Bài giảng công nghệ hàn điện nóng chảy chi tiết, chuẩn nhất

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

C H Ư Ơ N G 1 :

K H Á I N I Ệ M C H U N G V Ề H À N T H É P

1 . 1 P h â n lo ạ i th é p d ù n g c h o c h ế tạ o k ế t cấ u h à n 1 . 2 T í n h h à n c ủ a t h é p 1 . 3 N ứ t v à đ ộ l à n h l ặ n c ủ a liê n k ế t h à n th é p 1 . 4 T iê u c h í lự a ch ọ n c ô n g n g h ệ v à c h ế đ ộ n h i ệ t

c h o h à n th é p

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1 . 1 P H Â N L O Ạ I T H É P D Ù N G C H O C H Ế T Ạ O K Ế T C Ấ U H À N

•

T h é p đ ư ợ c p h â n l o ại th e o n h ữ n g ti ê u c h í n à o :

–

C ô n g n g h ệ h à n đi ệ n n ó n g c h ả y . N g u y ễ n V ă n T ự 1 9 8 0 , N g ô L ê T h ô n g 2 0 0 5 . L ư u ý ả n h h ư ở n g c ủ a c á c t h a y đ ổ i tr o n g c ô n g n g h ệ l u y ệ n t h é p đ ế n c h ấ t lư ợ n g t h é p. P h â n l o ại: t h e o II W , t h e o A I S I, v . v.

1 . 1 T h é p c a c b o n 1 . 2 T h é p k ế t c ấ u h ợ p k i m th ấ p 1 . 3 T h é p h ợ p k i m t h ấ p 1 . 4 T h é p h ợ p k i m c a o

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1 . 1 P H Â N L O Ạ I T H É P D Ù N G C H O C H Ế T Ạ O K Ế T C Ấ U H À N

1 . 1. 1 T h é p c a c b o n ( T C V N 1 7 6 5 : 1 9 7 5 T h é p c a c b o n k ế t c ấ u t h ô n g t h ư ờ n g – M á c

t h é p v à y ê u c ầ u k ỹ t h u ậ t; T C V N 1 7 6 6 : 1 9 7 5 T h é p c a c b o n k ế t c ấ u c h ấ t lư ợ n g t ốt – M á c t h é p v à y ê u c ầ u k ỹ t h u ậ t) Đ ị n h n g h ĩ a:

•

C ơ tí n h c ủ a t h é p p h ụ t h u ộ c v à o :

•

T h é p c a c b o n t h ấ p / c ự c t h ấ p :

•

T h é p c a c b o n t h ấ p đ ã n h i ệ t lu y ệ n :

•

T h é p c a c b o n – m a n g a n :

•

T h é p c a c b o n tr u n g bì n h :

•

T h é p c a c b o n c a o :

•

T h é p c a c b o n c ự c c a o :

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1. 1 P H Â N L O Ạ I T H É P D Ù N G C H O C H Ế T Ạ O K Ế T C Ấ U H À N

1. 1. 2 T h é p k ết cấ u h ợ p ki m th ấ p (t h é p h ợ p k i m t h ấ p đ ộ b ề n ca o) Đ ị n h n g h ĩa:

• •

•

T h é p kết c ấ u bề n ăn m ò n k h í q u y ể n:

•

T h é p cá n c ó kiể m so át ( C R ):

•

T h é p ít perlit:

•

T h é p h ợ p ki m vi lư ợ n g:

•

T h é p ferit hìn h kim :

•

T h é p 2 ph a ferit – m a cte n zit:

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1.1 PH Â N LO ẠI TH É P DÙ N G C H O C H Ế TẠ O K Ế T CẤ U H À N

1.1.3 Thép hợp kim thấp Định nghĩa:

• •

Thép tôi và ram nồng độ cacbon thấp:

•

Thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình:

•

Thép chịu nhiệt Cr – Mo/ Cr – Mo – V:

•

N gô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, Đ H B K Hanoi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1 . 1 P H Â N L O Ạ I T H É P D Ù N G C H O C H Ế T Ạ O K Ế T C Ấ U H À N

• •

1. 1. 4 T h é p h ợ p k i m c a o Đ ị n h n g h ĩa:

•

T h é p k h ô n g gỉ cr o m ( F v à M / F - M )

•

T h é p k h ô n g gỉ a u ste n it ( A )

•

T h é p k h ô n g gỉ d u p le x ( F - A )

•

T h é p k h ô n g gỉ bi ế n c ứ n g k ết t ủ a

•

T h é p m a r a g i n g :

•

T h é p a u s te nit m a n g a n :

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1. 2 T Í N H H À N C Ủ A T H É P V À C Á C C H Ỉ TIÊ U C Ơ B Ả N C Ủ A T Í N H H À N

1. 2. 1 M ộ t số k h á i niệ m c ơ b ả n 1. 2. 2 C h u trìn h n hi ệt h à n v à tín h c h ất v ù n g ả n h h ư ở n g

n hi ệt

1. 2. 3 G i ả n đ ồ p h â n h ủ y c ủ a a u st e nit v ù n g ả n h h ư ở n g

n hi ệt v à kim l o ạ i m ối h à n

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1.2.1 M ột số khái niệm c ơ bản v ề tín h hàn

Đ ị n h ng hĩa A W S :

•

IS O 5 8 1:19 8 0:

1. 2. 3.

M ố i hàn làn h lặn, kh ô n g n ứt C ơ tính thích h ợ p D u y trì tính chất khi vận hàn h

•

C á c chỉ tiêu đán h giá tính hà n:

1. 2. 3.

… … … . (liên qua n đến chế độ n hiệt) … … … . (liên qua n đến khả năn g nứt) … … …

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L, Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1. 2. 2 C h u trì n h n hi ệt h à n v à tín h c h ất v ù n g ả n h h ư ở n g n hiệt

• • •

Đ ị n h n g h ĩ a ( h ì n h v ẽ m i n h h ọ a ): Ý n g h ĩ a c ủ a v i ệ c tín h t o á n : K h i n à o c ầ n x á c địn h c h u trì n h n h i ệt h à n:

T h é p (lo ại n à o ) : T h ô n g s ố t h ời g ia n n g u ội 8 0 0 – 5 0 0 o C là gì:

G i á trị tiê u bi ể u c h o t ừ n g l o ại q u á trì n h h à n:

H ợ p kim tita n

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1 . 2. 3 G i ả n đ ồ p h â n h ủ y c ủ a a u s t e n it v ù n g ả n h h ư ở n g n h i ệ t v à k i m lo ạ i m ố i h à n C á c l o ạ i t h é p c ó c h u y ể n b i ế n p h a ở tr ạ n g t h ái r ắ n

•

G i ả n đ ồ p h â n h ủ y c ủ a a u s t e n it (t ạ i k h u v ự c n à o c ủ a liê n k ế t h à n ) k h i h à n c ó ý n g h ĩ a gì ?

•

G i ả n đ ồ p h â n h ủ y k h ô n g đ ẳ n g n h i ệt c h o h à n (C C T d i a g r a m s ). Ý n g h ĩ a.

1 0

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1 . 3 N Ứ T V À Đ Ộ L À N H L Ặ N C Ủ A L I Ê N K Ế T H À N T H É P

1 . 3 . 1 K h á i n i ệ m , p h â n l o ạ i n ứ t: li ê n q u a n đ ế n k h á i n i ệ m k h u y ế t t ật 2

c h i ề u , 3 c h i ề u . C h ủ y ế u : t h é p .

1 . 3 . 2 N ứ t n ó n g :

t h ờ i g i a n v à n h i ệ t đ ộ h ì n h t h à n h .

1 . 3 . 3 N ứ t n g u ộ i:

t h ờ i g i a n v à n h i ệ t đ ộ h ì n h t h à n h :.

1 . 3 . 4 N ứ t t ầ n g :

y ế u t ố tí n h c h ấ t v à h ư ớ n g c h ị u t ải.

1 . 3 . 5 N ứ t d o r a m m ố i h à n :

t h ờ i g i a n h ì n h t h à n h .

1 1

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1.3.1 K h ái niệm , ph â n lo ại nứt

•

• •

Tín h hàn đ òi hỏi: liên kết hàn làn h lặn, có tính chất đáp ứ n g yêu cầu vậ n hàn h. Đ ộ làn h lặn: đán h giá ch ủ yế u th ô n g q u a khả năn g hình thà n h n ứt. C á c loại tính hàn:

–

T ốt

–

B ả o đả m

–

K é m

•

P h â n loại n ứt ch ủ yế u the o dải n hiệt độ xuất hiện (nh ư trang trư ớ c).

1 2

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L, Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1 . 3 . 2 N ứ t n ó n g

•

N ơ i x u ấ t hi ệ n

•

C h ỗ x u ấ t hi ệ n

•

N g u y ê n n h â n :

•

Đ ặ c đ i ể m c h u n g :

D ả i n h i ệ t đ ộ :

1 .

K h ả n ă n g biế n d ạ n g :

2 .

D ạ n g t ồ n t ại:

3 .

•

C ơ c h ế h ì n h t h à n h :

1 3

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1 . 3 . 2 N ứ t n ó n g

C á c y ế u t ố ả n h h ư ở n g đ ế n n ứ t n ó n g

•

C á c d ạ n g n ứ t n ó n g :

1 .

T r o n g k i m l o ạ i m ố i h à n :

2 .

T r o n g v ù n g ả n h h ư ở n g n h i ệ t:

•

Đ á n h g i á k h ả n ă n g n ứ t n ó n g :

•

B i ệ n p h á p p h ò n g c h ố n g :

1 4

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1. 3.3 N ứ t n g u ội

N ơ i x u ấ t hiệ n:

•

C h ỗ x u ất hiệ n:

•

N g u y ê n n h â n:

•

Đ i ề u kiệ n hì n h th à n h:

L ư ợ n g h y d r o k h u y ế c h tá n:

T ổ c h ứ c ki m l o ại n h ạ y c ả m :

S ự t ồ n tại c ủ a ứ n g s u ất k é o:

N h i ệt đ ộ th ấ p:

1 5

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1. 3.3 N ứ t n g u ội

Đ á n h gi á k h ả n ă n g hìn h th à n h

•

C á c biệ n p h á p h ạ n c h ế:

K i ể m s o át n ồ n g đ ộ h y d r o:

K i ể m s o át tổ ch ứ c tế vi:

K i ể m s o át đ ộ cứ n g v ữ n g:

K i ể m s o át n hiệt đ ộ:

1 6

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1. 3.4 N ứ t tần g

•

N ơ i x u ất hiệ n :

•

H ì n h d ạ n g:

•

N g u y ê n n h â n :

T í n h c h ất th é p th e o h ư ớ n g c hiề u d à y:

C ô n g n g h ệ v à c h ế độ h à n:

K ế t c ấ u :

1 7

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1. 3.4 N ứ t tần g

•

Đ á n h giá k h ả nă n g h ình t h à n h:

T h ử m ẫ u :

T í n h t o á n :

•

C á c bi ệ n p h á p h ạ n c h ế :

C h ọ n kim l o ại c ơ b ả n:

H à n đ ắ p lớ p l ót:

V ậ t liệ u h à n t hí c h h ợ p :

K i ể m s o á t n hi ệt đ ộ :

B i ệ n p h á p k ết c ấ u:

1 8

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1 . 3 . 5 N ứ t d o r a m m ố i h à n

P h ạ m v i x u ấ t hi ệ n ( l o ạ i k ế t c ấ u , k i m l o ạ i c ơ b ả n ) :

•

P h â n lo ạ i v à b i ệ n p h á p p h ò n g c h ố n g :

1 .

N ứ t tr o n g d ả i 2 0 0 – 3 0 0 o C :

1 9

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1 . 3 . 5 N ứ t d o r a m m ố i h à n

•

P h â n lo ạ i v à b i ệ n p h á p p h ò n g c h ố n g :

2 .

N ứ t tr o n g v ù n g q u á n h i ệ t c ủ a v ù n g ả n h h ư ở n g n h i ệ t:

3 .

N ứ t d ư ớ i m ố i h à n đ ắ p :

2 0

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1 . 4 C H Ỉ T I Ê U L Ự A C H Ọ N C Ô N G N G H Ệ V À C H Ế Đ Ộ N H I Ệ T C H O H À N T H É P

1 . 4. 1 T h é p c á n trư ớ c k h i h à n v à k h ô n g n h i ệ t l u y ệ n s a u k h i h à n •

C h ỉ ti ê u :

Đ ộ d ai v a đ ậ p tố i t hi ể u c ầ n t hiết: t ố c đ ộ n g u ộ i t ối ư u .

–

H i ệ n t ư ợ n g h ó a gi à: n ồ n g đ ộ O , N , H .

–

N ứ t n ó n g : n ồ n g đ ộ M n , S.

2 1

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1 . 4 C H Ỉ T I Ê U L Ự A C H Ọ N C Ô N G N G H Ệ V À C H Ế Đ Ộ N H I Ệ T C H O H À N T H É P

1 . 4 . 2 T h é p t h ư ờ n g h ó a h o ặ c t h é p t ô i v à r a m c a o t r ư ớ c k h i h à n

v à n h i ệ t l u y ệ n s a u k h i h à n C h ỉ ti ê u :

•

Y ê u c ầ u v ề đ ộ b ề n v à c ơ t í n h

–

C h ế đ ộ h à n : c h ố n g n ứ t n g u ộ i. T ố c đ ộ n g u ộ i c h o p h é p c a o n h ấ t.

–

C h ố n g s u y g i ả m đ ộ b ề n t ạ i k h u v ự c r a m c a o c ủ a v ù n g ả n h h ư ở n g n h i ệ t

2 2

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1 . 4 C H Ỉ T I Ê U L Ự A C H Ọ N C Ô N G N G H Ệ V À C H Ế Đ Ộ N H IỆ T C H O H À N T H É P

1 . 4. 3 T h é p th ư ờ n g h ó a h o ặ c r a m c a o trư ớ c k h i h à n v à k h ô n g

n h i ệ t lu y ệ n s a u k h i h à n C h ỉ ti ê u :

•

L o ạ i k ế t c ấ u

–

Y ê u c ầ u v ề k h ả n ă n g c h ố n g p h á h ủ y g i ò n

–

C h ế đ ộ h à n : c h ố n g n ứ t n g u ộ i k h i k h ô n g r a m v à tr á n h tă n g k í c h t h ư ớ c h ạt. T ố c đ ộ n g u ộ i tro n g k h o ả n g t ối ư u .

2 3

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

1. 4 C H Ỉ TI Ê U L Ự A C H Ọ N C Ô N G N G H Ệ V À C H Ế Đ Ộ N H IỆ T C H O H À N T H É P

1. 4. 4 T h é p ủ trư ớ c k hí h à n v à n hiệ t lu y ệ n sa u k hi h à n •

C h ỉ tiêu:

L o ại v ật liệ u c ơ b ả n

–

Y ê u c ầ u gi ố n g n h ư tại 1. 4 .2 (tố c đ ộ n g u ội c h o p h é p c a o n h ấ t): b ả o đ ả m k h ô n g n ứ t n g u ội tr ư ớ c k hi ram v ật h à n.

2 4

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

C H Ư Ơ N G 2 : C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P C A C B O N V À T H É P K Ế T C Ấ U H Ợ P K I M T H Ấ P

2. 1 C ô n g n g h ệ h à n t h é p c a c b o n th ấ p v à t h é p k ết

c ấ u h ợ p kim t h ấ p

2. 2 C ô n g n g h ệ h à n t h é p h ợ p k i m vi lư ợ n g 2. 3 C ô n g n g h ệ h à n t h é p c a c b o n tru n g bìn h v à t h é p

c a c b o n c a o

N g ô L ê T h ô n g , B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

2 . 1 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P C A C B O N T H Ấ P V À T H É P K Ế T C Ấ U H Ợ P K I M T H Ấ P

2 . 1. 1 T h à n h p h ầ n v à tí n h c h ấ t ki m lo ạ i c ơ b ả n 2 . 1. 2 S ự hìn h t h à n h m ố i h à n v à v ù n g ả n h h ư ở n g

n h i ệt

2 . 1. 3 C ô n g n g h ệ h à n t h é p c a c b o n th ấ p v à t h é p k ết

c ấ u h ợ p k i m t h ấ p

2 . 1. 4 C ô n g n g h ệ h à n m ộ t s ố l o ại th é p k ế t c ấ u h ợ p

k i m th ấ p điể n hì n h

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

2.1 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P C A C B O N T H Ấ P V À T H É P K Ế T C Ấ U H Ợ P K I M T H Ấ P

2.1.1 T h à n h ph ầ n v à tính c h ất ki m lo ại c ơ bả n • • • 1.

N ồ n g đ ộ cac b o n tro n g th é p cac b o n: 0,06 ÷ 0, 9 % (c h ế tạo m á y); T h é p cac b o n k ết cấ u th ô n g th ư ờ n g: < 0,2 5 % T h é p s ô i: m a x. 0,0 7 % S i. T h é p lặ n g mi n . 0,1 2 % Si. T h é p cac b o n kết cấ u th ô n g th ư ờ n g (thé p th ô n g d ụ n g):

T h é p cac b o n kết cấ u c h ấ t lư ợ n g tốt (thé p c h ất lư ợ n g ca o):

T h é p k ế t cấ u h ợ p ki m th ấ p (thép h ợ p k i m thấ p ít cac b o n, thé p h ợ p ki m thấ p đ ộ bề n ca o ):

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

2.1 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P C A C B O N T H Ấ P V À T H É P K Ế T C Ấ U H Ợ P K I M T H Ấ P 2. 1.2 S ự hìn h th à n h m ối h à n và vù n g ả n h h ư ở n g

n hiệt

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

M ố i h à n

a) T ổ c h ứ c th ô đ ại ki m lo ại c ơ b ả n và kim l oại m ố i hà n b) M ột ph ầ n tổ ch ứ c ki m loại m ố i hà n 1 – V ù n g h ạt mị n p h át triển the o lớ p (b ề m ặt k ết tin h p h ẳ n g); 2 – K ết tinh d ạ n g hình ki m; 3 – K ết tin h dạ n g hìn h kim – n h á n h câ y; 4 – C á c hạt ki m lo ại n ó n g c h ả y bị q u á n hiệt.

C ấ u trú c ki m lo ại m ối h à n khi kết tin h N g ô L ê T h ô n g , B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

2.1 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P C A C B O N T H Ấ P V À T H É P K Ế T C Ấ U H Ợ P KI M T H Ấ P

2.1.2 S ự hình thà n h m ố i hà n và v ù n g ả n h h ư ở n g n hiệt

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

V ù n g ản h h ư ở n g n hiệt càn g h ẹ p cà n g tốt.

N g ô L ê T h ô n g , B/ m H à n C N K L, Đ H B K H a n oi

2. 1 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P C A C B O N T H Ấ P V À T H É P K Ế T C Ấ U H Ợ P K I M T H Ấ P

2. 1. 3 C ô n g n g h ệ h à n t h é p c a c b o n t h ấ p v à th é p k ết

c ấ u h ợ p kim t h ấ p:

• T í n h h à n tốt. • C ơ tín h liê n k ết h à n p h ụ th u ộ c v à o:

– T h à n h p h ầ n h ó a h ọ c m ối hà n

N g ô L ê T h ô n g , B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

2. 1 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P C A C B O N T H Ấ P V À T H É P K Ế T C Ấ U H Ợ P K I M T H Ấ P

2. 1.3 C ô n g n g h ệ h à n thé p c a c b o n th ấ p v à thé p kết

c ấ u h ợ p kim t h ấ p:

• T í n h h à n tốt. • C ơ tính liê n k ết hà n p h ụ thu ộ c v à o:

– T ổ

c h ứ c ki m

loại m ối hà n và v ù n g ả n h h ư ở n g nhiệt

– C h ế độ n hiệt k h i hà n:

N g ô L ê T h ô n g , B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

2.1 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P C A C B O N T H Ấ P V À T H É P K Ế T C Ấ U H Ợ P K I M T H Ấ P

2.1.3 C ô n g n g h ệ h à n thé p cacb o n thấ p và thé p kết

cấ u hợ p kim t hấ p:

• Đ ặ c điể m c ô n g n g h ệ v à k ỹ th u ật hàn

– S ử d ụ n g đồ gá hà n hoặc h à n đính để gá lắp hà n. X e m lại phầ n

h à n đính (học k ỳ trướ c).

