Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến năng suất hàn khi hàn thép không gỉ với thép cacbon

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

6 1 0 2

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

- Í

HÀ ANH HUY

H K Ơ C T Ậ U H T Ỹ K

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN

NĂNG SUẤT HÀN KHI HÀN THÉP KHÔNG GỈ

VỚI THÉP CACBON

C Ọ H A O H K Ỹ S C Ạ H T N Ă V N Ậ U L

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Y U H H N A À H

Đồng Nai, 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP HÀ ANH HUY

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN

NĂNG SUẤT HÀN KHI HÀN THÉP KHÔNG GỈ

VỚI THÉP CACBON

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

MÃ SỐ: 6052013

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. ĐẶNG THIỆN NGÔN

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn...................................................................................... I

Mục lục........................................................................................... II

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt............................................. VIII

Danh mục bảng biểu....................................................................... XI

Danh mục hình vẽ và đồ thị............................................................ XII

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu............................................. 2

2 Phạm vi nghiên cứu....................................................................... 3

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn................................... 3

Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Giới thiệu về kim loại hàn.............................................................. 5

1.1.1. Thép không gỉ...................................................................... 5

1.1.1.1. Phân loại............................................................................ 5

a. Thép không gỉ austenit......................................................... 6

b. Thép không gỉ ferit..................................................................... 6

c. Thép không gỉ mactenzit............................................................. 6

d. Thép không gỉ duplex.................................................................. 6

e.Thép không gỉ biến cứng kết tủa.................................................. 7

1.1.1.2. Thành phần hóa học và cơ tính vật liệu cơ bản thép không gỉ..........................................................................................

1.1.1.3.Tính hàn của thép không gỉ austenit................................... 7

loai mối hàn và vùng ảnh hƣởng 7

a.Nứt nóng kim nhiệt......................................................................................

b. Giòn kim loại mối hàn thép chịu nhiệt và thép bền nhiệt ở nhiệt 10

độ cao...........................................................................

c. Suy giảm cơ tính thép không gỉ austenit do hệ số giãn nở nhiệt lớn.............................................................................................

d.Hiện tƣợng phá hủy liên kết hàn thép austenit do ăn mòn tinh 12

giới..........................................................................................

e. Hiện tƣợng phá hủy liên kết hàn thép không gỉ austenit do ăn mòn dƣới ứng suất........................................................................

1.1.1.4. Công nghệ hàn thép không gỉ 316L bằng phƣơng pháp 13

hàn TIG...........................................................................................

1.2 Thép cacbon................................................................................ 15

1.2.1.1. Phân loại............................................................................ 15

a. Thép cacbon thấp...................................................................... 15

b. Thép cacbon trung bình.............................................................. 15

c. Thép cacbon cao......................................................................... 15

1.2.1.2. Thành phần hóa học và cơ tính vật liệu cơ bản thép 16

cacbon.............................................................................................

1.2.1.3. Tính hàn của thép A516 Grade 65..................................... 16

a. Chu trình nhiệt hàn và tính chất vùng ảnh hƣởng 17

nhiệt.............................................................................................

b. Nhiệt độ giữa các đƣờng hàn TIG.............................................. 18

1.2.1.4. Công nghệ hàn thép A516 Grade 65 bằng phƣơng pháp 18

hàn TIG...........................................................................................

1.3 Công nghệ hàn vật liệu khác chủng loại bằng phƣơng pháp hàn TIG............................................................................................

1.3.1. Khái niệm và nguyên lý hoạt động phƣơng pháp hàn TIG..................................................................................................

1.3.2. Đặc điểm của quá trình hàn................................................. 19

1.3.3. Điện cực hàn TIG................................................................. 20

1.3.4. Cƣờng độ dòng điện khi hàn TIG......................................... 21

1.3.5. Điện áp hồ quang................................................................. 22

1.3.6. Khí bảo vệ.......................................................................... 23

1.3.7. Kim loại đắp (dây hàn phụ).................................................. 24

1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc.................................... 25

1.4.1. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc......................................... 25

1.4.2 Tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngoài....................................... 25

1.6 Định hƣớng nghiên cứu của đề tài................................................. 27

Chƣơng 2 28

MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu....................................................................... 28

2.2 Nội dung nghiên cứu đề tài............................................................. 28

2.2.1.Nghiên cứu lý thuyết.............................................................. 28

2.2.2.Nghiên cứu thực nghiệm........................................................ 29

2.3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài................................. 29

2.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu........................................................... 29

2.3.2. Phạm vi nghiên cứu.............................................................. 30

2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................ 30

Chƣơng 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 32

3.1 Các phƣơng pháp hàn thép cacbon và thép không gỉ...................... 32

3.1.1.Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn 32

nổ (Explosive Welding Process).....................................................

3.1.2. Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn 33

ma sát.......................................................................................

a. Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn ma 33

sát ngoáy (Friction Stir Welding Process).....................................

b. Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn ma sát quay.....................................................................................

3.1.3. Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp điện 35

tiếp xúc điểm điện trở (Resistance Spot Welding Process)..............

3.1.4. Hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn 37

hồ quang.........................................................................................

3.1.4.1. Hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn MIG.................................................................................................

3.1.4.2. Hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn 37

TIG..................................................................................................

