Vùng Ảnh Hưởng Nhiệt Trên Bề Mặt Kim Loại Có Tác Động Gì Tới Chất Lượng?

Bằng kỹ thuật và kinh nghiệm trong lĩnh vực cơ khí chính xác, cụ thể là chế tạo khuôn mẫu ép nhựa và gia công kim loại tấm, Smart Việt Nam xin chia sẻ một vấn đề mà rất ít người quan tâm. Thế nhưng, vấn đề này lại có ảnh hưởng nghiêm trọng tới chất lượng sản phẩm chế tạo từ kim loại.

Vùng ảnh hưởng nhiệt trên bề mặt kim loại là gì?

Vùng ảnh hưởng nhiệt (có ký hiệu HAZ) là điều xảy ra khi kim loại chịu nhiệt độ cao. Nó có tác động tới thiết kế và cấu trúc của kim loại.

Một số quy trình gia công kim loại dẫn đến HAZ thường thấy đó là: cắt cơ học, cắ nhiệt hoặc hàn.

Để làm rõ hơn vấn đề vùng ảnh hưởng trên bề mặt kim loại ta lấy ví dụ cụ thể trong quy trình gia công kim loại tấm. Bởi, chế tạo tấm kim loại hội tụ đủ các nguyên công xử lý gây nên vùng ảnh hưởng bề mặt.

Cắt tấm kim loại bằng phương pháp cắt cơ học, năng lượng cắt chuyển thành nhiệt độ ảnh hưởng tới vùng được cắt gọt mà trực tiếp là tuổi thọ của công cụ cắt và vật liệu kim loại.

Phương pháp cắt nhiệt gồm cắt laser, cắt plasma sử dụng chùm tia lửa điện ở nền nhiệt độ cao lên tới hàng nghìn độ C để loại bỏ phần phoi. Chính vì thế, vùng viền bao của chi tiết, bộ phận kim loại sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ làm bề mặt cháy xém, màu sắc biến đổi.

Tương tự, hàn là phương pháp sử dụng nhiệt độ để làm nóng chảy kim loại thêm vào vị trí cần thiết.

Trong quá trình cắt cơ, cắt nhiệt hay hàn, kim loại có khả năng hấp thụ nhiệt, tức là nhiệt độ sinh ra truyền đi từ mép cắt xuyên qua thân kim loại. Vùng ảnh hưởng nhiệt được hình thành giữa phần kim loại bị nóng chảy và kim loại không bị nóng chảy, tính từ đường viền cắt đến phần bị biến đổi màu sắc người ta gọi đó là HAZ.

Tuy phần kim loại không bị nóng chảy nhưng sức nóng đã dẫn đến những thay đổi trong cấu trúc vi mô của kim loại. Chính những thay đổi trong cấu trúc bởi nhiệt có thể làm giảm sức mạnh ban đầu của chi tiết, bộ phận gia công.

Cách nhận biết vùng ảnh hưởng nhiệt trên kim loại

HAZ có thể được xác định thông qua dải màu sắc trên bề mặt kim loại được gia công. Mức độ ảnh hưởng của HAZ thay đổi theo màu sắc phân bổ trên bề mặt tấm.

Vùng nhiệt độ càng cao khả năng ảnh hưởng tới chất lượng càng lớn.

Nguyên nhân dẫn tới khu vực ảnh hưởng nhiệt

Nhiệt là nguyên nhân chính dẫn tới HAZ. Song độ rộng của vùng ảnh hưởng nhiệt còn phụ thuộc vào các yếu tố như: độ khuếch tán, phương pháp cắt – hàn.

Độ khuếch tán nhiệt

Độ khuếch tán nhiệt của kim loại đóng vai trò chính trong việc xác định HAZ sẽ ảnh hưởng đến kim loại đến đâu. Độ khuếch tán nhiệt của thép không gỉ AISI 304 là 4.2 mm 2 / s, trong khi đối với thép kết cấu ( S235, S275, S355, S420) là 11,72 mm 2 / s. Điều này có nghĩa là thép kết cấu, khi chịu nhiệt sẽ tạo ra HAZ rộng hơn. Đây cũng chính là lý do các tấm kim loại thép không gỉ được sử dụng khá nhiều trong quy trình gia công kim loại tấm tạo sản phẩm cung cấp cho các ngành khác nhau.

Độ dày của tấm kim loại

Tấm kim loại có độ mỏng dễ bị nóng lên nhanh hơn và tạo ra vùng ảnh hưởng nhiệt rộng hơn so với tấm kim loại dày.

Sự lựa chọn phương pháp cắt – hàn

Phương pháp cắt nhiệt và hàn hồ quang đem lại hiệu quả chính xác cao và nhanh cho bộ phận chế tạo, tuy nhiên các phương pháp sẽ sử dụng tối đa nhiệt độ nên vùng ảnh hưởng nhiệt rất rộng.

Dựa trên chính các nguyên nhân gây nên HAZ để đưa ra các giải pháp khắc phục, hạn chế hiệu quả.

Các cách hạn chế vùng ảnh hưởng nhiệt bề mặt kim loại hiệu quả

Lưu ý: Các cách dưới đây chỉ nhằm hạn chế được độ rộng của vùng ảnh hưởng nhiệt chứ không giải quyết triệt đệ sự xuất hiện của HAZ trên bề mặt kim loại, kim loại tấm.

Thứ nhất, độ khuếch tán nhiệt của kim loại là thước đo tốc độ truyền nhiệt qua kết cấu của nó. Nếu độ khuếch tán nhiệt cao, kim loại sẽ có thể truyền nhiệt sớm hơn. Điều này dẫn đến việc làm mát nhanh hơn và HAZ sẽ hẹp hơn.

Hoặc bạn có thể xem xét lựa chọn vật liệu thép không gỉ thay cho vật liệu thép cacbon để hạn chế đi độ khuếch tán nhiệt.

Thứ hai, lựa chọn phương pháp cắt laser thay cho phương pháp cắt plasma. Cắt laser tạo nên vùng ảnh hưởng bề mặt hẹp và độ ảnh hưởng không cao. Bởi khả năng gia công nhanh, nhiệt độ truyền vào 1 khu vực nhỏ.

Một sự lựa chọn khác cho bạn về phương pháp cắt không sinh nhiệt đó là cắt tia nước. Tuy nhiên, cắt tia nước không mang lại hiệu quả và chất lượng cao theo mong muốn như cắt laser CNC.

Theo Smart Việt Nam, cắt lasrer CNC vẫn là phương pháp tối ưu nhất cho gia công kim loại tấm.

Thứ ba, lựa chọn đơn vị hàn kim loại có kinh nghiệm và kỹ thuật chuyên môn tốt. Với những kỹ thuật viên có kinh nghiệm, họ có khả năng hạn chế HAZ bởi tốc độ hàn nhanh và chuẩn xác.

Thứ tư, xử lý bề mặt bằng cách mài, đánh bóng hoặc ủ nóng các bộ phận kim loại sau gia công.

Vùng ảnh hưởng nhiệt là một phần không thể tránh khỏi của quy trình hàn và cắt kim loại nhiệt độ cao. Để dự án chế tạo kim loại tấm của bạn trở nên hoàn hảo, bạn có thể lựa chọn Smart Việt Nam. Chúng tôi sẽ giúp bạn đạt được những giá trị mong muốn.

***Xem thêm: CẮT LASER, CHẤN GẤP, ĐỘT DẬP KIM LOẠI TẤM CHÍNH XÁC CAO – GIÁ RẺ