– L à m sạch trư ớ c k hi hà n.

– S ử d ụ n g các loại quá trình hà n n ó n g c hả y: ch ú ý tỷ lệ tham gia c ủa ki m loại c ơ b ả n và o m ối hà n khi hà n thé p kết cấ u h ợ p ki m thấ p.

N g ô L ê T h ô n g , B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

2 . 1 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P C A C B O N T H Ấ P V À T H É P K Ế T C Ấ U H Ợ P K I M T H Ấ P

2 . 1 . 3 C ô n g n g h ệ h à n th é p c a c b o n t h ấ p v à t h é p k ế t

c ấ u h ợ p k i m t h ấ p :

• C ô n g n g h ệ h à n h ồ q u a n g t a y :

– K ế t c ấ u t h ô n g t h ư ờ n g t ừ t h é p c a c b o n t h ấ p :

– V ớ i t h é p k ế t c ấ u h ợ p k i m t h ấ p :

– V ớ i k ế t c ấ u q u a n tr ọ n g t ừ c ả 2 lo ạ i t h é p đ ó :

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

2.1 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P C A C B O N TH Ấ P V À T H É P K Ế T CẤ U H Ợ P KIM T H Ấ P

2.1.3 Công nghệ hàn thép cacbon thấp và thép kết cấu

hợp kim thấp:

• Công nghệ hàn hồ quang tay:

Ki m loại cơ bản

M ác que hàn - Loại que hàn

Thép cacbon thấp

O ZS-4 G O ST E46 (A W S E6013, ISO E433R25, DIN E4330R3) O ZS-3 G O ST E46 (A W S E7024, ISO E432R R16046, DIN E4320R R1 1160, EN E38A R R 74) O ZS-4I G O ST E46 (A W S E6012, ISO E433 A R 24, DIN E4330 A R7, EN E38 A R12) M R-3 M G O S T E46 (A W S E6012, ISO E433 A R24, DIN E4330 A R7, EN E38 A R12) O ZS-12I G O ST E46 (A W S E6012, ISO E433 A R24, DIN E4330 A R7) O ZS-6 G O ST E46 (A W S E6020, ISO E430R R12023, DIN E4300R R1 1120, EN E38A R R 32)

Thép kết cấu hợp ki m thấp

U O NI-13/45 G O ST E42 A (ISO E434 B20, DIN E4340 B 10,E N E35 A B 22 H10) O ZS-33 G O ST E50 A (A W S E7016, ISO E514 B24, DIN E5140B10, E N E38 A B12H 10)

Thép cacbon thấp cho kết cấu quan trọng

M R-3 G O ST E46 (A W S E6013, ISO E433R23, EN E38A R 12) O ZS-12 G O ST E46 (A W S E6013, ISO E432R12, DIN E4330 R3, EN E38 A R 12) U O NI-13/55K G OST E46 A (ISO E433 B20 H, DIN E4330B10 H, EN E38 A B 22 H10) U O NI-13/55 G O ST E50 A (A W S E7015, IS O E514 B20, DIN E5140 B10, EN E380 B22 H10)

U O NI-13/55K G OST E46 A (ISO E433 B20 H, DIN E4330B10 H, EN E38 A B 22 H10) U O NI-13/55 G O ST E50 A (A W S E7015, IS O E514 B20, DIN E5140 B10, EN E380 B22 H10)

Thép kết cấu hợp ki m thấp cho kết cấu quan trọng

N gô Lê Thông, B/ m Hàn C N K L, Đ H B K Hanoi

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

2 . 1 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P C A C B O N T H Ấ P V À T H É P K Ế T C Ấ U H Ợ P K I M T H Ấ P

2 . 1. 3 C ô n g n g h ệ h à n t h é p c a c b o n th ấ p v à t h é p k ết

c ấ u h ợ p k i m t h ấ p :

• C ô n g n g h ệ h à n h ồ q u a n g d ư ớ i l ớ p t h u ố c:

– T h é p c a c b o n t h ấ p :

– V ớ i t h é p k ết c ấ u h ợ p kim t h ấ p:

– L ư u ý c h ế đ ộ n h i ệt h à n đ ối v ới c á c l o ại t h é p k h á c n h a u:

1 1

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

2 . 1 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P C A C B O N T H Ấ P V À T H É P K Ế T C Ấ U H Ợ P K I M T H Ấ P

2 . 1. 3 C ô n g n g h ệ h à n t h é p c a c b o n t h ấ p v à t h é p k ế t c ấ u h ợ p

k i m t h ấ p :

• H à n tro n g m ô i tr ư ờ n g k hí b ả o v ệ:

– T h à n h p h ầ n k hí: – T ạ p c h ấ t tr o n g C O 2 ả n h h ư ở n g đ á n g k ể đ ế n tí n h c h ất k i m l o ại

m ố i h à n .

– K h i h à n b á n t ự đ ộ n g tr o n g C O 2, d â y h à n n h ỏ (t ối đ a 1, 2 h o ặ c 1 , 6 m m ) . D â y h à n t h ư ờ n g l à d â y t h é p h ợ p ki m C в - 0 8 Г C , C в - 0 8 Г 2 C

– K h i h à n t h é p h ợ p ki m t h ấ p l o ại 1 4 X Г C , 1 0 X C H Д , 1 5 X C H Д , c ũ n g n h ư t h é p c a c b o n t h ấ p C т 1 v à C т 2 ( t h é p l ặ n g ), c ó t h ể d ù n g d â y h à n C в - 1 2 Г C .

– K h i đi ệ n á p h ồ q u a n g t ă n g , c á c n g u y ê n t ố h ợ p k i m s ẽ bị o x y

1 2

h ó a n hi ề u h ơ n, là m gi ả m c ơ tí n h m ố i h à n.

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

2. 1 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P C A C B O N T H Ấ P V À T H É P K Ế T C Ấ U H Ợ P K I M T H Ấ P

2. 1.3 C ô n g n g h ệ h à n thé p c a c b o n th ấ p v à thé p kết

c ấ u h ợ p kim t h ấ p:

• H à n đ iệ n xỉ:

– S ử d ụ n g r ộ n g rãi ch o hà n các k ết cấ u tấ m d à y t ừ thé p

c a c b o n thấ p v à thé p h ợ p kim t h ấ p .

– Đ ộ b ề n m ối hà n: th ô n g q u a h ợ p kim h ó a từ dâ y h à n

v à ki m loại cơ b ả n.

– N h i ệt lu y ệ n sa u k hi h à n: giả m ứ n g s u ất d ư, cải thiệ n

tổ c h ứ c ki m l oại và tín h c h ất liên kế t hà n.

– D â y h à n v à thu ố c h à n: c h ọ n th e o thà n h p h ầ n v à tín h

1 3

c h ất kim l o ại c ơ b ả n.

N g ô L ê T h ô n g , B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

2. 1 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P C A C B O N T H Ấ P V À T H É P K Ế T C Ấ U H Ợ P K I M T H Ấ P

2. 1. 4 C ô n g n g h ệ h à n th é p k ế t c ấ u h ợ p ki m th ấ p đ iể n hì n h: •

H à n t h é p k ết cấ u b ề n ă n m ò n k hí q u y ể n C O R - T E N (t h é p A S T M A 3 7 4 / 3 7 5 ), 1 0 X C H Д , 1 5 X C H Д , S M 4 9 0 A , F e 3 5 5 W ( T C V N 6 5 2 1: 1 9 9 9 ) …

– Đ ộ b ề n t ố i thiể u 4 8 0 M P a , C r v à C u ( N i): c h ố n g ă n m ò n c a o tr o n g k h í q u y ể n. N h à c a o tầ n g v à c ầ u. T h à n h p h ầ n % tiê u b i ể u: m a x . 0, 1 2 C ; 0, 2 5 ÷ 0, 7 5 S i; m a x 0,6 0 M n ; m a x 0, 0 5 S ; 0 ,0 7 ÷ 0, 1 5 P ; 0, 3 0 ÷ 1, 2 5 C r; 0, 2 5 ÷ 0, 5 5 C u ; m a x 0, 6 5 N i.

– C h ọ n v ật liệ u h à n:

•

T h é p c a c b o n t h ấ p c hị u lạ n h, t h é p c hị u lạ n h c h ứ a 2, 2 5 % ; 3 , 5 % ; 5 % ; 9 % Ni; th é p c ốt b ê t ô n g ( T C V N 3 1 0 4 : 1 9 7 9 v à T C X D 2 2 7: 1 9 9 9 ).

1 4

N g ô L ê T h ô n g , B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

2 . 2 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P H Ợ P K I M V I L Ư Ợ N G

2 . 2 . 1 T h à n h p h ầ n v à tí n h c h ấ t k i m l o ạ i c ơ b ả n – A I S I : g ọ i l à t h é p H S L A . – T h ự c c h ấ t c h ỉ l à t h é p c a c b o n t h ấ p c h ứ a m ộ t l ư ợ n g n h ỏ N b , T i, V ,

A l , T a , v à Z r ( d ạ n g c a c b i t, n itrit h o ặ c c a c b o n it r it). T C V N 6 2 5 9 - 7 : 1 9 9 7 g ọ i l à t h é p c a c b o n t h ấ p c ư ờ n g đ ộ c a o .

– T ổ n g l ư ợ n g c á c n g u y ê n t ố h ợ p k i m v i l ư ợ n g k h ô n g v ư ợ t q u á 0 , 1 5 % ( c h ú n g l à m t ă n g tí n h d ẻ o v à g i ả m n h i ệ t đ ộ c h u y ể n ti ế p c ủ a t h é p ). – K h ô n g c ó q u y đ ịn h c h ặ t c h ẽ đ ố i v ớ i t h à n h p h ầ n h ó a h ọ c c ủ a c h ú n g – T i ê u b i ể u : C t ố i đ a 0 , 2 2 % ; M n 1 , 0 ÷ 1 , 5 % ; S i k h o ả n g 0 , 3 % ; S , P t ố i

đ a 0 , 0 4 % t ừ n g n g u y ê n t ố.

L o ạ i t h é p

G i ớ i h ạ n c h ả y

Đ ặ c đ i ể m h ợ p k i m h ó a

Đ ộ b ề n [ M P a ]

[ M P a ]

Đ ộ d ã n d à i t ư ơ n g đ ố i m i n ., 5 d [ % ]

A l , h o ặ c V , N b , Z r , T i A l , N b , V , T i A l , N b , V , T i

2 2 2 0 2 0

3 5 3 3 9 2 4 4 1

5 4 0 ÷ 6 3 8 5 4 0 ÷ 6 8 7 5 6 9 ÷ 7 3 6

C l a s s 3 6 C l a s s 4 0 C l a s s 4 5

1 5

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

2. 2 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P H Ợ P K I M V I L Ư Ợ N G

2. 2. 1 T h à n h p h ầ n v à tín h c h ất ki m lo ại c ơ bả n – C a c b o n: tă n g t ỷ lệ p e clit v à độ b ề n; làm gi ả m đ ộ dai va đ ậ p. M a x . 0, 2 0 % . M n l à m mị n h ạ t per clit n h ư n g c ũ n g c ó gi ới h ạ n trê n n h ất đị n h.

– F e rit đ ư ợ c b ề n h ó a b ằ n g d u n g dị c h rắ n :

– F e rit đ ư ợ c b ê n h ó a b ằ n g p h a p h â n tá n:

– B ề n h ó a thé p t h ô n g q u a là m mị n h ạt (cá n c ó kiể m s o át h o ặ c t hư ờ n g

h ó a ):

1 6

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

2 . 2 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P H Ợ P K I M V I L Ư Ợ N G

2 . 2 . 2 T í n h h à n c ủ a t h é p h ợ p k i m v i l ư ợ n g – K h ó h à n h ơ n s o v ớ i th é p c a c b o n t h ấ p :

v ớ i t h é p h ợ p k i m v i l ư ợ n g N b

C w

v ớ i t h é p h ợ p k i m v i l ư ợ n g V - N

C w

Mn 10 Mn 10

V 3

•

C w = 0 , 3 5 ÷ 0 , 4 5 , c ầ n c ó q d ≤ 3 5 k J / c m k h i h à n d ư ớ i l ớ p th u ố c v à h à n t r o n g m ô i trư ờ n g C O 2 . K h i C w > 0 , 4 5 , c h ỉ n ê n h à n b ằ n g q u á trìn h h à n h ồ q u a n g t a y b ằ n g c á c q u e h à n c ó đ ộ b ề n v à đ ộ d a i v a đ ậ p t ư ơ n g đ ư ơ n g v ớ i k i m l o ạ i c ơ b ả n .

1 7

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

2. 2 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P H Ợ P K I M V I L Ư Ợ N G

2. 2. 3 C ô n g n g h ệ h à n th é p h ợ p ki m vi l ư ợ n g K h ô n g c ầ n n u n g n ó n g s ơ b ộ k hi chi ề u d à y n h ỏ •

•

S ử d ụ n g m ọi l o ạ i q u á trìn h h à n h ồ q u a n g

V ậ t liệ u tấ m A S T M A 5 7 2, c ấ p th é p

L o ại q u e h à n t h e o A W S

E 7 0 1 6, E 7 0 1 8 E 7 0 1 6, E 7 0 1 8 E 8 0 1 6 - C 3 , E 8 0 1 8 - C 3

G r . 4 2, 4 5 G r . 5 0, 5 5 G r . 6 0, 6 5

S A W : d â y h à n n ồ n g đ ộ M n tr u n g bì n h. F C A W : d â y h à n E 7 0 T - 1 , E 7 0 T - 4 G M A W : d â y h à n E 7 0 S - 3 v à E 7 0 S - 1 B

1 8

N g ô L ê T h ô n g , B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

2. 3 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P C A C B O N T R U N G B Ì N H V À T H É P C A C B O N C A O

2. 3.1 C ô n g n g h ệ h à n thé p ca c b o n tru n g bìn h •

V ai trò củ a cac b o n đ ối v ới n ứt k hi hà n:

•

C á c biệ n p h á p v ật liệ u, c ô n g n g h ệ, kết cấu:

1 9

N g ô L ê T h ô n g , B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

2. 3 C Ô N G N G H Ệ H À N T H É P C A C B O N T R U N G B Ì N H V À T H É P C A C B O N C A O

2. 3.2 C ô n g n g h ệ h à n thé p cac b o n ca o • K h ô n g n ê n h à n. T u y n hiên c ó thể h à n sử a c h ữ a:

1. T p v à T i p 2 0 0 ÷ 3 1 5 o C , n g u ội ch ậ m sa u k hi hà n. 2. C á c q u á trình h à n ít h y dr o . 3. C á c biệ n p h á p giả m lư ợ n g ki m l oại c ơ bả n h ò a tan

v à o m ối hà n.

4. T h é p c a c b o n ca o cần đ ư ợ c hà n ở trạ n g th ái ủ, sa u đ ó

c ầ n đ ư ợ c n hiệt lu y ệ n giả m ứ n g s u ất d ư

2 0

N g ô L ê T h ô n g , B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ HÀN THÉP HỢP KIM THẤP

3.1 Đặc điểm và tính hàn của thép hợp kim thấp 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram 3.3 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp chịu nhiệt 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ

cacbon trung bình

Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.1 Đ ặ c điểm v à tín h hà n c ủ a thé p h ợ p ki m th ấ p

• P h â n lo ại:

– A I S I: thé p h ợ p ki m thấp ≤ 8 % n g u y ê n tố h ợ p ki m. – L B N g a : thé p h ợ p ki m thấ p 4 ÷ 5 % ; thép h ợ p k i m tru n g bìn h 8 ÷ 9 %

n g u y ê n tố h ợ p ki m.

– C h ú n g ta tì m hiể u các lo ại: thép h ợ p k i m thấ p chịu nhiệt; thé p đ ộ

b ề n c ự c cao n ồ n g đ ộ cac b o n tru n g bìn h.

• S o v ới các loại thé p đã biết:

– C ầ n s ử d ụ n g các biện p h á p c ô n g n g h ệ đ ặc biệt k hi hà n . – L ý d o: n ồ n g đ ộ cac b o n v à các n g u y ê n tố h ợ p ki m lớ n h ơ n n hiề u, v ù n g ả n h h ư ở n g n hiệt rất n h ạ y cả m v ới ch u trìn h n hiệt hà n (ch ế đ ộ h à n).

– Đ ể giảm t ố c đ ộ n g u ội củ a v ù n g ả n h h ư ở n g n hiệt, cầ n s ử d ụ n g các biệ n p h á p cô n g n g h ệ đặc biệt k hi h à n . C hỉ tha y đ ổi c h ế độ h à n: k h ô n g đ ủ.

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.1 Đặc điểm và tính hàn của thép hợp kim thấp

Động học quá trình phân hủy austenit khi hàn

Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.1 Đặc điểm và tính hàn của thép hợp kim thấp

Từ động học quá trình phân hủy austenit: • Xuất hiện hai xu hướng đối lập:

– Nếu tốc độ nung khi hàn nhỏ và t’+t” dài: hạt austenit tăng tính ổn định và kích thước. Đặc trưng cho thép không chứa hoặc chứa lượng nhỏ các nguyên tố tạo cacbit (Cr, Mo, V, v.v.). Hệ quả: khu vực tôi không hoàn toàn sẽ dịch chuyển về phía có tốc độ nguội nhỏ (hạt thô, suy giảm tính dẻo, độ dai va đập vùng ảnh hưởng nhiệt).

– Ngược lại, nếu tốc độ nung khi hàn lớn và t’+t” ngắn: mức độ

đồng nhất hóa và tính ổn định của austenit giảm. Đặc trưng cho thép chứa các nguyên tố tạo cacbit. Hệ quả: khu vực tôi không hoàn toàn sẽ dịch chuyển về phía có tốc độ nguội lớn (vùng ảnh hưởng nhiệt bị giòn do mactenzit, có thể nứt)

Ngô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, Đ H B K Hanoi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.1 Đặc điểm và tính hàn của thép hợp kim thấp

Có tương quan giữa sự thay đổi cơ tính của kim loại vùng

ảnh hưởng nhiệt với tốc độ nguội và thời gian t’+t”.

• Cần xác định khoảng tốc độ nguội giới hạn và chọn giá trị tính toán theo tỷ lệ phần trăm martenzit trong tổ chức kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt bảo đảm cơ tính thích hợp của nó cho mục đích sử dụng:

– Khi hàn thép độ bền cao: 20 – 30% mactenzit. – Cho tới 50% mactenzit: chỉ cho phép khi hàn các kết cấu có độ

cứng vững nhỏ (có thể co dãn tự do) hoặc nếu sau khi hàn có tiến hành nhiệt luyện.

• Tỷ lệ martenzit được phép (cid:198) Dải tốc độ nguội cần thiết

Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.1 Đ ặc điểm và tính hàn của thép hợ p kim thấp

V ới m ỗi loại thép hợ p kim thấp , có m ột dải tốc độ n g u ội tối ư u ∆ w o pt (từ w 1 đến w 2), tro n g đó kh ô n g xuất hiện nứt v ù n g ản h h ư ở n g nh iệt và cơ tính đ ư ợ c coi là đạt yêu cầu.

• G iá trị ∆ w o pt th ư ờ n g đ ư ợ c áp dụ n g cho 50 0 ÷ 6 0 0 o C (vù n g ít

ổ n định nhất của austenit).

