Công nghệ hàn điện nóng chảy - Chương 6: Đặc điểm công nghệ hàn kim loại màu

1ĐHBK Hanoi 2005 Ngô Lê Thông - B/m Hàn & CNKL 1
6. ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ HÀN 
KIM LOẠI MÀU
6.1 Tính chất hóa lý và ứng dụng hàn của kim loại 
màu
6.2 Vai trò của tạp chất trong kim loại màu khi 
hàn
6.3 Đặc điểm chung của kim loại màu khi hàn
ĐHBK Hanoi 2005 Ngô Lê Thông - B/m Hàn & CNKL 2
6.1 Tính chất hóa lý và ứng dụng hàn của kim loại 
màu
• Khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, hoạt 
tính hóa học ở nhiệt độ cao, đặc biệt ở trạng thái nóng 
chảy. 
• Phân loại kim loại màu:
1. Kim loại nhẹ: Al, Mg và Be, khối lượng riêng tối đa 2,7 g/cm3. 
Nhẹ nhất: Mg.
2. Kim loại nặng: Cu, Ni, Pb, Zn, Au, Ag, Pd và Pt, khối lượng 
riêng tối thiểu 7 g/cm3. Nặng nhất: Pt. Riêng Au, Ag, Pd và Pt 
là các kim loại quý.
3. Kim loại có hoạt tính hóa học và nhiệt độ nóng chảy cao: V, 
W, Hf, Mo, Ta, Ti, Cr và Zr. Ở nhiệt độ cao, đặc biệt là nhiệt 
độ nóng chảy, chúng dễ phản ứng hóa học với các nguyên tố
khác, nhất là các chất khí có trong không khí. Nhiệt độ nóng 
chảy tối thiểu của các kim loại này là 1875 oC (của Cr). 
2ĐHBK Hanoi 2005 Ngô Lê Thông - B/m Hàn & CNKL 3
6.1 Tính chất hóa lý và ứng dụng hàn của kim 
loại màu
• Ứng dụng trong: kỹ thuật hàng không, hóa chất, vận tải... 
• Các kết cấu hàn phổ biến nhất: hợp kim Al, Mg, và Ti.
• Đồng (Cu) và hợp kim đồng: trong ngành chế tạo thiết bị
hóa chất (đường ống, bể chứa) và bình áp lực cho nhiệt độ
thấp.
• Nhôm (Al) và hợp kim nhôm: trong chế tạo các loại bể
chứa cho công nghiệp thực phẩm, hóa chất, và đặc biệt 
trong các thiết bị vận tải (máy bay, tàu biển, tên lửa), trong 
ngành xây dựng.
• Hợp kim titan: trong chế tạo máy bay, tên lửa và các bể
chứa trong các ngành chế tạo thiết bị hóa chất, đóng tàu và 
năng lượng nguyên tử.
• Các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao như Ta, Nb, Hf, Zr 
được dùng chủ yếu trong ngành năng lượng nguyên tử. 
ĐHBK Hanoi 2005 Ngô Lê Thông - B/m Hàn & CNKL 4
6.2 Vai trò của tạp chất
• Hoạt tính đối với các chất khí có trong không khí: ảnh 
hưởng đến tính hàn và đến việc lựa chọn các điều kiện tối 
ưu khi hàn. 
• Nhiều kim loại màu có ái lực mạnh với oxi, nitơ và hydro. 
• Trong kim loại màu, các loại khí này làm giảm đáng kể
tính dẻo, tăng độ bền, độ cứng và khả năng phá hủy giòn 
của chúng. Khi hàn nóng chảy, cần tính đến khả năng kim 
loại màu (ở trạng thái rắn và trạng thái nóng chảy) hấp thụ
các chất khí có trong không khí.
• Ngoài ra, các tạp chất kim loại và á kim như S, Sb, As, Bi, 
Si, P, C, v.v. cũng có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của 
kim loại màu và hợp kim của chúng. Một số có ảnh hưởng 
tích cực (ví dụ, , P là nguyên tố khử oxi trong đồng). 
3ĐHBK Hanoi 2005 Ngô Lê Thông - B/m Hàn & CNKL 5
6.2 Vai trò của tạp chất
T [oC]
Tnc MeO
Tnc Me
Me (L) + MeO (L)
Me (L) + MeO (S)
Me (S) + MeO (S)
Me % khối lượng MeO
Nhóm 1: Al, Mg, Be, Zn, Pb và hợp kim của chúng. Ngoài 
ra, một số hợp kim của đồng và niken với Zn, Sn, Al, v.v. 
cũng thuộc nhóm này. Oxi tác động lên bề mặt. 
Tương tác của 
kim loại màu với 
oxi
ĐHBK Hanoi 2005 Ngô Lê Thông - B/m Hàn & CNKL 6
6.2 Vai trò của tạp chất
T [oC]
Dung dịch (L) 
Me + O
Me % khối lượng MeO
• Ở trạng thái lỏng, chúng tạo với oxi các dung dịch lỏng đồng 
nhất theo các phản ứng cùng tinh, bao tinh, cùng tinh lệch. 
• Sự oxi hóa không chỉ giới hạn tại các lớp bề mặt của hợp kim 
mà còn có thể hình thành dung dịch kim loại – oxi. 
• Lúc đầu oxi được phân bố đều trong pha kim loại lỏng. Chỉ
sau khi bão hòa mới có thể hình thành pha oxit riêng rẽ. 
Nhóm 2: Hầu hết các kim 
loại màu và hợp kim của 
chúng. Có khả năng hòa tan 
oxi ở trạng thái lỏng và rắn: 
Cu, Ni, Pb, Zn, Ag, Pd, Ti, 
Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, Cr và
W.
