khuếch tán nhiệt cao thì kim loại càng truyền nhiệt sớm.

Điều này dẫn đến khả năng làm mát nhanh hơn và HAZ sẽ hẹp hơn. Mặt khác, hệ số khuếch tán nhiệt thấp sẽ giữ nhiệt trong kim loại lâu hơn và tạo ra HAZ rộng hơn.

Hệ số khuếch tán nhiệt của thép không gỉ AISI 304 là 4,2 mm ² /s, trong khi đối với thép kết cấu là 11,72 mm ² /s. Điều này có nghĩa là thép kết cấu, khi chịu nhiệt, sẽ tạo ra HAZ nhỏ hơn vì nó sẽ nguội đi nhanh hơn.

Việc tạo ra HAZ cũng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác. Độ rộng vùng phụ thuộc vào lượng nhiệt sinh ra, thời gian tiếp xúc với nhiệt và độ dày vật liệu.

Tấm kim loại mỏng nóng lên nhanh hơn và do đó tạo ra vùng ảnh hưởng nhiệt lớn hơn.