– K hi w > w 2: vù n g ản h hư ở n g nh iệt bị tôi mạn h, tính dẻo giả m. – K hi w < w 1: xảy ra hiện tượ n g tăn g kích thư ớ c hạt vù n g ản h h ư ở n g nhiệt, tính dẻo và độ dai va đập của nó bị suy giả m. • Biện pháp thư ờ n g dù n g nh ất để bảo đảm ∆ w o pt là nun g nó n g

sơ bộ

N g ô Lê T hô n g, B/ m H à n C N K L, Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.2 Công nghệ hàn thép hợp ki m thấp tôi và ram • Ki m loại cơ bản: cấu trúc mactenzit. (so với thép H S L A: chủ yếu có

cấu trúc ferit, peclit).

– Giới hạn chảy 350÷1240 M P a, trạng thái tôi và ram ( Q T steel), chứa từ

0,10÷0,25 % C.

– M n, Si, Cr, Ni, M o , V, Ti, B, Cu, Nb (để tạo tổ chức mactenzit và bainit dưới

có độ bền và độ dai va đập tốt).

– Đ ư ợc tôi đặc biệt trong nước từ 815÷8 70 oC và ra m ở 540÷595 o C.

• C ác mác thép tiêu biểu:

– A S T M A 537 cấp Gr. B (thiết bị áp lực). – A S T M A 514/517: ví dụ T-1(xe công trình, cầu, tòa nhà, thiết bị x ưởng cán,

thiết bị áp lực và đường hầ m dẫn nước).

– A S T M A 543: ví dụ H Y-80, H Y-100; H Y-130 (kết cấu ngoài khơi).

• C ô ng nghệ hàn:

– Biện pháp công nghệ đặc biệt nhằ m khống chế tốc độ nguội của kim loại vùng

ảnh hưởn g nhiệt và của cả kim loại mố i hàn.

– K h ô ng cần nhiệt luyện bổ sung sau khi hàn, trừ khi thật cần thiết ra m kh ử ứng

suất dư. Tại sao?

N g ô Lê Thông, B/ m H àn CN K L, Đ H B K H anoi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram

• Thí dụ hàn thép A537 Gr. B:

– Cấu trúc hạt mịn, được tôi và ram để có độ bền và độ dai va đập cao (20J tại – 60 oC) cho chiều dày đến 100 mm. Cr, Ni, Mo, V cải thiện tính nhiệt luyện của thép.

– Ứ ng dụng: bể chứa, bình chứa áp lực và các kết cấu nhiệt độ

thấp.

Tính chất A 537 A (thường hóa) A 537 B (Q & T)

Thành phần hóa học [%]

0,24 C (tiêu biểu max 0,20); 0,70÷1,35 Mn (tiêu biểu min 1,00); max 0,035 P; max 0,040 S; 0,15÷0,50 Si; Al để tạo hạt mịn; max 0,35 Cr; m ax 0,25 Ni; max 0,25 Cu; max 0,08 Mo.

Đ ộ bền [M Pa] 480÷620 550÷690

Giới hạn chảy [ MPa] 345 410

N gô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, Đ H B K Hanoi

Đ ộ dãn dài tương đối [%] 22 22

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.2 C ô n g ng hệ hàn thép h ợp ki m thấp tôi và ra m

• T hí dụ hàn thép A 5 3 7 G r. B : – V ật liệu hàn chứa ít hydro. – N u n g nóng sơ bộ: theo chiều dày tấm , nhiệt độ bên ngoài và m ứ c độ cứ n g vững của liên kết (40÷100 o C ). – K i m loại m ố i hàn: cần có độ bền, độ dai va đập ở nhiệt

độ thấp nh ư của kim loại cơ bản.

– Q u e hàn:

• A W S E 80 1 8 C 1 (chứa 2 % Ni) hoặc E 8 0 1 8 C 2 (chứa 3 % Ni):

m ọi tư thế hàn.

• E 8 0 1 8 C 3 (chứa 1 % Ni) chỉ đáp ứng các yêu cầu về đ ộ dai va

đập cho hàn ở tư thế hàn sấp. Tại sao?

– H à n dư ới lớp thuốc:

• H à n nhiều lớp với tốc độ cao hay hàn ít lớp với tốc độ thấp? • D â y hàn 2,5 Ni-C u hoặc Ni- M n- M o (M I L-1005 C1 với %: 0,04

C; 1,6 M n; 0,30 Si; 0,30 M o; 1,7 Ni và 0,005 S; 0,005 P). N g ô L ê T h ô n g, B/ m H àn C N K L, Đ H B K H an oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram • Thí dụ hàn thép tôi và ram nồng độ cacbon thấp T-1

(thép ASTM A514/A517):

– được hợp kim hóa bằng nhiều nguyên tố và có chứa bo

(B).

– giới hạn chảy tối thiểu là 690 MPa. – kết cấu xe công trình, các thiết bị di động và cầu, tòa nhà, bình chứa áp lực, bể chứa, đường hầm dẫn nước, tàu biển, v.v.

– ở trạng thái tôi và ram có cấu trúc bainit ram và mactenzit ram (tôi trong nước từ 890 oC và ram ở tối thiểu 620 oC).

Ngô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, Đ H B K Hanoi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.2 Công nghệ hàn thép hợp ki m thấp tôi và ra m • T hí dụ hàn thép tôi và ra m nồng độ cacbon thấp T-1 (thép

A S T M A514/A 517): Các m ác thép:

– M n- Si-Cr- M o-Zr-B ( A 517 A), – M n- Cr-M o- V-B ( A517 B), – M n- M o -B ( A517 C), – Cr- M o-C u-Ti-B ( A517 D), – Cr- M o-C u-Ti-B ( A517 E), – M n- Ni-Cr- M o-C u- V- B (A517 F), – M n- Si-Cr- M o-Zr-B ( A 517 G), – M n- Ni-Cr- M o-V- B ( A 517 H), – M n- M o -B ( A517 J), – M n- M o -B ( A517 K), – Cr- M o-C u-Ti-B ( A517 L), – M n- Ni-M o- B (A 5 17 M ).

N gô Lê Thông, B/ m Hàn C N K L, Đ H B K Hanoi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.2 Công nghệ hàn thép hợp ki m thấp tôi và ram • T hí dụ hàn thép tôi và ram nồng độ cacbon thấp T-1 (thép A S T M A514/A 5 17): thép tiêu biểu T-1 (A514 Gr.B và A517 Gr.B). [ %]

T-1 loại A

T-1 loại B

T-1

0,10÷0,20

0,12÷0,21

0,60÷1,00

0,70÷1,00

M n

0,95÷1,30

0,15÷0,35

0,20÷0,35

0,70÷1,00

–

0,30÷0,70

0,40÷0,65

0,40÷0,60

0,15÷0,25

M o

0,20÷0,30

0,03÷0,08

0,15÷0,50

–

C u

–

0,002 ÷0,006

0,0005 ÷0 ,005

T ối thiểu 0,0005

–

0,01÷0,03

–

N g ô Lê Thông, B/ m H àn CN K L, Đ H B K H anoi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram

• Thí dụ hàn thép tôi và ram nồng độ cacbon thấp T-1 (thép AST M A514/A517): thép tiêu biểu T-1 (A514 Gr.B và A517 Gr.B).

– Trang thái kim loại cơ bản:

• Sau cán nóng: ferit trước cùng tích và mactenzit cacbon cao với giới hạn

chảy tương đối thấp (550 MPa cùng độ dai va đập thấp ở – 46 oC).

• Sau khi tôi: các sản phẩm phân hủy austenit ở nhiệt độ thấp, tức là mactenzit

và bainit. Giới hạn chảy và độ dai va đập cao hơn nhiều.

• Ram ở nhiệt độ trên 593 oC: giới hạn chảy và giới hạn bền giảm đáng kể, nhưng độ dãn dài tương đối lại tăng gần 2 lần, và độ dai va đập tăng đáng kể.

– Vật liệu hàn cần bảo đảm độ bền, tính dẻo và độ dai va đập tương

đương với kim loại cơ bản: • Que hàn theo A W S A5.5 loại E 11018-M hoặc E 11018-G (E 10018-M;

E 10018-G).

• E 11015 hoặc E 11016 cũng được sử dụng.

Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi

•

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.2 C ô n g ng h ệ hà n thép h ợ p ki m th ấ p tôi và ra m • T hí dụ hà n thép tôi và ra m nồ n g đ ộ cacb o n thấp T-1 (thép A S T M

E 1 1 0 1 8- D 2

E 1 0 0 1 8- G

E 1 0 0 1 8- M

A 5 1 4/ A 5 1 7): thép tiêu biểu T-1 ( A 5 1 4 Gr. B và A 5 1 7 Gr. B). Tí n h chất

E 1 1 0 1 8- M

E 1 1 0 1 8- G

[ %] C M n P S Si N i C r M o V

0,15 1,65 ÷ 2,0 0,03 0 0,04 0 0,80 – – 0,25 ÷ 0,40 –

– 1,0 min – – 0,80 mi n 0,50 mi n 0,30 mi n 0,20 mi n 0,10 mi n

0,10 1,30 ÷ 1,80 0,03 0 0,03 0 0,60 1,25 ÷ 2,50 0,40 0,25 ÷ 0,50 0,05

0,10 0,75 ÷ 1,70 0,03 0 0,03 0 0,60 1,40 ÷ 2,10 0,35 0,25 ÷ 0,50 0,05

6 9 0

Đ ộ bề n [ M P a]

7 6 0

6 0 0

6 0 7

6 6 5

6 7 2

G i ới hạn ch ả y [ M P a]

1 6

2 0

1 5

2 0

Đ ộ dãn dài tối thiểu [ %]

K h ô n g cầ n

2 7 tại – 51 o C

Đ ộ dai va đ ậ p tối C h arpy - V thiểu [J]

1 4

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L, Đ H B K H a n oi

•

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.2 Công nghệ hàn thép hợp ki m thấp tôi và ra m

• T hí dụ hàn thép tôi và ra m nồng độ cacbon thấp T-1 (thép A S T M A 5 14/ A 517): thép tiêu biểu T-1 ( A5 14 Gr.B và A517 Gr.B).

– q d nhỏ, T p tương đối thấp. Que hàn bazơ ít hydro phải

được sấy kỹ với độ ẩ m dưới 0,2% .

– H à n dưới lớp thuốc: dây hàn M n- Ni-Cr- M o với thuốc hàn trung tính hoặc dây hàn thép cacbon thấp kết hợp với thuốc hàn gố m dùng riêng cho thép T-1.

– H à n trong m ôi trường khí bảo vệ Ar+ O 2 bằng điện cực

nóng chảy, dây hàn M n- N i-Cr-M o.

– P hải cân đối giữa yêu cầu hạn chế q d và lượng hydro hòa

tan trong ki m loại m ối hàn. Cân đối thế nào?

N g ô Lê Thông, B/ m H àn C N K L, Đ H B K H anoi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram • Thí dụ hàn thép tôi và ram nồng độ cacbon thấp T-1 (thép A ST M A514/A517): thép tiêu biểu T-1 (A514 Gr.B và A517 Gr.B).

– Không ram sau khi hàn vì

• Ram khử ứng suất dư ở 510÷694 oC làm giảm độ dai va đập của kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt, đặc biệt khi vật hàn được làm nguội chậm.

– Nếu thực sự cần thiết tiến hành nhiệt luyện khử ứng suất dư để ổn định hóa kích thước trong quá trình gia công cơ tiếp theo hoặc để chống ăn mòn dưới ứng suất: • Nhiệt độ ram khử ứng suất dư không đưọc vượt quá nhiệt độ ram trước khi khoảng

• Có thể tạo nên nứt giữa các tinh thể trong khu vực hạt thô của vùng ảnh hưởng nhiệt (xảy ra ở ngay giai đoạn đầu khi nung, trước khi khử được ứng suất dư (hiện tượng nứt do ram).

oC đối với hàn 30 oC để tránh giảm độ bền của thép.

Ngô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, Đ H B K Hanoi

thép T-1), hoặc dưới nhiệt độ đó (620

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.3 C ô n g ng h ệ hà n thép h ợ p ki m th ấ p chịu nh iệt

3.3.1 Kim loại cơ bả n

8 Cr-1 M 0;

1 2 X M ;

– Vậ n hàn h lâu dài ≤ 60 0 o C. C h ế tạo thiết bị các nh à m á y n hiệt điện, nhà m á y sản x uất p hâ n hó a học và nhà m á y h ó a dầ u. – K h ả năn g chố n g o xi hóa cao, ch ố n g ăn m ò n cao tron g m ôi trư ờ n g sulphit, có độ bền n hiệt cao – Th é p C r – M o (0,5 h o ặc 1 % M o tùy % C r ) và thép Cr – M o – V c ó cấu trúc peclit. dụ: 0,5 Cr-0,5 M o; 1 Cr-0,5 M o; 1,2 5 Cr-0,5 M o; 2 Cr- – Ví 0,5 M o; 2,25 Cr-1 M o; 3 C r-1 M o; 5 Cr-0,5 M o; 5 Cr-0,5 M o Si; 5 C r-o,5M o Ti; 15 X M ; 7 Cr-0,5 M o; 1 2 X 1 M Φ ; 15 X 1 M 1 Φ; 1 2 X 2 M Φ C P; 12 X 1 M Φ Б; – Trạn g thái cun g cấp: ủ hoặc thư ờ n g h ó a và ram . K hi h à n: tôi trong khô n g khí → tín h dẻ o, độ dai va đập giả m . – D o đó cần ra m sau khi hàn (ram m a ctenzit và kh ử ứ n g suất d ư).

1 7

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L, Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.3 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp chịu nhiệt

3.3.3 Vật liệu hàn, công nghệ và kỹ thuật hàn

– Quá trình hàn:

• Hàn hồ quang, hàn điện xỉ. – Yêu cầu với vật liệu hàn:

• Ít hydro. Nung sơ bộ và ram sau khi hàn. Tp tăng theo

chiều dày tấm, giảm khi hydro khuyếch tán giảm.

• Ki m loại mối hàn: độ bền và tính dẻo cần thiết (chứa các nguyên tố tạo cacbit mạnh nhằm ngăn khuyếch tán KLC B – KL M H).

–Vì vậy yêu cầu thành phần mối hàn gần giống K L C B:

• max. 0,15 % C; và max. 0,5 % Si; 1,5% Mn; 1,5% Cr;

2,5 % Ni; 0,5 % V; 1,0 % Mo và 0,5 % Nb.

Ngô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, Đ H B K Hanoi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

Loại thép

3.3.3 Vật liệu hàn, công nghệ

3.3 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp chịu nhiệt Nhiệt độ ram khử ứng suất dư [oC]

0,5Cr-0,5M o

590÷700

1Cr-0,5 M o

590÷730

1,25Cr-0,5 Mo

590÷745

và kỹ thuật hàn – Công nghệ hàn: • Ra m khử ứng suất dư (liên tục với nung sơ bộ và hàn).

2Cr-0,5 M o

680÷760

2,25Cr-1M o

680÷760

3Cr-1 Mo

680÷760

5Cr-0,5 M o

680÷760

5Cr-0,5 M oSi

680÷760

5Cr-0,5 M oTi

680÷760

• Tuy nhiên thép có max 2,25 % C r có thể được làm nguội đến 25oC rồi ram. • Nếu không liên tục được, phải để hydro thoát hết (ở 427oC và 3 min/25m m rối m ới giảm xuống 25oC và ram sau đó).

7Cr-0,5 M o

680÷760

9Cr-1 Mo

680÷760 19

Ngô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, Đ H B K Hanoi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình

•

tính

tăng

thấm

tôi của

thép. Thành phần

• •

•

Thiết bị áp lực, chịu tải trọng lớn, có độ bền cao (980÷1900 M Pa hoặc hơn) và tính dẻo cao sau nhiệt luyện (tài liệu của Nga gọi là thép hợp kim trung bình có nồng độ cacbon trung bình). M ax. 0,5 % C, 5÷9 % hợp kim. Cr, Mo, Ni làm bền hóa pha ferit tiêu biểu: và 33X3 H B Φ M A, 43X3CH B Φ M A, 30XH2 M Φ A Cơ tính cần thiết: sau khi tôi và ram cao hoặc ram thấp. Do tính thấm tôi mạnh, khi hàn bằng các chế độ hàn thông thường, kể cả sử dụng các biện pháp giảm tốc độ nguội, như nung nóng sơ bộ, tại vùng ảnh hưởng nhiệt bao giờ cũng chứa m ột lượng lớn mactenzit, gây giảm cơ tính và nứt. Có tính hàn kém, chỉ hàn khi thật cần thiết theo công nghệ đặc biệt mà không nung nóng sơ bộ.

Ngô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, Đ H B K Hanoi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình

Xác định chế độ hàn:

– Không nung nóng sơ bộ khi hàn. – Biện pháp công nghệ:

• Tăng thời gian lưu kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt trong

khoảng nhiệt độ Ac3÷TM s

• Để vùng ảnh hưởng nhiệt của lớp hàn “tự ram” bởi nguồn

nhiệt hàn của các lớp tiếp theo.

Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình

•

Xác định chế độ hàn: 2 điểm 1 và 2 nằm gần chân mối hàn và bề mặt mối hàn.

nc

Ngô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, Đ H B K Hanoi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình

• X á c định chiều dài phân đoạn hàn

4 c ρδπλ

−

qk c ( 2 Tv

l: chiều dài phân đoạn hàn bảo đả m vùng ảnh hư ở ng nhiệt của lớp trước chỉ nguội đến T b k c: hệ số cháy của hồ quang (thời gian có hồ quang/tổng thời gian hàn đoạn đó), 0,6 – 0,8 cho hàn hồ quang tay, 0,8 – 0,9 cho hàn tự động và bán tự động T b = T M s + (50 đến 100 oC) λ = 0,09 cal/c m.s.oC; cρ = 1,25 cal/c m 3.oC; δ = [c m] chiều dày tấ m v = [c m/s] tốc độ hàn

N g ô Lê Thông, B/ m H àn C N K L, Đ H B K H a noi

•Tự đọc ở nhà.

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.4 C ô n g ng h ệ hà n thép đ ộ bề n c ự c ca o c ó n ồ n g đ ộ cac b o n trun g bìn h

•

X á c địn h chiề u dài p h â n đo ạ n hàn

7,0

2 qkk 3 c ( Tv −

)2

k 3: hệ số hiệu chỉnh theo kiểu liên kết hàn; 1,5: hà n giáp m ối; 0,9: hàn ch ữ T và hàn chồ n g; 0,8: hàn chữ thập.

2 4

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L, Đ H B K H a n oi

•Tự đọc ở nhà.

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.4 C ô n g ng h ệ hàn thép độ bề n cự c cao có nồn g độ cacb o n trung bình

•

X á c địn h thời gian tb lưu kim loại v ù n g ản h h ư ở n g n hiệt trên nhiệt độ T b 1. 2. 3.

4. 5.

Tì m cô n g suất tín h toán của hồ q uan g Tín h nh iệt độ tươ n g đối Tín h kh oản g cách tư ơ n g đối của v ù n g ản h h ư ở n g n hiệt Tín h thời gian tác độ n g tươ n g đối của ng u ồ n nh iệt Tín h thời gian n u n g vù n g ản h h ư ở n g nhiệt lớp thứ n hất (cao h ơ n nhiệt độ T b) Tín h thời gian n u n g vù n g ản h h ư ở n g nhiệt lớp trên cù n g (cao h ơ n n hiệt độ T b)

N g ô Lê T hô n g, B/ m H à n C N K L, Đ H B K H a n oi

• Tự đọc ở nhà.