4ĐHBK Hanoi 2005 Ngô Lê Thông - B/m Hàn & CNKL 7
6.2 Vai trò của tạp chất
• Nhóm 3: Au, Pt, ở trạng thái lỏng và rắn không hòa tan và
không phản ứng với oxi.
• Theo ái lực đối với oxi (xu hướng tạo oxit), Cu và Ni khó tạo 
oxit nhất (khó tạo hơn sắt). 
• Các nguyên tố có ái lực mạnh nhất với oxi là Mg, Al. 
• Các nguyên tố có hoạt tính hóa học cao như Ti, V, v.v. là
những nguyên tố có ái lực mạnh với oxi. 
ĐHBK Hanoi 2005 Ngô Lê Thông - B/m Hàn & CNKL 8
6.2 Vai trò của tạp chất
Tương tác của kim loại màu với 
nitơ:
• Ở nhiệt độ cao, kể cả nhiệt độ
nóng chảy, Cu, Ag, Au, Pt, Pd, 
Ni, Pb không phản ứng với N để
hình thành dung dịch hay nitrit.
• N tạo với Al: nitrit AlN ở nhiệt 
độ quá nhiệt (900 oC), dưới dạng 
màng mỏng hoặc tạp chất phi 
kim loại (nhiệt độ nóng chảy của 
AlN là 2950 oC) trong Al. 
• Ở 660÷700 oC, N kết hợp với 
Mg thành nitrit manhê Mg3N2, 
làm giảm cơ tính và khả năng 
chống ăn mòn của Mg. Ni không 
có phản ứng với N cho đến nhiệt 
độ 1000 oC. 
• Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr và Mo, 
W đều có ái lực mạnh với N và 
đều tạo thành với N các dung 
dịch rắn và nitrit. 
5ĐHBK Hanoi 2005 Ngô Lê Thông - B/m Hàn & CNKL 9
6.2 Vai trò của tạp chất
Tương tác của kim loại màu với hydro:
• H hòa tan mạnh trong hầu hết kim loại màu, 
trừ Au và Ag
• Al, Mg, Be, Cu, Ni, Zn, Pb, Ag, Au, Pt, Pd, 
Cr, Mo và W không tạo thành với H các 
hydrit bền vững mà chỉ tạo thành các dung 
dịch với nó trong các quá trình có thu nhiệt. 
• Khi tăng nhiệt độ, hàm lượng H trong các 
kim loại màu này ở trạng thái rắn và trạng 
thái lỏng cũng tăng, hình a . 
• Mức độ hòa tan H tăng đột ngột khi các kim 
loại này chuyển từ trạng thái rắn sang trạng 
thái lỏng. 
Sự hòa tan của hydro trong 
một số kim loại màu
ĐHBK Hanoi 2005 Ngô Lê Thông - B/m Hàn & CNKL 10
6.2 Vai trò của tạp chất
Tương tác của kim loại màu với hydro:
• Ti, Zr, Hf, V, Nb và Ta tạo thành với H các hydrit bền vững; 
• Chúng có khả năng hòa tan một lượng lớn H. 
• Quá trình hấp thụ H của các kim loại này kèm theo tỏa nhiệt. 
• Trong điều kiện áp suất không đổi, hàm lượng H trong các 
kim loại này giảm khi nhiệt độ tăng, mặc dù có sự tăng đột 
ngột hàm lượng khi kim loại chuyển sang trạng thái lỏng.
Sự hòa tan của hydro trong một 
số kim loại màu
6ĐHBK Hanoi 2005 Ngô Lê Thông - B/m Hàn & CNKL 11
6.2 Vai trò của tạp chất
Tương tác của kim loại màu với các tạp chất khác:
• Hầu hết tạp chất khí, kim loại và á kim trong kim loại 
màu đều làm suy giảm:
– Các tính chất hóa lý, 
– Khả năng gia công và tính hàn, 
– Đồng thời làm tăng khả năng phá hủy giòn của chúng. 
– Vì vậy hàm lượng tạp chất trong kim loại màu thường được 
khống chế trong các tiêu chuẩn công nghiệp. 
• Tương tác của các tạp chất với kim loại màu mang tính 
đa dạng: 
– Các tạp chất có thể tham gia vào dung dịch rắn, tạo thành hợp 
chất hoặc tồn tại dưới dạng pha riêng biệt trong kim loại màu. 
– Ngoại trừ cacbon có thể hòa tan trong dung dịch rắn dưới dạng 
nguyên tố xen kẽ, các tạp chất khác có thể hoà tan trong dung 
dịch rắn với kim loại màu dưới dạng nguyên tố thay thế. 
ĐHBK Hanoi 2005 Ngô Lê Thông - B/m Hàn & CNKL 12
6.3 Đặc điểm chung về tính hàn
1. Có ái lực mạnh với oxi.
2. Oxit của chúng có thể có nhiệt độ nóng chảy cao hơn bản 
thân các kim loại đó (và hợp kim của chúng).
3. Một số (ví dụ Cu, Mg, Al) có độ dẫn nhiệt và nhiệt dung 
riêng cao. 
4. Chênh lệch lớn giữa nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của 
một số thành phần tạo nên hợp kim. 
5. Một số kim loại và hợp kim có cơ tính sút giảm mạnh khi bị
nung. 
6. Hòa tan (khi ở trạng thái lỏng) một lượng nhất định khí từ 
môi trường xung quanh (trừ khí trơ), đồng thời tạo phản ứng 
hóa học với các loại khí này (khi ở trạng thái lỏng và rắn).