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.4 C ô n g n g hệ hàn thép độ bền cực cao có n ồ n g độ cac b o n trun g bìn h 1. Tì m cô n g suất tính toán của hồ quan g

t =

qkk q

q t: k c: k q:

cô n g suất tính toán, [cal/s] hệ số cháy của hồ quan g, [-] hệ số qu y đổi cô n g suất nhiệt theo kiểu liên kết hàn, (1: ch o liên kết hàn giáp m ối; 0,6 0 ch o liên kết hàn ch ữ T và hàn ch ồ n g)

N g ô Lê T hô n g, B/ m H à n C N K L, Đ H B K H a n oi

1. Tự đọc ở nhà.

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3. 4 C ô n g n g h ệ h à n th é p đ ộ b ề n c ự c c a o có n ồ n g độ ca c b o n trun g bìn h

2. T í n h n hiệt đ ộ tư ơ n g đ ối

λδ

−

( T

)0

abl q

q t: b: a:

c ô n g su ất tính toá n, [cal/s] = 2 α/cρ δ, hệ s ố tín h đế n s ự tản n h iệt bề m ặ t, [1/s] = λ/c ρ, hệ s ố d ẫ n n h iệt đ ộ, [c m 2/s]

2 7

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

• Tự đọc ở nhà.

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3. 4 C ô n g n g h ệ h à n th é p đ ộ b ề n c ự c c a o c ó n ồ n g đ ộ c a c b o n tr u n g bìn h T í n h k h o ả n g c á c h tư ơ n g đ ối c ủ a v ù n g ả n h h ư ở n g n hi ệt đ ế n tâ m n g u ồ n n hiệt h à n

xab /

1 =ρ

k h o ả n g c á c h tính to á n từ n g u ồ n n hi ệt ph ẳ n g đ ế n

v ù n g

tại b ề m ặt trê n đ ối

|x| : ả n h h ư ở n g n hi ệt ( = ½ c h iề u r ộ n g rã n h h à n v ớ i m ố i h à n giá p m ố i;

b : a:

= ½ c ạ n h m ố i h à n g ó c) = 2 α / c ρ δ, h ệ s ố tín h đ ế n s ự tả n n hi ệt b ề m ặt, [ 1/s] = λ/ c ρ, h ệ s ố d ẫ n n hi ệt đ ộ, [c m 2/s]

2 8

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

• Tự đọc ở nhà.

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3. 4 C ô n g n g h ệ h à n thé p đ ộ bề n c ự c ca o c ó n ồ n g đ ộ c a c b o n tru n g bìn h 4. T í n h th ời gia n tác đ ộ n g tư ơ n g đ ối c ủ a

n g u ồ n n hiệt (tổ n g th ời gia n h à n đ ầ y toà n b ộ đ o ạ n h à n, k ể c ả th ờ i gia n giá n đ o ạ n): 1

l v

− k

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

b: k c: n: v: l:

= 2 α/ c ρ δ, h ệ s ố tín h đ ế n s ự tả n n hiệt bề m ặ t, [1/s] h ệ s ố c h á y c ủ a h ồ q u a n g, [-] tổ n g s ố lớ p h à n tốc đ ộ h à n [c m/ s ] c hiề u d à i đ o ạ n h à n [c m ]

2 9

N g ô L ê T h ô n g , B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

• Tự đọc ở nhà.

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình 5. Xác định thời gian nung tương đối btb bằng tra bảng từ các giá trị r1, q, btc:

Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, Đ HBK Hanoi

• Tự đọc ở nhà.

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.4 C ô n g ng h ệ hàn thép độ bền c ự c cao có n ồ n g đ ộ cacb o n trun g bình

5. X á c địn h thời gian nu n g tươ n g đố i bt b bằn g tra bả n g từ

các giá trị r1, q, btc:

•

Tín h th ờ i gian nu n g v ù n g ảnh h ư ở n g nhiệt của lớp th ứ nhất lên n hiệt độ T cao hơ n T b:

( t

) =1

bt b

−

( t

)

( t

Tín h thời gian nun g v ù n g ản h h ư ở n g nhiệt của lớp trên c ùn g lên nhiệt độ T cao hơ n T b: l vk

V ới tc: th ời gian hàn toàn bộ đ oạ n kh ảo sát m ối hàn nhiều lớp, kể cả thời gian gián đ oạ n

3 1

N g ô Lê Th ôn g , B/ m H à n C N K L, Đ H B K H a n oi

• Tự đọc ở nhà.

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.4 C ô n g ng h ệ hà n thé p đ ộ bền c ự c ca o có n ồ n g đ ộ cac b o n trun g bình

•

C á c thời gian (tb) 1 và (t b) n đ ã tính phải lớ n h ơ n thời gia n p h â n hủ y đẳ n g n hiệt ở nhiệt độ đó đối v ớ i m ác th é p đ a n g kh ả o sát. T u y n h iên, nếu m arte nzit vẫ n x uất hiện (d o k h ô n g thể đ á p ứ n g h oà n toàn điều kiện trên), kh ô n g đư ợ c đ ể các thay đổi thể tích d o x u ất hiệ n m artenzit tạ o ra nứt vù n g ả n h h ư ở n g n h iệt (trướ c k hi tiến hàn h ra m ):

–

T ừ lúc hàn x o n g đến lúc ra m, nh iệt độ vù n g ản h hư ở n g n hiệt k h ô n g đư ợ c tụt x u ố n g dư ới 1 2 0 – 1 5 0 oC

3 2

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L, Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3. 4 C ô n g n g h ệ h à n t h é p đ ộ b ề n c ự c c a o c ó n ồ n g đ ộ c a c b o n tr u n g bì n h

– N h i ệt h à n c ủ a c á c lớ p tiế p t h e o c ầ n b ả o đ ả m “tự

n h i ệt lu y ệ n ” (r a m ) v ù n g ả n h h ư ở n g n hiệt đ ã b ị t ôi c ủ a c á c l ớ p đ ã h à n tr ư ớ c : • •

N h i ệt đ ộ t ại đ ó p h ải đ ạt t ới 6 0 0 – 7 0 0 oC K ế t q u ả là s ẽ hì n h t h à n h t ổ c h ứ c tr o o stit h o ặ c h ỗ n h ợ p tr o o stit v à s o r bit, c ó độ c ứ n g H B 3 6 0 - 4 1 0 – Đ ể đ ạt đ ư ợ c đ iề u n à y , c ó t h ể s ử d ụ n g c h ế đ ộ h à n n h iề u l ớ p trê n c ơ s ở s ơ đ ồ tí n h t o á n s a u:

3 3

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3. 4 C ô n g n g h ệ h à n th é p đ ộ b ề n c ự c c a o c ó n ồ n g đ ộ c a c b o n tr u n g bìn h

1: đ ư ờ n g h à n th ứ n h ất 2: đ ư ờ n g h à n th ứ h a i 3 : v ù n g r a m c ủ a đ ư ờ n g

h à n 2

4: v ù n g t ôi củ a 1 v à 2

– K h i h à n đ ư ờ n g 1: hìn h t h à n h v ù n g t ôi 4 – K h i h à n đ ư ờ n g 2: hìn h t h à n h v ù n g t ôi 4 v à v ù n g ra m 3 (tr ù n g m ột p h ầ n v ới v ù n g t ôi 4 c ủ a đ ư ờ n g h à n 1)

3 4

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.4 C ô n g n g h ệ h à n thé p đ ộ bề n c ự c ca o c ó n ồ n g đ ộ cac b o n tru n g bìn h

5: đ ư ờ n g hà n th ứ ba 6: ra m v ù n g tôi của đ ư ờ n g h à n thứ n h ất v à th ứ hai

– T ố c đ ộ hà n đư ờ n g h à n th ứ b a (5) c h ậ m h ơ n tốc đ ộ hà n các đ ư ờ n g hà n trư ớ c đó sẽ đ ủ tạo ra v ù n g ra m (6) k h u v ự c đã bị tôi b ởi n hiệt hà n c ủ a các đ ư ờ n g (1) và (2).

3 5

N g ô L ê T h ô n g , B/ m H à n C N K L, Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.4 C ô n g n g hệ hàn thép độ bền cực cao có n ồ n g độ cac b o n trun g bìn h

7: đườ n g hàn thứ tư 8: vù n g ra m d o đ ư ờ n g hàn thứ ba và th ứ tư tạo ra

– C h ế độ hàn đ ư ờ n g th ứ tư (7)

p hải bả o đảm ram toàn bộ các v ù n g đã bị tôi bởi các đư ờ n g hàn trư ớ c đó

N g ô Lê T hô n g, B/ m H à n C N K L, Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3 . 4 C ô n g n g h ệ h à n th é p đ ộ b ề n c ự c c a o c ó n ồ n g đ ộ c a c b o n tr u n g b ì n h

•

C á c h tí n h to á n : – K h o ả n g c á c h t ới t â m n g u ồ n n h i ệt (c ρ = 1 , 2 5 ) :

433

r =

max

– N h i ệ t đ ộ t ố i đ a k h i h à n g i á p m ố i :

max

,0 vc

484 q 2 y ρδ – K h o ả n g c á c h y s ẽ l à:

193,0

q 484 T 2

,0 ρδ

q Tv δ

max

3 7

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình

•

Cần tránh để hydro là m nứt vùng đường chảy:

–

Ki m loại m ối hàn phải có khả năng biến dạng cao hơn và độ bền thấp hơn kim loại cơ bản.

Ki m loại mối hàn:chứa ít cacbon (max. 0,15 %) và nguyên tố hợp kim hơn ki m loại cơ bản

N hiệt độ chuyển biến m artenzit: T = 550 – [360 C + 40( M n + Cr) + 20 Ni + 28 M o ] xảy ra ở nhiệt độ cao hơn so với của ki m loại cơ bản

c m3 Hydro/100g

c m 3 Hydro/m m 2.h

N hiệt độ oC

A ustenit

Ferit

A ustenit

Ferit

26.10-2

500

4,0

0,75

18.10-3

100

0,9

0,2

34.10-9

26.10-5

N gô Lê Thông, B/ m Hàn C N K L, Đ H B K Hanoi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3.4 C ô n g nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồn g độ cacbon trung bình

•

L ự a chọn vật liệu hàn: Vật liệu hàn phải tạo ki m loại m ối hàn có khả năng biến dạng cao và giả m xuống tối thiểu lượng hydro thâ m nhập vào m ối hàn.

–

Q u e hàn thép hợp ki m thấp loại vỏ bọc hệ bazơ (chứa ít hydro) hoặc (tốt h ơ n hết là) V ật liệu hàn austenit để tạo ki m loại m ối hàn có cấu trúc thép austenit Cr- Ni hoặc Cr- Ni- M n (dây hàn 08 X 2 0 H 9 Г 7 T, 08 X 2 1 H 1 0 Г 6, thuốc hàn hệ xỉ bazơ , hoặc que hàn austenit ЭA - 1 Г 6).

N g ô Lê Thô ng , B/ m H à n C N K L, Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3 . 4 C ô n g n g h ệ h à n th é p đ ộ b ề n c ự c c a o c ó n ồ n g đ ộ c a c b o n tr u n g bìn h

•

Đ ặ c đ iể m c ô n g n g h ệ v à k ỹ th u ậ t h à n : – H à n h ồ q u a n g t a y : q u e h à n

N h ó m

T h à n h p h ầ n m ố i h à n

Э A - 1 Г 6

0 8 X 2 1 H 1 0 Г 6 , 0 8 X 2 0 H 9 Г 7

Э A - 2 Г 6

1 3 X 2 5 H 1 8

Э A - 3 M Φ

1 0 X 1 6 H 2 5 Ю M 6

4 0

N g ô L ê T h ô n g , B / m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3. 4 C ô n g n g h ệ h à n th é p đ ộ b ề n c ự c c a o c ó n ồ n g đ ộ c a c b o n tr u n g bìn h

•

Đ ặ c điể m c ô n g n g h ệ v à k ỹ th u ật h à n:

–

H à n h ồ q u a n g ta y: • K h ô n g n u n g n ó n g s ơ b ộ n h ư n g kiể m s o át c h ặt t h ờ i gi a n t ừ l ú c h à n x o n g ( T m i n = 1 2 0 – 2 0 0 oC t ại v ù n g ả n h h ư ở n g n hi ệt) đế n l ú c n hi ệt lu y ệ n s a u k hi h à n, k ỹ t h u ật h à n b ậ c th a n g (tr ư ờ n g h ợ p c ó th ể n hiệt l u y ệ n s a u k hi h à n )

• H à n đ ắ p l ớ p l ó t lê n m é p v át b ằ n g q u e h à n a u ste nit h o ặ c q u e h ợ p ki m t h ấ p v ỏ b ọ c b a z ơ. C hi ề u d à y l ớ p l ó t p h ải b ả o đ ả m đ ối v ớ i v ù n g ả n h h ư ở n g n hi ệt T m a x ≤ T r a m (tr ư ờ n g h ợ p k h ô n g t h ể n hiệt lu y ệ n s a u k hi h à n )

4 1

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n o i

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3. 4 C ô n g n g h ệ h à n th é p đ ộ b ề n c ự c c a o có n ồ n g độ ca c b o n trun g bìn h

• Đ ặ c điể m cô n g ng h ệ và kỹ th u ật hàn:

– H à n d ư ới lớp th u ố c:

• D â y hà n 0 8 X 2 1 H 1 0 Г 6 và 0 8 X 2 0 H 9 Г 7 T, th u ố c h à n hệ xỉ bazơ loại d ù n g ch o hà n thé p hợ p ki m ca o a u stenit

• C h ế độ hà n ph ải bảo đả m lư ợ n g ki m loại cơ

b ả n tha m gia và o m ối hà n là tối thiể u, bả o đả m hìn h dạ n g và kíc h thư ớ c m ối hà n.

4 2

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

Công nghệ hàn điện nóng chảy

HK9. 2005-06

3. 4 C ô n g n g h ệ h à n th é p đ ộ b ề n c ự c c a o có n ồ n g đ ộ ca c b o n tr u n g bìn h

• Đ ặ c đi ể m c ô n g n g h ệ v à k ỹ th u ậ t h à n :

– H à n tr o n g m ô i trư ờ n g k hí b ả o v ệ:

• K h í trơ (c ũ n g c ó thể p h a k hí h o ạt tín h ) • D â y h à n thé p h ợ p ki m t h ấ p, ca c b o n th ấ p

1 0 X Г C H 2 M T , 0 3 X Г H 3 M Д

• D â y a u ste nit

0 8 X 2 0 H 9 Г 7 T , 1 0 X 1 6 H 2 5

4 3

N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi

4. CÔNG NGHỆ HÀN THÉP HỢP KIM CAO CROM

4.1 Công nghệ hàn thép không gỉ crom 4.2 Công nghệ hàn thép không gỉ austenit 4.3 Công nghệ hàn thép không gỉ duplex 4.4 Công nghệ hàn thép không gỉ biến cứng kết

tủa

4.5 Công nghệ hàn thép mactenzit hóa già 4.6 Công nghệ hàn thép austenit mangan

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4. CÔNG NGHỆ HÀN THÉP HỢP KIM CAO CROM

•

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

Thép hợp kim cao: thép có tổng lượng các nguyên tố hợp kim > 8% (AISI). Thép hợp kim cao: là các hợp kim nền sắt chứa > 45% Fe, có tổng lượng các nguyên tố hợp kim ≥ 10%, và nồng độ nguyên tố hợp kim chính ≥ 8% (GOST 5632-72). Phân loại: –

Thép không gỉ mactenzit. Thép không gỉ ferit. Thép không gỉ austenit. Thép không gỉ duplex (còn gọi là thép 2 pha ferit – austenit). Thép không gỉ biến cứng kết tủa.

Thép không gỉ: • • • • • Thép mactenzit hóa già (thép maraging). Thép austenit mangan.

– –

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

•Thép không gỉ ferit và thép không gỉ mactenzit (kể cả thép không gỉ hỗn hợp mactenzit – ferit) còn được biết dưới tên gọi chung là thép không gỉ crom.

•Thép không gỉ austenit còn được gọi là thép không gỉ Cr – Ni.

•Thông thường trong thép không gỉ, nồng độ crom tối thiểu là 10,5%.

•Thép không gỉ có được đặc tính không gỉ nhờ vào lớp oxit bề mặt giàu crom rất bền vững.

•Các nguyên tố khác (Ni, Mo, Cu, Ti, Al, Si, Nb, N, S, Se) được đưa vào thép không gỉ nhằm cải thiện một số tính chất nhất định của thép.

•Nồng độ cacbon trong thép không gỉ thường từ dưới 0,03% đến trên 1,0% (trong một số loại thép không gỉ mactenzit).

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM

4.1.1Thành phần và tính chất kim loại cơ bản

– AISI: thép loạt 400, ví dụ 410 (11,5 ÷13,5% Cr; max 0,15% C), 430 (15÷17% Cr; max 0,12% C), 446 (27,5÷29,5% Cr; max 0,20% C).

– GOST 5632-72: ký hiệu theo thành phần hóa học, ví dụ

08X13 (08 là 0,08% C, và 13% Cr).

– Các chi tiết như dụng cụ mổ y tế, bộ đồ ăn, bề mặt làm việc của các loại van, bơm, ống xả xe hơi, chi tiết động cơ phản lực, v.v.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM

4.1.1 Thành phần và tính chất kim loại cơ bản

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

•Cr: lập phương thể tâm, đồng hình với α–ferit. Do đó, khi hợp kim hóa Fe bằng Cr, vùng dung dịch rắn γ–austenit bị thu hẹp, vùng α–ferit được mở rộng. •Cr ở nồng độ 12% sẽ tạo thành màng oxit (Cr2O3 có nhiệt độ nóng chảy cao) mang tính thụ động trên bề mặt thép, làm cho thép trở nên không gỉ ở nhiệt độ bình thường (để thép không gỉ ở nhiệt độ cao, nồng độ Cr ≥ 30%). •Cr có ái lực mạnh với cacbon, tạo thành cacbit Cr7C3 và Cr23C6. Cr có thể hòa tan trong cementit để thạo thành (Fe, Cr)3C hoặc tạo hỗn hợp cacbit có hòa tan Fe như (Fe, Cr)23C6. Cacbit crom có tính ổn định nhiệt cao hơn cementit: chúng bị hòa tan vào trong thép ở nhiệt độ cao hơn và quá trình hòa tan cũng xảy ra chậm hơn (ở thép cacbon bình thường, nhiệt độ A1 là 710 oC, còn với thép không gỉ crom là 900 oC).

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM

4.1.1 Thành phần và tính chất kim loại cơ bản

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

L

+ L

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

•Nồng độ trên 16% Cr và dưới 0,2% C, thép không còn chứa γ – austenit ở bất kỳ nồng độ và nhiệt độ nào nữa.

•Vùng tồn tại của pha γ phụ thuộc vào nồng độ Cr, C là chính, ngoài ra còn một số nguyên tố khác nữa (Ni. Mo, v.v.)

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM

4.1.1 Thành phần và tính chất kim loại cơ bản

ĐHBK Hà Nội

Giản đồ phân hủy đẳng nhiệt thép theo nồng độ Cr: a) 0,4% C; 0% Cr; b) 0,4% C; 3,5% Cr; c) 0,11% C; 12,2% Cr Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

•Trong thép, Cr làm chậm quá trình phân hủy α → γ và làm giảm đáng kể tốc độ nguội tới hạn.

•Do đó so với thép cacbon, martenzit xuất hiện ở nồng độ cabon và tốc độ nguội thấp hơn nhiều. •Khi nồng độ Cr cao, độ ổn định của austenit cao đến mức thậm chí ở 700 oC, là nhiệt độ kém ổn định nhất của austenit, nó cần đến 300 s để phân hủy (hình c). •Trong điều kiện nguội liên tục khi hàn, ở vùng nhiệt độ 800 – 650 oC, thậm chí ở tốc độ nguội 0,2% oC/s cũng xuất hiện hoàn toàn martenzit.

•Cơ tính tối ưu của thép như vậy (độ bền cao + khả năng biến dạng cần thiết) chỉ có thể đạt được thông qua nhiệt luyện kép (tôi + ram).

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM

•

4.1.1 Thành phần và tính chất kim loại cơ bản – Phân loại:

–

• Thép M: Cr ≤ 12÷13%; C ≥ 0,05 – 0,06% Thép M + F: Cr 13÷16%; C = 0,06% • Thép F: Cr > 16% • Tính chất: •

• •

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

> 12%Cr, lớp oxit bề mặt thụ động (chống ăn mòn). > 30%Cr, chống ăn mòn ở 800÷1050 oC. Cr có ái lực với oxi [Cr2O3] và cacbon mạnh hơn so với sắt [(Fe,Cr)3C, Cr7C3, Cr23C6, (Fe,Cr)23C6].

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

•Theo ảnh hưởng của nồng độ Cr trong sắt (thép Cr chứa cacbon), có thể chia thành các hợp kim:

•Có chuyển biến pha α ↔ γ. (M). Thép Cr cao (10 – 12,5%) khi có thêm Mo, W, Mo, V, (Ni), sẽ trở thành thép bền nhiệt ở nhiệt độ đến 600 oC.

•Không có chuyển biến pha α ↔ γ. (F)

•Có chuyển biến pha α ↔ γ không hoàn toàn. (M+F)

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM

4.1.1 Thành phần và tính chất kim loại cơ bản

Loại

Thành phần

Cấu trúc

Công dụng

F + M

08X13

Chống ăn mòn. Thiết bị hóa chất, tuốc bin khí

13X11H2BMΦ

Bền nhiệt tới 600 oC, chịu nhiệt tới 750 oC. Cánh quạt, đĩa tuôc bin khí

15X28

C, Si, Mn: max. 0,08; Cr: 11÷13; C: 0,10÷0,16; Si, Mn: max. 0,60; Cr: 10,5÷12,0; Ni: 1,5÷1,8; W: 1,6÷2,0 Mo: 0,35÷0,50; V: 0,18÷0,30 C: max. 0,15, Si: max. 1,0, Mn: max. 0,8; Cr: 27÷30;

Chịu nhiệt tới 1100 oC. Thiết bị làm việc trong môi trường axit

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM

4.1.2 Tính hàn của thép không gỉ crom

– Tính hàn của thép phụ thuộc vào loại thép. Thép

M + F gần giống thép M về mặt tính hàn.

– Hiện tượng giòn ở 475 oC:

nung ở nhiệt độ 400÷540 oC (chủ yếu ở 475 oC) quá lâu.

– Hiện tượng giòn liên quan đến pha σ:

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

Cr > 20÷25%; 600÷880 oC. Hiện tượng giòn ferit do nung ở nhiệt độ cao: >1150 oC , kích thước hạt tăng; chuyển biến pha α – γ khi nung, và γ – α khi nguội. – Hiện tượng ăn mòn tinh giới:

430 (17% Cr), 446 (25÷30% Cr): nhạy cảm ăn mòn tinh giới.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

•Giòn ở 475 oC: thép trở nên giòn (cả thép không gỉ crom lẫn hợp kim Cr) do bị nung ở nhiệt độ 400÷540 oC (chủ yếu ở 475 oC) quá lâu, đặc biệt thép có nồng độ 15÷70% Cr. Các nguyên tố Ti và Nb cũng có tác dụng thúc đẩy quá trình này. •Giòn do pha sigma s: ở Cr > 20÷25%, sau khi thép trải qua thời gian ở vùng nhiệt độ 600÷880 oC, sau khi nguội xuất hiện pha giòn σ (dung dịch rắn Fe–Cr có tỷ lệ nồng độ 1:1). Mn, Mo mở rộng vùng tồn tại của pha này. •Giòn do nung ferit ở nhiệt độ cao: khi thép không gỉ crom bị nung tới nhiệt độ trên 1150 oC , kích thước hạt của thép sẽ tăng. Vì thép không gỉ crom thường chứa cả cacbit, khi bị nung và nguội nhanh (trong điều kiện hàn), cacbit đang hòa tan sẽ chỉ làm cho một vùng nhỏ kim loại xung quanh hạt cacbit giàu cacbon, còn sự đồng nhất hóa toàn bộ thì lại chưa kịp xảy ra. Do vậy tại những vùng nhỏ đó, xuất hiện điều kiện cho phản ứng chuyển biến pha α – γ khi nung, và γ – α khi nguội. Các quá trình này dễ xảy ra nhất ở vùng tinh giới (biên giới hạt). Do đó, và cả do sự xuất hiện ứng suất cục bộ mà kim loại sau khi nguội nhanh sẽ có tính dẻo thấp ở nhiệt độ thường. Cách khắc phục khi hàn: tiến hành ủ, hoặc ram ở nhiệt độ 730÷790 oC (tùy thành phần thép). Còn có thể giảm sự tăng độ hạt ở nhiệt độ cao thông qua 2 biện pháp: bổ sung nitơ vào thép ferit (1% giá trị nồng độ Cr) hoặc tăng nồng độ cacbon.

•Nhạy cảm ăn mòn tinh giới của thép ferit: trong mạng bcc của ferit, C khuyếch tán nhanh hơn trong fcc của austenit. Do đó, thậm chí nguội nhanh trong dải > 925 oC không ngăn được việc tiết ra cacbit crom ở gần đường chảy của vùng ảnh hưởng nhiệt. Khắc phục: giảm < 0,01% C hoặc bổ sung các nguyên tố như Ti (0,5%) và Nb (1,0%) hoặc ủ hòa tan 650÷815 oC/15÷60 min. Giải thích kỹ hơn thế nào là ăn mòn tinh giới (sentisization, weld decay).

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM

4.1.3 Vật liệu, công nghệ và kỹ thuật hàn • Vật liệu hàn:

– Kim loại mối hàn giống kim loại cơ bản nhưng sau khi hàn

phải ram cao (khó thực hiện)

– Cho phép dùng kim loại mối hàn có cấu trúc A hoặc A + F.

Sau khi hàn không nhiệt luyện.

•

Công nghệ hàn: SMAW: que hàn có vỏ bọc hệ bazơ. – – GTAW: tấm mỏng, lớp đáy của tấm dày. – GMAW: cần khử oxi đầy đủ (ví dụ thông qua thành phần

–

dây hàn. SAW: thuốc hàn bazơ không chứa oxi, dây15X12HMBΦБ;15X12ГHMBΦ

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

•Nếu KLMH giống KLCB và sau khi hàn có thể ram cao: tính chất của liên kết hàn thép không gỉ crom sẽ tương tự như của các chi tiết được chế tạo bằng phương pháp cán hoặc rèn. Trên thực tế, điều này khó thực hiện trong điều kiện hàn lắp ráp và sửa chữa tại hiện trường.

•Nếu chỉ chú ý bảo đảm KLMH có thành phần hóa học giống của KLCB mà không dùng các biện pháp công nghệ khác (nung nóng sơ bộ, nung nóng đồng thời khi hàn, ram sau khi hàn): khi liên kết hàn có độ cứng vững cao, nứt KLMH và vùng AHN; và sau khi hàn, liên kết hàn có khả năng biến dạng rất thấp.

•Với KLMH = A hoặc A+F, không nên nhiệt luyện (ram) mối hàn vì tính chất kim loại mối hàn có thể bị suy giảm và gây ra sự chênh lệch lớn về ứng suất dư tại vùng gần biên nóng chảy.

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM

4.1.3 Vật liệu hàn, công nghệ và kỹ thuật hàn •

Công nghệ hàn thép M và thép M+F crom: – Thép M: dễ nứt nguội. – Khắc phục:

• Biến tính làm mịn hạt kim loại mối hàn bằng Ti, chế độ

hàn cứng (giảm qd)

• Giảm độ cứng vững liên kết hàn • Nung nóng sơ bộ và nung nóng đồng thời khi hàn (biện

pháp triệt để nhất)

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

•Tp = 200÷450 oC (cục bộ hoặc nung toàn phần, Tp tăng theo độ cứng vững của liên kết); khi hàn cần nung đồng thời 200÷250 oC.

•Hàn xong, cần để mối hàn nguội chậm, tránh gió lùa.

•Ngoài ra, trong một số trường hợp, có thể thông qua các biện pháp khác nhằm giảm độ cứng vững của liên kết hàn. Ví dụ, khi hàn trong môi trường CO2 bằng điện cực nóng chảy các kết cấu tấm mỏng có độ cứng vững nhỏ (thép 12X13 mỏng hơn 10 mm và thép 20X13 mỏng hơn 8 mm) thì không cần phải nung nóng sơ bộ.

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

•

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM Công nghệ hàn thép martenzit và thép martenzit + ferit crom cao

Hàn nhiều lớp

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

F

Nhiệt luyện

F

Chu trình nhiệt vùng ảnh hưởng nhiệt thép Cr martenzit

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

Ảnh hưởng của 4 chế độ hàn kết hợp với nhiệt luyện đến chu trình nhiệt hàn của

kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt:

1. Hàn nhiều lớp + Tp = 380 oC (> Ms của thép). Sau đó để nguội hoàn toàn xuống

20 oC rồi ram cao. Nhược điểm: có thể nứt trước khi ram cao.

2. Hàn nhiều lớp + Tp = 380 oC (> Ms của thép). Nhưng ngay sau khi hàn thì ram cao. Ưu điểm: ngăn được sự xuất hiện mactenzit và nguy cơ nứt vùng ảnh hưởng nhiệt. Nhược điểm: hình thành cấu trúc hạt thô ferit và cacbit có độ dai va đập thấp.

3. Hàn kết hợp với nung nóng như hai chế độ trên (kết hợp nung nóng sơ bộ và

nung nóng đồng thời ở 380 oC). Sau đó làm nguội đến 120÷100 oC và giữ trong 2 giờ để kết thúc chuyển biến pha austenit sang mactenzit nhưng không gây nứt vùng ảnh hưởng nhiệt. Ngay sau đó ram cao. Chế độ như vậy vừa bảo đảm độ bền và độ dai va đập cần thiết.

4. Nung nóng sơ bộ và nung nóng đồng thời khi hàn lên đến 160 oC, hàn nhiều

lớp. Sau đó để nguội xuống 100 oC và lưu tại nhiệt độ đó tối thiểu trong 4 giờ rồi để nguội hoàn toàn. Sau đó ram cao. Kết quả cũng tương tự như chế độ thứ ba.

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM Công nghệ hàn thép martenzit và thép martenzit + ferit crom cao

•

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

Thép 15X12BMФ

(1: 680oC; 2: 700oC) đến độ cứng kim loại cơ bản (o) và vùng ram cao (•) khi hàn

h

h h

Trạng thái ban đầu

Chế độ ram

ĐHBK Hà Nội

Ảnh hưởng của chế độ nhiệt luyện trước khi hàn (1: 680 oC; 2: 700 oC) đến độ cứng kim loại cơ bản ○ và vùng ram cao ● khi hàn

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

Do đó, để bảo đảm đồng đều cơ tính liên kết hàn, sau khi hàn cần ram cao ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ đã ram trước khi hàn một khoảng 20 oC.

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM

•

Công nghệ hàn thép martenzit và thép martenzit + ferit crom cao

g/m2.h

Ảnh hưởng của tỷ lệ bề mặt thép 14X17H2 không tôi (KLCB) và bị tôi (AHN) lên tốc độ ăn mòn trong dung dịch 56% HNO3 sôi 1: AHN (vùng ảnh hưởng nhiệt) 2: KLCB (kim loại cơ bản)

g n ợ ư l i ố h k t ấ h t n ổ T

LKCB / ANH

Tỷ lệ bề mặt

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM

•

Công nghệ hàn thép martenzit và thép martenzit + ferit crom cao

Hàn dưới lớp thuốc

Kim loại cơ bản

Hàn hồ quang tay

Hàn trong CO2

12X13 20X13

10X13 (760 oC/4h)

08X14ГT (700 oC/3h)

08X14ГT Thuốc hàn axit nhẹ (750 oC/5h)

13X11B2MΦ

10X11BMΦT (730 oC/7h)

15X12HMФБ (720 oC/2h)

15X12HMBФ Thuốc hàn bazơ (750 oC/5h)

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM

• Công nghệ hàn thép ferit crom cao

12X17, 08X17T, 08X17MT; 15X25T

13%Cr, rất ít C: 08X13; 17%Cr, ít C: 25 – 30%Cr:

– – – – Đặc điểm: thép F dễ bị tăng kích thước hạt tại vùng nhiệt độ cao (vùng ảnh hưởng nhiệt hoặc kim loại mối hàn có thành phần giống kim loại cơ bản) – Hạt thô làm thép bị giảm tính dẻo và độ dai ở nhiệt

độ thường và nhiệt độ thấp

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM

• Công nghệ hàn thép ferit crom cao

ak , kp.m/cm2

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

KLCB

AHN

Độ dai va đập thép 08X17T chiều dày 10mm theo nhiệt độ thử tại vùng kim loại cơ bản (KLCB) và vùng ảnh hưởng nhiệt (AHN)

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM

• Công nghệ hàn thép ferit crom cao

– Khi trong thép Ti < 7(C + 6/7 N), việc nung bằng

nguồn nhiệt hàn lên 950 oC và nguội nhanh sẽ làm suy giảm khả năng chống ăn mòn, đặc biệt ăn mòn tinh giới.

– Ram ở 760÷780 oC: tăng tính dẻo và khả năng chống ăn mòn tinh giới của kim loại cơ bản và liên kết hàn.

– Tránh tăng kích thước hạt khi hàn: sử dụng nguồn

nhiệt tập trung công suất nhỏ.

– Khi hàn hồ quang tay và hàn CO2, vật liệu hàn bảo

đảm kim loại mối hàn có thành phần tương tự kim loại cơ bản (F) hoặc A, hoặc A + F.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

•Khả năng xuất hiện ăn mòn tinh giới: cacbit crom (khi có T, t) hình thành chủ yếu tại vùng ảnh hưởng nhiệt sát cạnh đường chảy. Hàm lượng cacbon (KLCB) phải rất thấp mới tránh được. •Ví dụ: thép ferit 17% Cr và 25÷30% Cr (loại AISI 430 và AISI 446) có dải nhiệt độ nhạy cảm > 925 oC và để phục hồi khả năng chống ăn mòn tinh giới của chúng, chỉ cần ủ thép ferit trong khoảng 650÷815 oC trong 15÷60 phút. •Do dải nhiệt độ nhạy cảm cao, vùng kim loại nằm kề mối hàn sẽ là vùng nhạy cảm (tại đó có thể xuất hiện cacbit crom), khác với thép không gỉ austenit, khi mà vùng này nằm cách mối hàn một khoảng cách nhất định. •Không như đối với thép không gỉ austenit, việc giảm hàm lượng cacbon trong thép không gỉ ferit không có tác dụng ngăn sự hình thành cacbit crom (với thép AISI 430, hàm lượng 0,009% C vẫn không bảo đảm ngăn cacbit crom xuất hiện sau khi hàn). Trong trường hợp như vậy, việc bổ sung các nguyên tố như Ti (0,5%) và Nb (1,0%) có tác dụng ngăn ngừa cacbit crom hình thành. Ngoài ra, hai nguyên tố này còn có tác dụng ngăn mactenzit hình thành tại tinh giới (chúng có tác dụng tăng tính ổn định của ferit và do đó ngăn việc hình thành austenit). •Tuy nhiên, các thép không gỉ ferit có hàm lượng crom và cacbon nâng cao (các loại AISI 430, 434, 442 và 446) có xu hướng tạo cacbit crom ở tinh giới trong vùng ảnh hưởng nhiệt (nhạy cảm với ăn mòn tinh giới). Vì vậy sau khi hàn, chúng cần được ủ để hòa tan cacbit crom và phục hồi lại khả năng chống ăn mòn.

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM

• Công nghệ hàn thép ferit crom cao

– Khi quá trình vận hành không đòi hỏi liên kết hàn có tính dẻo cao, để tránh nứt khi hàn, đặc biệt khi độ cứng vững lớn, có thể nung nóng sơ bộ và nung nóng đồng thời ở 120 – 180 oC.

– Hàn hồ quang tay khi kim loại mối hàn cần có tổ chức F: que hàn thuộc nhóm vỏ bọc bazơ chứa một lượng lớn ferotitan và nhôm trong vỏ bọc (10X17T, 10X29)

– Hàn bằng que hàn austenit (07X25H13,

07X25H18): kim loại mối hàn có tính chất khác xa kim loại cơ bản

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM

• Công nghệ hàn thép ferit crom cao

– Khi hàn tự động (dưới lớp thuốc, CO2):

• Độ dai của kim loại mối hàn ferit (F) không tăng thậm chí khi ram cao (mặc dù có tăng khả năng chống ăn mòn đối với thép loại 08X17T).

• Phổ biến hơn cả là kim loại mối hàn từ thép Cr – Ni (A và A + F). Kim loại mối hàn phải chứa Ti hoặc Nb để bảo đảm khả ăng chống ăn mòn tương đương kim loại cơ bản (ví dụ dây 08X20H15ФБЮ cho hàn CO2)

– Hàn thép chịu nhiệt từ 25%Cr trở lên:

• Trong kim loại mối hàn phải có lượng Cr tương ứng. • Hàn tự động thường có kim loại mối hàn A hoặc A + F

ĐHBK Hà Nội

(50%F) Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

•

Thành phần và tính chất – Chứa từ 16%Cr và 7%Ni trở lên – –

–

Xu hướng thay thế Ni nếu có thể Thép hợp kim cao Cr – Ni và hợp kim Ni có khả năng chịu nhiệt độ thấp, bền nhiệt, chịu nhiệt và chống ăn mòn cao. Phạm vi sử dụng: ngành chế tạo máy và thiết bị hóa chất, dầu khí, năng lượng, v.v. Thành phần hợp kim quyết định phạm vi sử dụng.

– Có 3 loại: chống ăn mòn, bền nhiệt, và

chịu nhiệt.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

•

Thành phần và tính chất – Thép chống ăn mòn (tối đa 0,12%C):

•

Tùy thành phần và nhiệt luyện, có khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ thường và cao (đến 800 oC) trong không khí, môi trường khí khác, dung dịch kiềm hoặc axit, kim loại lỏng

• Ví dụ thành phần: 08X18H10T, 12X18H10T, 08X18H12T, 10X17H13M2T, 08X18H12Б 10X14Г14H4T.

• Ví dụ ứng dụng: ống dẫn và khí cụ trong ngành hóa

chất và dầu khí

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Thành phần và tính chất

– Thép và hợp kim bền nhiệt:

• Được hợp kim hóa bằng Mo, W (max. 7% mỗi

nguyên tố), và B.

• Ứng dụng chủ yếu: thiết bị năng lượng, như

đường ống, chi tiết tuốc bin khí có nhiệt độ vận hành đến 750 oC hoặc cao hơn.

• Ví dụ thành phần: 09X14NiHB2БP, XH78T

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Thành phần và tính chất

– Thép chịu nhiệt:

• Có khả năng chống ăn mòn bề mặt trong môi trường khí ở nhiệt độ tối đa 1100 – 1150 oC. • Al (max 2,5%) và W (max 7%) tạo khả năng

chống oxi hóa, cùng với Si, chúng tạo lớp oxit bề mặt bền vững bảo vệ kim loại khỏi tác động của môi trường ăn mòn của khí ở nhiệt độ cao.

• Ứng dụng: các chi tiết chịu tải trọng thấp

(phần tử nung, khí cụ lò, v.v.).

• Ví dụ thành phần: 20X13H28, 20X25H20C2,

XH70Ю.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

•

Thành phần và tính chất

–

Sau khi tôi đồng nhất hóa tổ chức A (không phải để tạo M như trong trường hợp thép thường), thép có độ bền và tính dẻo cao

Thép/ hợp kim

σC [kp/mm2]

σB [kp/mm2]

δ [%]

55 – 75

100 – 110

20 – 30

08X18H10 Tôi 1050 – 1100 oC/không khí 10X17H13M2T Tôi 1050 – 1100 oC/không khí XH67MBTЮ Tôi 1200 oC/không khí; hóa già 850 oC/15h

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Thành phần và tính chất

– Tổ chức kim loại phụ thuộc vào: • Thành phần hóa học (là chính) • Chế độ nhiệt luyện • Mức độ biến dạng dẻo

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

•

Thành phần và tính chất

–

Thành phần hóa học - Giản đồ Schaeffler

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

A

F erit

E N

M

F

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

CrE

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Thành phần và tính chất

– Chế độ nhiệt luyện

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

L

L + δ

L

G iới h ạ n h ò a ta n K tro n g γ

thép

Giản đồ trạng thái giả 2 nguyên của hợp kim 0,05%C, 18% Cr, 8% Ni, 74% Fe

Nguội chậm: L → δ + γ → γ → γ + K → α + γ + K Nguội nhanh: L → γ + (δ)

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Thành phần và tính chất

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

HB

σB

σC

Thay đổi cơ tính thép 17Cr18Ni8Ti theo mức độ biến dạng nguội (biến cứng)

(Một phần γ chuyển biến thành α tại tinh giới, ngăn chuyển dộng trượt mạng tinh thể)

ĐHBK Hà Nội

Mức độ biến dạng

HB; δ %; σC , σB kp/mm2

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

•

Thành phần và tính chất – Định nghĩa ăn mòn tinh giới

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

% Cr

12,5

x Hạt austenit

x Vùng nghèo crom Hạt austenit

Tinh giới

t ặ m ề b ừ t n ò m n ă t ấ h C

Hạt cacbit crom

Tinh giới

Hạt cacbit crom Vùng nghèo crom

t ặ m ề b ừ t n ò m n ă t ấ h C

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Thành phần và tính chất – Vấn đề ăn mòn tinh giới

Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lên tính nhạy cảm với ăn mòn tinh giới của kim loại mối hàn thép austenit

tcr

Thời gian

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

18-8

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Thành phần và tính chất – Vấn đề ăn mòn tinh giới

• Khi Ti ≥(C – 0,02) , Nb ≥10C, cacbon ưu tiên liên kết với Ti, Nb (dưới dạng các hạt mịn cacbit phân tán) thay vì với Cr.

– Vấn đề pha σ:

• Thép chứa Cr cao (16 – 25%) và Mo, Si ở

700 – 850 oC dễ tiết ra pha σ, chủ yếu theo các phản ứng γ → α → σhoặc δ → σ. Khả năng chịu nhiệt và bền nhiệt sẽ bị suy giảm.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Tính hàn: Tính hàn của thép A chịu ảnh hưởng

của (1) việc hợp kim hóa bằng nhiều nguyên tố, (2) tính đa dạng trong vận hành liên kết hàn 1. Vấn đề nứt nóng mối hàn và vùng ảnh hưởng

nhiệt

2. Vấn đề giòn kim loại mối hàn thép chịu nhiệt và

thép bền nhiệt ở nhiệt độ cao

3. Vấn đề suy giảm cơ tính do hệ số dãn nở nhiệt

lớn

4. Phá hủy do ăn mòn tinh giới và 5. Nứt do ăn mòn dưới ứng suất

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Nứt nóng mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt

Austenit (kim loại đắp)

Lớp cùng tinh (giữa các tinh thể)

Austenit (kim loại cơ bản)

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

Kết tinh kim loại mối hàn 1 pha (γ)

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Nứt nóng mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt

Lớp cùng tinh (giữa các tinh thể)

Austenit (kim loại đắp)

δ Ferit

Austenit (kim loại cơ bản)

ĐHBK Hà Nội

Kết tinh kim loại mối hàn 2 pha (γ + δ)

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Nứt nóng mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt

• Nứt nóng:

– Thể hiện dưới dạng nứt giữa các tinh thể – Có thể xuất hiện khi hàn, nhiệt luyện và khi vận hành liên

kết hàn ở nhiệt độ cao

– Chủ yếu dưới dạng cấu trúc hạt thô khi các tinh thể kết

tinh của lớp sau nối tiếp hướng của các tinh thể lớp trước.

• Cách khắc phục:

– Làm mịn các hạt tinh thể khi kết tinh; làm mất tính định

hướng của chúng; giảm chiều dày lớp cùng tinh → để kim loại mối hàn chứa một lượng nhất định δ ferit sơ cấp. – Sử dụng vật liệu hàn chứa ít S, P (dây hàn, lõi que hàn đã

qua tinh luyện chân không hoặc tinh luyện điện xỉ) – Giảm: năng lượng đường, tiết diện mối hàn, lượng kim 36

ĐHBK Hà Nội

loại cơ bản tham gia vào mối hàn).

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Nứt nóng mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

FN

Đường A + M theo Schaeffler

n M %

Austenit (A)

. 5 , 0 + N %

% ferit (F)

. 0 3 + C %

. 0 3 +

austenit + ferit (A+F)

N % = E i N

CrE = %Cr + %Mo + 1,5. %Si + 0,5. %Nb Giản đồ DeLong và chỉ số ferit FN (Ferrite Number)

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Nứt nóng mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt

Sốferit (FN)

u C 5 2 , 0 + N 0 2 + C 5 3 +

N = E N

CrE = Cr + Mo + 0,7Nb

Giản đồ WRC 1992 và chỉ số ferit FN (Ferrite Number) Nếu không có sẵn nồng độ nitơ thực, N = 0,08% đối với GMAW, N = 0,12% đối với FCAW tự bảo vệ. Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội N = 0,06% đối với các quá trình hàn khác. & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Nứt nóng mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt

• Trong chế tạo và vận hành: sử dụng các dụng cụ đo nhanh lượng ferit • Tiêu chuẩn AWS A4.2-74: Standard procedures for calibrating magnetic instruments to measure the delta- ferrite content of austenitic stainless steel weld-metal.

• Nguyên lý hoạt động của dụng cụ: dựa vào lực kéo của ferit trong kim loại mối hàn.

Dụng cụ đo số FN (Severn gauge)

• Đi kèm dụng cụ đo là 8 mẫu chuẩn

chứa từ 3 đến 27 FN.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Vấn đề giòn kim loại mối hàn thép chịu nhiệt và

thép bền nhiệt ở nhiệt độ cao

1. Liên quan đến quá trình vận hành kết cấu hàn ở

nhiệt độ cao.

2. Thép bền nhiệt cần giữ được cơ tính cần thiết ở

nhiệt độ cao.

3. Tốc độ nguội khi hàn cao → các tổ chức kim loại

không ổn định tại nhiệt độ cao được giữ lại. 4. Sau đó, trong quá trình vận hành ở 350 oC trở lên, do khuyếch tán, sẽ thay đổi tổ chức → suy giảm tính dẻo kim loại mối hàn.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Vấn đề suy giảm cơ tính do hệ số dãn nở

nhiệt lớn Thép austenit: hệ số giãn nở nhiệt lớn hơn nhiều

so với thép thường

Hàn nhiều lớp: 1.Kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt và các lớp hàn đầu tiên bị nung nhiều lần → biến dạng nhiệt (biến cứng)

2.Độ cứng vững của liên kết 3.Biến cứng cũng làm tăng lượng ferit, tức là

xác suất giòn mối hàn do pha sigma

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Phá hủy do ăn mòn tinh giới

(a) Ăn mòn tại vùng ảnh hưởng nhiệt

(b) Ăn mòn tại kim loại mối hàn

Các dạng ăn mòn tinh giới liên kết hàn

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

A: KLCB thiếu nguyên tố ổn định hóa gamma (thừa cacbon)

B: tương tự như vậy đối với KLMH (KLCB chứa Nb, Ta, Ti) C: KLCB có Nb, Ta, Ti nhưng tại vùng bị nung > 1250oC, TiC, NbC bị hòa tan và không phục hồi được sau khi hàn (chỉ xuất hiện Cr23C6).

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Phá hủy do ăn mòn tinh giới

Cách phòng chống: 1. Giảm nồng độ cacbon xuống giới hạn hòa tan trong

austenit (0,02…0,03%)

2. Hợp kim hóa austenit bằng các nguyên tố tạo cacbit

mạnh (Ti, Nb, Ta, V)

3. Tôi đồng nhất hóa austenit từ 1050÷1100 oC (sau đó

tránh khoảng 500÷800 oC)

ĐHBK Hà Nội

4. Ủ ổn định hóa austenit 850÷900 oC/2÷3 h 5. Bảo đảm tổ chức 2 pha A+F (chứa đến 20÷25% F, tùy ứng dụng) thông qua hợp kim hóa thêm bằng Cr, Si, Mo, Al… Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Phá hủy do ăn mòn dưới ứng suất • Là tác động đồng thời của môi trường ăn mòn và ứng suất

kéo. Ứng suất kéo xuất hiện do: 1. Biến cứng 2. Hàn 3. Nhiệt luyện 4. Tải vận hành

• Các yếu tố làm tăng khả năng phá hủy do ăn mòn dưới

ứng suất: 1. Mức ứng suất gia tăng 2. Chất ăn mòn có nồng độ cao (ví dụ crlorit và hydroxit) 3. Nhiệt độ tăng 4. Thời gian tác động tăng

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Phá hủy do ăn mòn dưới ứng suất

Đặc điểm: 1. Là dạng phá hủy giòn (giữa các tinh thể hoặc xuyên tinh thể, nhưng ít gây hậu quả nghiêm trọng như phá hủy giòn thông thường (ví dụ thiết bị áp lực)

2. Có thể tác động trong vòng vài giờ, gây rò rỉ hóa chất Có thể xuất hiện tại: 1. Kim loại cơ bản (ứng suất dư do biến cứng, ứng suất tải vận

hành)

2. Kim loại mối hàn 3. Vùng ảnh hưởng nhiệt thép có nồng độ C cao • Môi trường dễ xuất hiện nhất: dung dịch nước của clorit ở nhiệt

độ cao > 70 oC

• Tổ chức A+F chống ăn mòn loại này tốt hơn tổ chức 1 pha A. Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Phá hủy do ăn mòn dưới ứng suất

Các biện pháp chống ăn mòn dưới ứng suất (thép

austenit và môi trường clorit, hydroxit):

1. Khống chế môi trường ăn mòn: tuân thủ quy trình thử thủy tĩnh thép austenit, các biện pháp cách nhiệt

2. Nếu không thể được, dùng vật liệu có khả năng chống ăn mòn tốt hơn (hợp kim coban, niken) 3. Nhiệt luyện giảm ứng suất dư > 900 oC (khó thực

hiện)

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn

• Cùng một mác thép có thể sử dụng cho nhiều mục

đích khác nhau

• Do đó yêu cầu đối với tính chất liên kết cũng khác

nhau

• Vì vậy công nghệ hàn cũng tương ứng (vật liệu hàn,

chế độ hàn, chế độ nhiệt)

• Khả năng dẫn nhiệt kém (trang sau) + hệ số dãn nở nhiệt cao = chiều sâu chảy lớn và dễ biến dạng sau khi hàn

• Điện trở riêng lớn gấp 5 lần so với thép thường, có

thể gây nung nóng điện cực quá mức

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn

Trường nhiệt độ khi hàn: ** * thép cacbon (hệ số dẫn nhiệt 0,096 cal/cm/s) và

*** thép hợp kim cao (hệ số dẫn nhiệt 0,4 cal/cm/s)

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn Các biện pháp ngăn nứt nóng kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng

nhiệt:

1. Hạn chế lượng P, S, Pb, Sn, Bi trong kim loại cơ bản và kim loại mối hàn (đặc biệt khi hàn thép có mức độ austenit hóa cao), giảm lượng kim loại cơ bản tham gia vào mối hàn.

2. Tạo tổ chức kim loại mối hàn có 2 pha

• A+F: cho 3÷5% δ ferit với thép bền nhiệt và chịu nhiệt có mức độ austenit hóa không cao,đến 15% Ni; 15÷25% δ ferit (thép chống ăn mòn)

• A+K+ (pha giữa các kim loại) mịn: cho thép có mức độ austenit

hóa cao (>15% Ni)

3. Các biện pháp công nghệ thay đổi hình dạng vũng hàn và hướng

phát triển các hạt austenit khi kết tinh (trang sau)

4. Giảm tác dụng lực lên liên kết hàn: giảm dòng hàn, chọn dạng mối ĐHBK Hà Nội 49

Ngô Lê Thông, B/m Hàn hàn thích hợp & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

b) Không nứt

a) Nứt

Hướng kết tinh,ứng suất kéo và khả năng nứt nóng

c) Nứt

d) Không nứt

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn

Hàn hồ quang tay

Cùng một mác que hàn, cùng một kim loại cơ bản nhưng khi thay đổi

• Loại liên kết Tư thế hàn •

có thể làm thay đổi chiều sâu chảy và thành phần kim loại mối hàn.

• •

Que hàn thuộc nhóm vỏ bọc bazơ: Sấy trước khi hàn Sử dụng năng lượng đường nhỏ, hàn không dao động ngang, chiều dài hồ quang ngắn, dòng một chiều cực nghịch.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn

Hàn hồ quang tay:

Que hàn [mm]

Cường độ [A] ở tư thế hàn

Chiều dày tấm [mm]

Chiều dài

Sấp

Đứng

Trần

Đường kính

…2,0

150…200

30…50

2,5…3,0

225…250

70…100

50…80

45…75

3,0…8,0

3…4

250…300

85…140

75…130

65…120

8,0…12,0

4…5

300…400

85…160

75…150

65…130

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn

Loại thép

Loại que hàn

Cấu trúc kim loại mối hàn

Chống ăn mòn

A + 2,5…7%F (chống ăn mòn tinh giới)

E-04Cr20Ni9 E-07Cr20Ni9 E-08Cr19Ni10Mn2Nb

E-02Cr19Ni9Nb

A + 5,0…10%F (yêu cầu khắt khe chống ăn mòn tinh giới)

08Cr18Ni10 08Cr18Ni10Ti, 12Cr18Ni10Ti 08Cr18Ni12Ti 08Cr18Ni12Nb 08Cr22Ni6Ti

E-02Cr19Ni9Nb

A + 3,0…5,0%F (chống ăn mòn tinh giới, nhiệt độ vận hành đến 600 oC)

E-08Cr19Ni10Mn2MoNb E-09Cr19Ni10Mn2Mo2Nb

A + 4,0…5,0%F (chống ăn mòn tinh giới, nhiệt độ vận hành đến 700 oC)

10Cr17Ni13Mo2Ti 10Cr17Ni13Mo3Ti 08Cr18Ni12Nb 08Cr21Ni6Mo2Ti

A + 4,0…8,0%F (yêu cầu khắt khe chống ăn mòn tinh giới)

E-09Cr19Ni10Mn2Mo2Nb ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn

Hàn hồ quang tay

Loại thép

Loại que hàn

Cấu trúc kim loại mối hàn

Bền nhiệt

E-08Cr16Ni8Mo2 E-08Cr17Ni8Mo2

A + 2,0…4%F (nhiệt độ vận hành đến 800 oC)

12Cr18Ni9 12Cr18Ni10Ti 08Cr18Ni12Ti

10Cr23Ni18

E-10Cr25Ni13Mn2

A + 2,5%F (nhiệt độ vận hành đến 850 oC)

Chịu nhiệt

E-12Cr24Ni14Si2

20Cr20Ni14Si2 08Cr20Ni14Si2

A + 3,0…10%F (nhiệt độ vận hành đến 900…1100 oC)

E-28Cr24Ni16Mn6

A + K (nhiệt độ vận hành đến 1050 oC, bền nhiệt)

ĐHBK Hà Nội

20Cr25Ni20Si2 40Cr18Ni25Si2 Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn

Hàn dưới lớp thuốc

So với hàn hồ quang tay: Tính ổn định cao hơn về thành phần và tính chất kim loại mối hàn: • Khi thay que hàn hồ quang tay: tốc độ hàn và tốc độ nguội thay đổi → thay đổi thành phần • Nóng chảy đều dây hàn và kim loại cơ bản dọc mối hàn (tốc độ không đổi) • Mức độ bảo vệ vùng hàn cao hơn • Tạo dáng mối hàn tốt hơn (chuyển tiếp đều vào kim loại cơ bản) • Không có bắn tóe (mà có thể ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn)

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn

Hàn dưới lớp thuốc

Phạm vi sử dụng: • Cho dải chiều dày 3…50 mm • Từ 3…12 mm không phải vát mép (hàn hồ quang tay: 3…5 mm) • Có thể hàn với khe đáy lớn và không vát mép với chiều dày tấm đến 30…40 mm Lưu ý: • Khi thay đổi chiều dày tấm cần hàn, dạng vát mép và phần kim loại cơ bản tham gia mối hàn thay đổi → khó khống chế tỷ lệ ferit trong kim loại mối hàn (với cùng một tổ hợp kim loại cơ bản, dây hàn và thuốc hàn)

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn

Hàn dưới lớp thuốc

• Tầm với điện cực nhỏ hơn 1,5…2 lần so với hàn

thép hợp kim thấp

• Cần hàn các mối hàn nhiều lớp, mỗi lớp có tiết

diện nhỏ

• Ưu tiên hợp kim hóa mối hàn bằng dây hàn,

thay vì bằng thuốc hàn

• Thuốc hàn thuộc nhóm bazơ

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn

Hàn dưới lớp thuốc

Loại thuốc hàn (mác/thành phần %) •ANF-16: ≤5,0 SiO2, 50…55 CaF2, 5,0…7,0 MgO, 28,0…32,0 Al2O3, 0,07 S, 0,04 P •AN-26: ≤5,0 SiO2, 50…55 CaF2, 5,0…7,0 MgO, 28,0…32,0 Al2O3, 0,07 S, 0,04 P

Yêu cầu Kim loại mối hàn A +F Kim loại mối hàn A +F để hàn thép có mức austenit hóa không cao Kim loại mối hàn A để hàn thép có mức austenit hóa cao

ĐHBK Hà Nội

•ANF-5: ≤2,0 SiO2, 75…80 CaF2, 0,05 S, 0,02 P •48-OF-6: ≤4,0 SiO2, ≤0,3 MnO, 52,5 CaF2, ≤3,0 MgO, 19,5 CaO, 23,5 Al2O3, 0,05 S, 0,04 P

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn

Hàn dưới lớp thuốc

Loại thép

Loại dây hàn

Yêu cầu

Chống ăn mòn

Chống ăn mòn tinh giới

12Cr18Ni9 12Cr18Ni10Ti 08Cr18Ni9Ti

01Cr19Ni9; 04Cr19Ni9; 06Cr19Ni9Ti; 07Cr18Ni9TiAl 04Cr19Ni9Si2 05Cr19Ni9V3Si2

07Cr18Ni10Nb 05Cr20Ni9VNbSi

Chống ăn mòn tinh giới. Nhiệt độ vận hành trên 350 oC

12Cr18Ni10Ti 10Cr18Ni10Ti 08Cr18Ni12Ti 08Cr18Ni12Nb

08Cr19Ni10Mo3Nb 06Cr20Ni11Mo3TiNb ĐHBK Hà Nội

Yêu cầu khắt khe với chống ăn mòn tinh giới

10Cr17Ni13Mo3Ti 08Cr18Ni12Nb Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn

Hàn dưới lớp thuốc

Loại thép

Loại dây hàn

Yêu cầu

Bền nhiệt

12Cr18Ni9

04Cr19Ni9

Chống ăn mòn tinh giới; kim loại mối hàn A +F

08Cr18Ni8Mn2Nb

Kim loại mối hàn A +F

08Cr18Ni9Nb 08Cr18Ni12Ti

Chịu nhiệt

07Cr25Ni13

20Cr23Ni13 08Cr20Ni14Si2

20Cr23Ni13

Nhiệt độ vận hành 900…1100 oC

07Cr25Ni12Mn2Ti 06Cr25Ni12TiAl 08Cr25Ni13NbTiAl

ĐHBK Hà Nội

08CrNi50

Nhiệt độ vận hành ≤1100 oC

Ngô Lê Thông, B/m Hàn 20Cr25Ni20Si2 & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn

Hàn điện xỉ

• Có thể đạt được kim loại mối hàn austenit mà không xuất

hiện nứt nóng

• Kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt bị lưu lại lâu ở 1200…1250 oC có thể suy giảm cơ tính dẫn đến nứt, đặc biệt với thép chịu nhiệt trong quá trình nhiệt luyện và vận hành sau khi hàn

• Với thép chống ăn mòn: trong vùng ảnh hưởng nhiệt có thể

xuất hiện ăn mòn dạng mũi dao

• Sử dụng thuốc hàn bazơ không chứa oxi, kết hợp với bảo vệ bằng luồng khí Ar (đặc biệt với thép bền nhiệt) để ngăn oxi hóa Ti, Mn…

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn

Hàn điện xỉ

Dòng hàn, A

Điện áp hàn, V

Điện cực, mm; Thuốc hàn, %

Khe đáy, mm

Chiều sâu bể xỉ, mm

Chiều dày tấm, mm

Tốc độ điện cực, m/h

25…35

330

600…800

40…42

28…32

100

15…20

2,4

1200…1300

24…26

28…32

15…20

1,9

3500…4000

22…24

38…40

200

15…20

1,9

1800…2000

26…28

38…40

ĐHBK Hà Nội

Dây ∅3; ANF-7: 20 CaO; 80 CaF2 Tấm 10x100; ANF- 7: 20 CaO; 80 CaF2 Tấm 12x200; ANF- 1: ≤ 5,0 SiO2; ≥ 92 CaF2 Tấm 12x200; ANF- 6: 35 CaO; 65 CaF2

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn

Hàn trong môi trường khí bảo vệ

• Khí bảo vệ: Ar, He, hỗn hợp khí • Chiều dày tấm cần hàn: từ vài phần chục đến hàng chục

• Hàn bằng điện cực không nóng chảy: chiểu dày tấm từ 7

mm trở xuống

• Với hàn ống cố định, có thể cho chiều dày thành ống lớn

hơn

• Thích hợp cho hàn lớp đáy các ống dày (kết hợp biện pháp

bảo vệ đáy và vòng lót đáy)

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

• Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn

Hàn trong môi trường khí bảo vệ

• Khí bảo vệ: Ar, He, CO2, hỗn hợp khí • Hàn bằng điện cực nóng chảy: có khả năng thay đổi đặc trưng luyện kim (thông qua thay đổi thành phần khí), cho phép hàn ở nhiều tư thế (thích hợp cho hàn ở hiện trường)

• Ar: dịch chuyển dạng giọt hoặc dạng tia. Dịch chuỷên dạng tia: hồ

quang có tính ổn định cao, không có bắn tóe.

• Ar + 3…5% O2: cho phép giảm giá trị dòng tới hạn, giảm rỗ khí do

hydro gây ra

• Ar + 15…20% CO2: tiết kiệm Ar, nhưng lượng nguyên tố hợp kim bị

oxi hóa tăng

• CO2: kim loại mối hàn có thể chứa thêm 0,02…0,04% C nếu kim loại cơ bản là thép chứa ít hơn 0,1% C (làm giảm khả năng chống ăn mòn tinh giới). Dây hàn phải chứa đủ nguyên tố khử oxi và nguyên tố tạo Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội cacbit (Ti, Al). & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4. CÔNG NGHỆ HÀN THÉP HỢP KIM CAO CROM

tủa

4.5 Công nghệ hàn thép mactenzit hóa già 4.6 Công nghệ hàn thép austenit mangan

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX

•

Thành phần và tính chất kim loại cơ bản

• Là hợp kim thuộc hệ Fe-Ni-Cr bao gồm hai pha là ferit và austenit với 50% pha austenit phân bố bên trong pha nền ferit

• Các nguyên tố quan trọng: Cr, Mo (ổn định hóa ferit) Ni, N (ổn định hóa austenit).

Tiêu chuẩn EN

a Mo

PREN

1.4462

0,17

1.4363

0,1

Chỉ số đương lượng chống ăn mòn điểm (Pitting Resistance Equivalent Number): PREN = (%Cr) + (3,3 x %Mo) + (16 x %N).

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX

•

Thành phần và tính chất kim loại cơ bản

• Cr: tăng khả năng chống ăn mòn giữa các tinh thể. • Mo: tăng khả năng chống ăn mòn điểm. • N: tăng biến cứng (dung dịch rắn xen kẽ), tăng giới hạn chảy, độ

bền kéo; không làm giảm độ dai của thép.

• Cấu trúc 2 pha bảo đảm:

• Khả năng chống ăn mòn điểm và ăn mòn dưới ứng suất tốt

hơn so với thép không gỉ austenit thông dụng.

• Độ dai lớn hơn và tính hàn tốt hơn thép không gỉ ferit. • Độ bền cao hơn thép không gỉ austenit (so với thép 304 và

316, giới hạn chảy cao gấp đôi), cho phép giảm được chiều dày và khối lượng kết cấu.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX

•

Thành phần và tính chất kim loại cơ bản

• Phân loại: 1. Thép không gỉ duplex đơn giản, ví dụ, 2304 (S32304, EN1.4363),

chỉ chứa ít hoặc không chứa thêm molybden.

2. Thép không gỉ duplex thông dụng, ví dụ, loại 2205 (S32205,

EN1.4462), chứa 22%Cr ( > 80% lượng thép không gỉ duplex hiện đang được sử dụng).

3. Thép không gỉ duplex chứa 25% Cr, ví dụ, loại 2505 (S32550) và

S31260.

4. Thép không gỉ nhóm superduplex, chứa đến 25÷26% Cr và có hàm lượng Mo và N nâng cao, ví dụ, loại 2507 (S32750).

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX

•

Thành phần và tính chất kim loại cơ bản

• Trong quá trình chế tạo:

1. Pha lỏng kết tinh thành ferit ở 1450 oC. 2. Tại 1300 oC, đạt 100% ferit trạng thái rắn. 3. 1300÷800o, hình thành austenit, đạt tỷ lệ 50:50. 4. Sau đó, tôi trong nước để cố định tổ chức kim loại đó.

• Trong quá trình hàn:

• Có thể KLMH thiếu thời gian cần thiết tại 1300÷800 oC. • Do đó, khó đạt được tỷ lệ 50:50.

• Các ứng dụng: thiết bị hóa dầu, năng lượng và vận tải.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX

•

Tính hàn

1. Tổ chức tế vi và tính chất kim loại mối hàn:

• Khống chế bằng: chọn thành phần thích hợp của vật liệu hàn. 2. Tổ chức kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt: • Phụ thuộc chu trình nhiệt; rất nhạy cảm với thông số hàn. • Trong vùng biên nóng chảy, tỷ lệ F:A khác nhiều 50:50. • Do đó độ dai vùng ảnh hưởng nhiệt < so với kim loại cơ bản. 3. Cần bảo đảm F : A = (25÷50) : (75÷50): • Giữ khả năng chống ăn mòn. 4. Cần tránh hình thành các pha kết tủa (gây giòn) Kỹ thuật hàn đòi hỏi khống chế tỷ lệ F:A thông qua thành phần

hóa học mối hàn và tốc độ nguội!

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX

•

Tính hàn

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

Mo, W, Si

1100 oC

Pha σ

Nitrit Cr2N Pha χ

Pha γ2

Cr Mo V Si

Cacbit M23C6 Pha R a

Pha χ

Pha ε (Cu) Pha α’

Pha Γ …

Cr Mo Cu W

300 oC

Cr, Mo, Cu, W

Thời gian

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX

• Công nghệ hàn thép duplex tiêu biểu 2205: 1. Kim loại cơ bản (%): 0,016÷0,022 C; 0,37÷0,53 Si; 1,40÷1,52

Mn; 21,5÷22,2 Cr; 5,5÷5,7 Ni; 2,9÷3,1 Mo; 0,140÷0,184 N. PREN = 34÷35 (với PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N). SMAW, SAW, GMAW, GTAW, FCAW. Tốc độ nguội tăng (cid:198) tỷ lệ F:A tăng tại vùng AHN và KLMH.

2. 3. 4. Kim loại đắp tiêu biểu (22%Cr hoặc 25%Cr):

min.

0,015

–

0,300

0,800

22,5

8,0

3,2

–

0,140

0,015

0,025

0,750

2,000

10,0

23,5

0,50

0,200

0,045 32,6 Làm sạch và tẩm thực mối hàn: lâu hơn thép A.

max. 5. 6. Xác định tỷ lệ F: chỉ dùng giản đồ WRC 1992 (có tính tới N).

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

Tốc độ nguội quá lớn: chỉ có F. Tốc độ nguội quá nhỏ: hình thành các pha kết tủa có hại.

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX • Công nghệ hàn thép duplex tiêu biểu 2205: 6. Máy đo hàm lượng ferit trong kim loại mối hàn: feritscope

(trong vùng ảnh hưởng nhiệt dùng phương pháp kim tương lưới điểm theo ASTM A 562).

.54,0

7,9

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX • Công nghệ hàn thép duplex tiêu biểu 2205: 7. Chế độ hàn và năng lượng đường: • •

Quá trình hàn

Không nung nóng sơ bộ. Tip max = 150 oC. Ngăn lượng đường: (+ không xử lý nhiệt sau khi hàn) qd [kJ/mm] 0,55÷2,05 0,55÷2,05 0,70÷2,45 0,50÷1,70 1,00÷3,45

Hồ quang tay Điện cực nóng chảy, có xung Điện cực nóng chảy Dưới lớp thuốc Điện cực không nóng chảy; Plasma

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

•Nung nóng sơ bộ chỉ tác động lên dải nhiệt độ thấp (F (cid:198) A chỉ xảy ra ở dải nhiệt độ cao; nung sơ bộ làm giảm tốc độ nguội, làm hình thành các pha kết tủa).

•Khí bảo vệ chứa 2%N.

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.4 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ BIẾN CỨNG KẾT TỦA • Thành phần và tính chất kim loại cơ bản: 1. Độ bền cao (862÷2068 MPa tùy theo trạng thái nhiệt luyện). 2. Chống ăn mòn (tương đương AISI 302 và 304). 3. Chống oxi hóa tốt ở nhiệt độ trung bình. 4. Dễ gia công: gia công ở trạng thái độ bền rất thấp, sau đó được

bền hóa (biến cứng kết tủa tại 480÷620 oC).

5. Được bền hóa bằng mactenzit, bền hóa phân tán hoặc kết hợp cả

hai.

Hòa tan dung dịch đặc

Làm nguội nhanh (tôi)

Hóa già (nung có kiểm soát)

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

•Biến cứng kết tủa = biến cứng hóa già = bền hóa phân tán.

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.4 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ BIẾN CỨNG KẾT TỦA Thành phần và tính chất kim loại cơ bản:

•

Loại

Ký hiệu

Số UNS

Thành phần hóa học, %

17-4 PH

S17400

S15500

15-5 PH

Mactenzit (bền trung bình)

0,04 C; 0,30 Mn; 0,60 Si; 16,0 Cr; 4,2 Ni; 3,4 Cu; 0,25 Nb 0,04 C; 0,30 Mn; 0,40 Si; 15,0 Cr; 4,5 Ni; 3,4 Cu; 0,25 Nb

PH 13-8 Mo

S13800

0,04 C; 0,03 Mn; 0,03 Si; 12,7 Cr; 8,2 Ni; 2,2 Mo; 1,1 Al

Mactenzit (bền cao)

17-7 PH PH 15-7 Mo

S17700 S15700

0,07 C; 0,50 Mn; 0,30 Si; 17,0 Cr; 7,1 Ni; 1,2 Al 0,07 C; 0,50 Mn; 0,30 Si; 15,2 Cr; 7,1 Ni; 2,2 Mo; 1,2 Al

Nửa austenit

A-286

K66286

Austenit

17-10 P

0,05 C; 1,45 Mn; 0,50 Si; 14,75 Cr; 25,2 5Ni; 1,30 Mo; 0,15 Al; 0,30 V; 2,15 Ti; 0,005 B 0,10 C; 0,60 Mn; 0,50 Si; 17,0 Cr; 11,0 Ni; 0,30 P ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

•PH = participation hardening •Công nghệ sản xuất thép loại này: nung 815÷1040 oC (cid:198) austenit. Sau đó tôi, austenit (cid:198) mactenzit ở 150÷100 oC. Thích hợp cho gia công cơ và biến dạng tạo hình. Hóa già sau đó ở 485÷620 oC trong thời gian thích hợp, thép tiếp tục được biến cứng thông qua cơ chế hình thành các pha phân tán (tăng độ cứng và độ bền).

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.4 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ BIẾN CỨNG KẾT TỦA

• Công nghệ hàn thép nhóm mactenzit: •

• • •

• •

KLCB chống ăn mòn tốt hơn thép không gỉ mactenzit thông thường. Không nung nóng sơ bộ hoặc nung nóng bổ sung sau khi hàn. KLCB: van, móc cài, trục chân vịt, v.v. Tính hàn tốt; không nứt nguội (ít cacbon); có thể nứt nóng nếu hàn với thép cacbon hoặc thép hợp kim thấp. Hàn ở trạng thái ủ. Sau khi hàn: austenit hóa và hóa già nhân tạo để đạt độ bền và khả năng chống ăn mòn tối đa.

Ký hiệu

Số UNS

Que hàn

Dây hàn

Thép không gỉ không đồng nhất

Mactenzit

17-4 PH

S17400

E / ER 309 (Nb)

ĐHBK Hà Nội

AMS 5827B (17-4 PH) hoặc E 308

AMS 5827B (17-4 PH) hoặc ER 308

Ngô Lê Thông, B/m Hàn 15-5 PH & CNKL

S15500

•PH = precipitation hardening.

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.4 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ BIẾN CỨNG KẾT TỦA

• Công nghệ hàn thép nhóm nửa austenit: •

•

• •

KLCB chống ăn mòn tốt hơn thép không gỉ mactenzit thông thường. Ủ: austenit, tính dẻo cao, dễ gia công biến dạng tạo hình như thép 18 Cr – 8 Ni. Có thể nhanh chóng bị biến cứng sau khi gia công và cần được ủ trung gian trong trường hợp cần tạo hình phức tạp. Sau khi chế tạo, austenit (cid:198) mactenzit thông qua nhiệt luyện. Khi đó, sẽ đạt được độ bền tối đa bằng cách hóa già, tạo nên trong quá trình biến cứng kết tủa và ram mactenzit.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.4 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ BIẾN CỨNG KẾT TỦA

• Công nghệ hàn thép nhóm nửa austenit: •

•

• •

Hầu hết các quá trình hàn hồ quang; TIG tốt nhất để tránh nứt nóng khi hàn một lượt và giảm thiểu tổn thất nhôm trong kim loại mối hàn. Khi hàn, nhiệt hàn có tác dụng austenit hóa và ủ hòa tan dung dịch rắn tại khu vực vùng ảnh hưởng nhiệt liền kề mối hàn. Do đó, KLMH và vùng AHN ở trạng thái sau khi hàn: austenit. Vì vậy, có thể hàn thép không gỉ biến cứng kết tủa nửa austenit ở bất kỳ trạng thái nào mà không cần nung nóng sơ bộ, không cần kiểm soát nhiệt độ giữa các đường hàn hoặc tốc độ nguội. Độ bền mối hàn = 90÷100% độ bền của kim loại cơ bản.

Số UNS

Que hàn

Dây hàn

• Ký hiệu

Thép không gỉ không đồng nhất

Nửa austenit

17-7 PH

S17700

AMS 5824A (17-7 PH)

E / ER 310. ENiCrFe-2 hoặc ERNiCr-3

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

PH 15 7

AMS 5812C (PH 17 7

E / ER 309 h ặ E / ER

S15700

AMS 5827B (17-4 PH) hoặc E 308, E 309 E 308 h ặ E 309

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.4 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ BIẾN CỨNG KẾT TỦA

• Công nghệ hàn thép nhóm austenit: •

•

• •

•

KLCB chống ăn mòn tốt hơn hầu hết thép không gỉ austenit Cr – Ni. Độ dai va đập cao ở nhiệt độ > 650 oC, không có từ tính ở trạng thái ủ và trạng thái biến cứng kết tủa. Có thể hàn ở trạng thái ủ. Sử dụng trong các ứng dụng như khung động cơ phản lực, móc cài và cánh quạt tuabin. Nên hàn TIG với qd nhỏ. Có thể hàn SMAW.

Ký hiệu

Số UNS

Que hàn

Dây hàn

Thép không gỉ không đồng nhất

Austenit

A-286

K66286

E 309 hoặc E 310

ERNiCrFe-6 hoặc ERNiMo-3

E / ER 309 hoặc E / ER 310

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.5 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP MACTENZIT HÓA GIÀ • •

Thành phần và tính chất KLCB: KLCB: maraging steel = martensite (mactenzit) + aging (hóa già). Chúng không thực sự là loại thép mactenzit lẫn hóa già theo đúng nghĩa. A 538:

Thành phần hóa học danh định [%]

ASTM A 538 Cấp thép

– – –

Gr.A (200) Gr.B (250) Gr.C (300) 18 Ni (350)

18 18 18 18

8 8 9 12

4 5 5 4

0,2 0,4 0,7 1,3

0,1 0,1 0,1 0,1

Giới hạn chảy [MPa]

Độ dãn dài [%]

Độ thắt [%]

Độ dai va đập [N.m]

Độ bền kéo [MPa]

Độ dai phá hủy [m.N/mm2]

1400 1700 2000 2400

10 8 7 6

60 55 40 25

24,5÷38,5 19,3 12,8 5,6÷7,9

Gr.A (200) Gr.B (250) Gr.C (300) 18 Ni (350)

47,5 27,1 20,3 10,8 17

1500 1790 2050 2450 Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

ĐHBK Hà Nội Mẫu thử Charpy cho độ dai va đập ở nhiệt độ thường. Chế độ hiệ l

i 816 C hó

ủ hò

ià

ệ

i 482 C

•Thép ASTM A 538 có: 18 Ni (200), 18 Ni (250), và 18 Ni (300)). Sau này còn có thêm cấp thứ tư là 18 Ni (350)

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.5 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP MACTENZIT HÓA GIÀ • •

•

Thành phần và tính chất KLCB: KLCB: 18%, 20% và 25% Ni, cộng với một lượng các nguyên tố hợp kim khác làm chức năng hóa già. C, Mn, Si được coi là không có lợi và được giữ ở hàm lượng thấp 0,03% C; 0.10% Mn và 0,10% Si. Trong các loại thép maraging, thép có hàm lượng 18% Ni là loại phổ biến nhất vì có thể nhiệt luyện đơn giản hơn các loại khác để đạt tới cơ tính tối ưu. Độ bền khác nhau của thép đạt được thông qua hàm lượng Co, Mo, và Ti.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.5 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP MACTENZIT HÓA GIÀ • •

Thành phần và tính chất KLCB: KLCB: quy trình nhiệt luyện thép maraging

T, [oC] T, [oC]

Ủ hòa tan, nguội nhanh Ủ hòa tan, nguội nhanh

816 816 oC/1h oC/1h

Hóa già (biến cứng kết tủa), nguội nhanh Hóa già (biến cứng kết tủa), nguội nhanh

482 oC/3…4h 482 oC/3…4h

Ms Ms

Mf Mf

52 HRC 52 HRC

30 HRC 30 HRC

T, [h] T, [h]

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

•Thép được nung tới 816 oC, để hòa tan các nguyên tố biến cứng (Ti và Al), sau đó được làm nguội trong không khí (ủ). •Tại nhiệt độ Ms (vào khoảng 200 oC với thép A538 Gr.B, và 160 oC với A538 Gr.C), austenit (cid:198) mactenzit và hoàn tất ở khoảng 93 oC. Sự chuyển biến pha này xảy ra trong một dải rộng tốc độ nguội.

•Sau đó thép chứa hoàn toàn mactenzit được hóa già khoảng 1 giờ tại nhiệt độ khoảng 482 oC, để tạo ra các hạt phân tán mịn bên trong pha nền kim loại.

•Khi tăng thời gian của giai đoạn này, độ cứng cũng tăng.

•Mo: tham gia trực tiếp vào các hạt phân tán, làm biến cứng pha nền bằng cơ chế phân tán.

•Co: không tham gia trực tiếp vào quá trình biến cứng, nhưng có tác dụng đẩy nhanh quá trình này.

•Một điểm đặc biệt là trong quá trình nung, chuyển biến pha từ alpha sang gamma xảy ra trong một dải nhiệt độ hẹp (650÷680 oC), nhưng chuyển biến pha theo chiều ngược lại từ gamma sang alpha lại xảy ra ở dải nhiệt độ rất thấp (260÷300 oC). Điều này cho phép sự hóa già mactenzit tại 485 oC kéo dài trong vài giờ mà không có chuyển biến pha sang austenit.

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

Tính hàn và công nghệ hàn: Vùng AHN gồm:

4.5 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP MACTENZIT HÓA GIÀ • • 1. Vùng nằm sát mối hàn, được nung tới nhiệt độ đủ cao để bị austenit hóa hoàn

toàn. Khi nguội, nó chuyển biến thành mactenzit thô. Vùng này tương đối mềm nhưng sẽ đạt được độ cứng toàn bộ ở giai đoạn hóa già sau đó.

2. Vùng hẹp bên cạnh, được nung tới dải nhiệt độ 590÷730 oC, gồm mactenzit

cộng với austenit tái xuất hiện rất mịn. Tỷ lệ của austenit này tăng khi công suất nhiệt hàn tăng. Vùng này mềm và không biến cứng ở giai đoạn hóa già sau đó. Vì vậy khi hàn cần chú ý hạn chế vùng này.

3. Vùng nằm xa đường hàn nhất, có tổ chức mactenzit và bị hóa già ở các mức độ khác nhau dưới 590 oC. Trên thực tế có thể bỏ qua không xét đến vùng này.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

4.5 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP MACTENZIT HÓA GIÀ • •

Tính hàn và công nghệ hàn: Hầu như không nứt nguội do hydro, chủ yếu vì hàm lượng cacbon trong mactenzit tại vùng ảnh hưởng nhiệt rất thấp, làm cho mactenzit tương đối mềm ở trạng thái sau khi hàn. Tuy nhiên, có thể nứt nóng vì:

•

–

Hàm lượng mangan thấp làm cho thép đặc biệt nhạy cảm với hiện tượng giòn do lưu huỳnh. Ngoài ra sunphit titan cũng là nguyên nhân nứt nóng.Hàm lượng titan càng cao thì khả năng nứt nóng cũng tăng. Để tránh nứt nóng và suy giảm cơ tính, cần hàn không nung nóng sơ bộ a và Tip ≤ 120 oC. Tốt nhất: hàn TIG (cho phép có qd nhỏ và bảo vệ tốt vũng hàn).

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

Thành phần và tính chất KLCB:

4.6 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP AUSTENIT MANGAN • • Thép Hadfield hoặc thép 13Γ: 11÷14% Mn và 1,0÷1,4% C và

0,7÷1,4% Cr, Mo, Ni, V, Cu, Ti và Bi.

• Mangan có ái lực mạnh với oxi, lưu huỳnh và cacbon. Do đó nó có tác dụng như chất khử oxi, giảm nứt nóng và làm biến cứng thép.

• Thép austenit mangan có cấu trúc austenit ở nhiệt độ thường. • Độ bền cao, tính dẻo tốt, độ dai đặc biệt cao và khả năng chịu va

đập và chống mài mòn tốt.

• Sử dụng như vật đúc trong các chi tiết như gàu xúc của thiết bị thi

công, má nghiền đá, ghi đường sắt, v.v.

• Tính chất vậ lý tương đương thép không gỉ austenit.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

Thành phần và tính chất KLCB:

4.6 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP AUSTENIT MANGAN • • Tiết cacbit và chuyển biến pha sang peclit xảy ra ở dải nhiệt độ

370÷760 oC.

• Tính dẫn nhiệt thấp (ít hơn thép cacbon 25%) (cid:198) tích lũy nhiệt

trong vật hàn khi hàn.

• Độ dai cao nhưng có giới hạn chảy tương đối thấp. • Cơ tính cao ở – 45 oC÷760 oC, nhưng ở nhiệt độ cao, chúng thiếu độ bền và tính dẻo cần thiết để có thể chịu được ứng suất hàn.

• Khả năng chịu nhiệt và bền nhiệt kém thép austenit Cr – Ni.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

Tính hàn và công nghệ hàn:

4.6 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP AUSTENIT MANGAN • • Tính dẻo tăng theo nhiệt độ cho đến nhiệt độ chuyển biến pha của austenit. Trong 815÷870 oC (thậm chí tới Tnc của kim loại cơ bản) có thể xảy ra nứt nóng. Khi hàn cần có các biện pháp hạn chế nứt nóng.

• Khi hàn, việc nung nóng nhiều lần có thể làm cho kim loại tiết ra pha cacbit và làm chuyển biến một phần pha austenit, làm giảm đáng kể tính dẻo của thép.

• Vì vậy, thép austenit managan cần được hàn với mức năng lượng đường tối thiểu. Quá trình hàn chủ yếu là hàn hồ quang, dùng cho cả hàn nối lẫn hàn đắp.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

Tính hàn và công nghệ hàn:

4.6 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP AUSTENIT MANGAN • • Không nung nóng sơ bộ khi hàn. • Để tránh vùng ảnh hưởng nhiệt bị nung nóng quá mức dẫn đến bị giòn, Tip ≤ 315 oC (nhiệt độ bề mặt kim loại cơ bản không vượt 50 oC ở vị trí cách đường hàn 150 mm).

• qd tối thiểu nhưng vẫn bảo đảm hàn ngấu ở mức cần thiết.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

Tính hàn và công nghệ hàn:

4.6 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP AUSTENIT MANGAN • • SMAW (dòng một chiều cực nghịch), dùnghồ quang ngắn, không dao động ngang que hàn. Hàn gián đoạn. Rèn các đường hàn bằng búa khi đang nóng đỏ nhằm giảm ứng suất hàn. Các mối hàn nhiều lượt cần được ưu tiên sử dụng vì các lượt hàn sau có tác dụng ram mactenzit xuất hiện trong các lượt hàn trước đó.

• Que hàn như ЦНИИН-4 (GOST Э-65X25Г13H3), DIN E8-

UM300-P), MC-16 (Kobe) hoặc tương đương.

• Thành phần kim loại mối hàn tiêu biểu (%) khi hàn các loại que hàn này là 0,14 C; 0,63 Si; 16,89 Mn; 0,018 P; 0,004 S; 2,21 Ni; 15,30 Cr và 0,12 N.

• Ngoài hàn hồ quang tay, các phương pháp hàn tự động và bán tự động cũng thích hợp cho hàn thép austenit managan, đặc biệt hàn bằng dây hàn lõi bột.

ĐHBK Hà Nội

Ngô Lê Thông, B/m Hàn & CNKL

HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy

5. CÔNG NGHỆ HÀN GANG

5.1 Thành phần, tổ chức kim loại và tính chất của gang 5.2 Tính hàn của gang 5.3 Nguyên tắc lựa chọn công nghệ trong hàn gang 5.4 Phương pháp và kỹ thuật hàn gang

5.1 Thành phần, tổ chức kim loại và tính chất của gang

• Một trong những vật liệu kết cấu được dùng rộng rãi

nhất trong các máy móc và thiết bị công nghiệp. • Hợp kim của Fe và C, với C > 2,14% (hệ Fe—C)

hoặc C > 2,11% (hệ Fe—Fe3C), với Si, Mn, Mg, P, S và Cr, Ni, Ti, Mo, tùy theo ứng dụng cụ thể.

• Phân loại theo mức độ hợp kim hóa:

– Gang hợp kim thấp (hàm lượng các nguyên tố hợp kim <

2,5%),

– Gang hợp kim trung bình (2,5%÷10%) và – Gang hợp kim cao (> 10%).

5.1 Thành phần, tổ chức kim loại và tính chất của gang

•

Phân loại theo trạng thái cacbon trong gang: – Gang trắng: cacbon tồn tại dưới dạng cemetnit Fe3C. Gang trắng cứng và giòn, được sử dụng chủ yếu làm các chi tiết chống mài mòn và để chế tạo gang dẻo.

– Gang xám: phần lớn cacbon tồn tại ở trạng thái tự do dưới dạng graphit.

Dễ đúc, dễ gia công, chống rung động tốt. Sử dụng phổ biến trong chế tạo các chi tiết dạng khung, bệ máy, vỏ hộp số, bánh răng lớn.

•

Phân loại theo theo hình dạng graphit: – Gang xám thường: graphit ở dạng tấm. Độ bền của loại gang này thấp. – Gang biến tính: graphit ở dạng hạt nhỏ; cơ tính tốt hơn so với gang xám

thường.

– Gang dẻo: graphit ở dạng cụm. Cơ tính của loại gang này tốt.

• Gang cầu: graphit ở dạng cầu. Có độ bền cao và có thể nhiệt

luyện để cải thiện cơ tính.

5.1 Thành phần, tổ chức kim loại và tính chất của gang

• Các nguyên tố thúc đẩy sự grafit hóa trong gang là: C,

Si, Al, Ni, Co, Cu.

• Các nguyên tố cản trở sự grafit hóa trong gang là: S, V,

Cr, Sn, Mo, Mn.

• Theo mức độ graphit hóa, nền của gang sẽ là: – Ferit: gang có mức độ grafit hóa mạnh nhất – Ferit – peclit – Peclit – Peclit - cementit

• Tổ chức của gang phụ thuộc vào thành phần hóa học (chủ yếu là C và Si) và tốc độ nguội khi kết tinh.

5.1 Thành phần, tổ chức kim loại và tính chất của gang

L

L+G

ë r t n ¶ C

G

L

G

y È ® c ó h T

T¸c dông ®èi víi sù graphit hãa

Hệ Fe-C-Si

5.1 Thành phần, tổ chức kim loại và tính chất của gang

I: Perlit+Cementit; II: Perlit+Graphit; III: Ferit+Graphit

III

Ảnh hưởng của C và Si đến tổ chức của gang (mẫu đúc), t = 50 mm

Chiều dày

Ảnh hưởng của C và Si và tốc độ nguội đến tổ chức của gang (mẫu đúc)

5.1 Thành phần, tổ chức kim loại và tính chất của gang

• Thành phần hóa học trung bình tiêu biểu của gang thường dùng trong chế tạo máy: 3÷3,5% C; 1,5÷2,5% Si; 0,6÷1,2% Mn; 0,2÷0,6% P; 0,05÷0,15% S. • Độ cứng của gang thường vào khoảng 200HB. • Độ bền của gang phụ thuộc vào: 1.Pha nền (P hoặc F, v.v.), 2.Lượng, phân bố và hình dạng của grafit. 3.Vật đúc thành mỏng (ống…): GX12-28 4.Chi tiết máy (xi lanh, máy cắt gọt…): GX21-40 5.Chi tiết máy chịu tảI trọng cao (bánh răng…) GX24-44

5.2 Tính hàn của gang

1.Khả năng biến dạng dẻo thấp của gang. 2.Xu hướng hình thành các tổ chức tôi cứng và giòn khi hàn. 3.Sự xuất hiện gang trắng tại vùng ảnh hưởng nhiệt. 4.Khó hàn gang ở tư thế khác hàn sấp. 5.Xu hướng rỗ mối hàn. 6.Tính đa dạng của các sản phẩm gang.

5.2 Tính hàn của gang Ảnh hưởng của nhiệt hàn đến tổ chức kim loại khi hàn gang

a: F+C (F+G) b: F+A+C (F+A+G) d: A+C (A+G) e: A+L+C (A+L+G) f: L+A g: L+C (L+G)

(L: liquidus; C: cementit)

5.3 Nguyên tắc lựa chọn công nghệ trong hàn gang

•Khắc phục sự xuất hiện các tổ chức tôi và tổ chức biến trắng (gang trắng). •Khắc phục các vấn đề liên quan đến tính dẻo thấp và khả năng dễ nứt của gang khi có ứng suất vượt quá độ bền của nó .

5.4 Phương pháp và kỹ thuật hàn gang

Về mặt phương pháp thực hiện, các bước cần tiến hành là: 1.Xác định kim loại cơ bản 1.Phân biệt gang và thép đúc 2.Chọn công nghệ hàn thích hợp cho các trường hợp 1.Sửa chữa vật đúc mới bằng gang 2.Yêu cầu về độ bền của mối hàn 3.Yêu cầu tính kín nước của mối hàn 4.Khả năng gia công cơ mối hàn sau khi hàn

5.4 Phương pháp và kỹ thuật hàn gang

Phân biệt gang và thép đúc

Thép đúc

Gang đúc 1.Vết đục trên bề mặt lồi lõm, phoi vụn 2.Hình dạng thường phức tạp, chiều dày thay đổi 3.Mềm 4.Khi mài: tia lửa bắn ra rất dày màu đỏ đến vàng rơm, 500÷600 mm, tỏa nhánh rộng 5.Vết nứt: có màu đục, sờ tay vào có vết chì (graphit)

1.Vết đục trên bề mặt sáng bóng, phoi liền 2.Hình dạng đơn giản, chiều dày đồng đều 3.Cứng 4.Khi mài: tia lửa bắn ra dài hơn, ngắt quãng, không tỏa nhánh rộng 5.Vết nứt: lấp lánh ánh kim

Phân tích kim tương và thành phần hóa học: chính xác nhưng tốn kém

5.4 Phương pháp và kỹ thuật hàn gang Sửa chữa vật đúc mới bằng gang: • Màu của mối hàn phải giống của kim loại cơ bản • Độ bền: Các chi tiết chịu lực cao (khung máy…) cần độ bền tương đương kim loại cơ bản, mặc dù chi phí hàn có thể cao (hàn nóng, hàn vảy) • Độ kín nước: Có thể hàn không đòi hỏi cao về cơ tính (giảI pháp hàn nguội, chi phí thấp • Gia công cơ sau khi hàn: Các chi tiết chính xác (lỗ xu pap, bánh răng…) đòi hỏi độ cứng nhất định để có thể gia công cơ sau khi hàn và chống mài mòn trong vận hành.

5.4 Phương pháp và kỹ thuật hàn gang Các công nghệ chính cho hàn gang: •Hàn khí (hàn nóng, nguội, nửa nguội) •Hàn hồ quang tay (nóng, nguội) •Hàn vảy đắp

Hàn nóng: Nung nóng sơ bộ 600÷650 oC, và giữ nó ở khoảng nhiệt độ đó trong suốt quá trình hàn. Hàn nguội: Sử dụng công suất tối thiểu của nguồn nhiệt hàn. Khống chế nhiệt độ vật hàn trong quá trình hàn. Nung nóng sơ bộ là điều bắt buộc khi hàn nóng. Còn khi hàn nguội, trong một số trường hợp có thể tiến hành nung nóng sơ bộ lên đến nhiệt độ 300÷400 oC (còn gọi là hàn nửa nguội), ví dụ với các vết nứt có hình dạng phức tạp và mối hàn có chiều dày lớn. Trong cả hai trường hợp, đòi hỏi phải có phương pháp nung thích hợp.

Phải chống nóng tốt cho thợ hàn và phải hàn thật nhanh. Phương pháp hàn nóng ngày nay ít được sử dụng, mặc dù cho

5.4 Phương pháp và kỹ thuật hàn gang Hàn nóng: • Nung nóng sơ bộ 600÷650 oC, và giữ nó ở khoảng nhiệt độ đó trong suốt quá trình hàn. Tốc độ nung 120 oC/h. • Làm nguội chậm sau khi hàn (120 oC/h/25 mm chiều dày) trong lò hoặc trong vỏ bọc cách nhiệt. Nên dùng khuôn grafit để giúp tạo dáng mối hàn. • Que hàn thường là loại có lõi bằng gang. Đường kính que hàn 14÷16 mm. Vỏ bọc que hàn có chiều dày tối đa 2 mm và phải bảo đảm hồ quang cháy đều, và đủ bù lại lượng nguyên tố bị oxi hóa khi hàn cũng như chứa một lượng lớn các nguyên tố grafit hóa. • Trước khi hàn, que hàn được sấy và ủ ở 200÷250 oC. Dòng điện hàn I = (60÷100)d. • • chất lượng mối hàn tương đương với của kim loại cơ bản và dễ gia công cơ sau khi hàn.

5.4 Phương pháp và kỹ thuật hàn gang

Hàn nguội • Năng lượng đường nhỏ để hạn chế đến mức tối thiểu sự hình thành các tổ chức tôi và tổ chức biến trắng. Không nung nóng sơ bộ. Đường hàn dài 2…3 cm sau đó để cho nguội xuống dưới 50 oC rồi mới hàn tiếp). Các loại que hàn phổ biến sau cho hàn nguội gang: • Que hàn có lõi Ni. Thành phần max 0,15% C; max 0,75% Si; max 0,50% Mn; max 0,01% S; max 0,5% Fe; max 0,50% Cu; > 98% Ni. Grafit trong vỏ bọc, đường kính: 2 mm; 2,5 mm; 3 mm. Chủ yếu để hàn gang xám. • Que hàn có lõi là hợp kim Ni – Fe. Thành phần max 0,25% C; max 0,50% Si; max 1,00% Mn; max 0,0025% S; min 37% Fe; min 0,50% Cu; 52÷60% Ni. Grafit trong vỏ bọc, đường kính: 2 mm; 2,5 mm; 3 mm. Cho mối hàn có cơ tính cao hơn loại trên, chủ yếu để hàn gang cầu. Vùng ảnh hưởng nhiệt: troostit, sorbit, ledeburit phân tán; độ cứng kim loại mối hàn HB 170÷200, vùng ảnh hưởng nhiệt HB 180÷240. • Que hàn có lõi là hợp kim monel. Thành phần 67÷69% Ni; 27÷29% Cu; 2,5% Fe; 0,2% Si; 0,2% Mg. Cho môi trường ăn mòn.

5.4 Phương pháp và kỹ thuật hàn gang

•Vấn đề nung nóng sơ bộ: 1. Nung nóng sơ bộ khi hàn nửa nguội liên quan đến cơ tính của gang (độ dẻo bằng không và sự xuất hiện ứng suất, không phải để ngăn tổ chức biến trắng hay tổ chức tôi. 2. Không cần phải nung nóng sơ bộ khi mối hàn có khả năng co dãn tự do khi hàn và nguội và khi hàn đắp (ví dụ lên bề mặt bánh răng). 3. Thực chất của nung nóng sơ bộ ở đây là tạo ra biến dạng ngược với biến dạng hàn. 4. Có thể nung nóng sơ bộ cục bộ (các vật hàn có hình dạng đơn giản) hoặc toàn phần (với các chi tiết có độ cứng vững cao và hình dạng phức tạp).

5.4 Phương pháp và kỹ thuật hàn gang • Trường hợp sửa chữa vết nứt có nung nóng sơ bộ:

Vết nứt

Nứt ở nan hoa

Nứt ở vành

Nứt ở moay ơ

5.4 Phương pháp và kỹ thuật hàn gang

• Trường hợp sửa chữa vết nứt phõn nhánh: • Chỗ vết nứt kết thúc: khoan lỗ đường kính ~ 20÷25 mm. • Hàn từ phần cuối của vết nứt. Tại sao?

5.4 Phương pháp và kỹ thuật hàn gang

• Trường hợp sửa chữa vết nứt có xét tới tải trọng vận hành

Nung sơ bộ 350 oC

III

I: Phân bố ứng suất hàn II: Phân bố ứng suất do tải trọng III: Phân bố ứng suất tổng hợp