3.2 Khuyết tật mối hàn.......................................................................... 38

3.2.1. Ngậm xỉ (Solid inclusions).................................................... 38

3.2.2. Thiếu ngấu (Lack of fusion).................................................. 40

a. Thiếu ngấu cạnh........................................................................ 40

b.Thiếu ngấu giữa các lớp.............................................................. 41

c.Thiếu ngấu chân........................................................................ 42

3.2.3. Không thấu (Lack of penetration)........................................ 43

a.Không thấu hoàn toàn................................................................. 43

b.Thiếu thấu chân.................................................................... 44

3.2.4.Khuyết tật rỗ khí/hốc khí (Cavities)................................. 44

3.2.5.Nứt (Cracks)......................................................................... 47

a. Nứt dọc................................................................................... 48

b. Nứt ngang................................................................................... 48

c. Nứt tia......................................................................................... 49

d. Nứt rãnh hồ quang hàn............................................................... 49

e.Nứt theo bản chất......................................................................... 50

3.3 Các phƣơng pháp kiểm tra khuyết tật mối hàn............................... 51

3.3.1. Kiểm tra mối hàn bằng phƣơng pháp siêu âm (UT- 52

Ultrasonic Test)..............................................................................

3.3.1.1.Qui trình chung................................................................... 52

3.3.1.2.Kiểm tra mối hàn giáp mối................................................. 53

3.3.2. Kiểm tra mối hàn bằng phƣơng pháp chụp ảnh phóng 58

xạ....................................................................................................

3.3.3. Kiểm tra vật liệu bằng thử kéo............................................. 61

3.3.3.1.Các phƣơng pháp kiểm tra độ bền..................................... 63

a. Thử kéo ngang........................................................................... 63

b. Thử kéo kim loại đắp toàn mối hàn (kéo dọc).............................. 64

3.3.4. Thử uốn tĩnh (uốn công nghệ)................................................ 66

b. Thử b gãy mối hàn giáp mối (nick- break tests)......................... 71

c. Thử b gãy mối hàn góc.............................................................. 72

Chƣơng 4 THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ 73

4.1 Quá trình thực hiện mẫu hàn giáp mối .......................................... 73

4.1.1. Chuẩn bị mẫu hàn................................................................. 73

4.1.1.1.Kích thƣớc chi tiết mẫu....................................................... 73

4.1.1.2.Thiết kế mối ghép............................................................... 73

4.1.1.3.Lựa chọn vật liệu hàn......................................................... 74

4.1.2.Hàn đính................................................................................ 76

4.1.2.1.Trình tự và kích thƣớc mối hàn đính.................................. 77

4.1.2.2.Xử lý biến dạng hàn............................................................ 78

4.1.3.Hàn........................................................................................ 80

4.1.3.1.Năng lƣợng đƣờng (Heat input)......................................... 80

4.1.3.2.Nhiệt độ giữa các đƣờng hàn (Tip- interpass 81

temperature)...................................................................................

4.1.3.3.Trình tự bố trí các lớp hàn và đƣờng hàn.......................... 81

4.1.4.Kiểm tra............................................................................... 82

4.1.5Trang thiết bị hàn................................................................... 82

4.2 Thực nghiệm chế tạo mẫu hàn ứng với đƣờng kính que hàn bù 83

1,6 mm.........................................................................................

4.2.1.Quy trình thực nghiệm mẫu hàn............................................ 83

4.2.1.1.Chuẩn bị mẫu hàn .............................................................. 83

4.2.1.2.Hàn đính............................................................................. 86

4.2.1.3.Hàn..................................................................................... 88

4.2.2. Kiểm tra............................................................................... 96

4.3 Thực nghiệm chế tạo mẫu hàn ứng với đƣờng kính que hàn bù  2,4 mm........................................................................................

4.3.1.Quy trình thực nghiệm mẫu hàn...........................................

4.3.1.1.Chuẩn bị mẫu hàn............................................................... 97

4.3.1.2.Hàn đính.......................................................................... 97

4.3.1.3.Hàn.................................................................................... 97

4.3.2. Kiểm tra................................................................................ 101

4.4 Thực nghiệm chế tạo mẫu hàn ứng với đƣờng kính que hàn bù 105

3.2 mm.........................................................................................

4.4.1.Chuẩn bị mẫu hàn.................................................................. 105

4.4.1.1.Hàn đính............................................................................. 106

4.4.1.2.Hàn..................................................................................... 106

4.4.2.Kiểm tra................................................................................ 109

4.4.3.Quy trình xác định các thông số hàn đạt năng suất cao 110

nhất...............................................................................................

4.4.4.Xác định cƣờng độ dòng điện............................................... 110

4.4.5.Quy trình hàn với cƣờng độ dòng điện hàn I= 160 110

(A)...................................................................................................

4.4.5.1.Chuẩn bị mẫu hàn............................................................... 110

4.4.5.2.Hàn đính............................................................................. 110

4.4.5.3.Hàn..................................................................................... 111

4.4.5.4.Kiểm tra.............................................................................. 114

a. Kiểm tra ngoại dạng................................................................... 114

b. Kiểm tra chụp X-quang............................................................... 114

c. Kiểm tra siêu âm......................................................................... 115

d.Kiểm tra độ bền kéo, uốn............................................................. 116

4.4.6.Thực nghiệm quy trình chế tạo mẫu hàn I= 180(A).............. 118

4.4.6.1.Chuẩn bị mẫu hàn............................................................... 118

4.4.6.2.Hàn đính............................................................................ 118

4.4.6.3.Hàn.................................................................................... 119

4.4.6.4.Kiểm tra.............................................................................. 122

a. Kiểm tra ngoại dạng.................................................................. 122

b. Kiểm tra chụp X-quang.............................................................. 122

c. Kiểm tra siêu âm....................................................................... 123

d.Kiểm tra độ bền kéo, uốn........................................................... 124

4.4.7.Thực nghiệm quy trình chế tạo mẫu hàn I= 200(A)............. 126

4.4.7.1.Chuẩn bị mẫu hàn............................................................... 126

4.4.7.2.Hàn đính............................................................................. 126

4.4.7.3.Hàn..................................................................................... 127

4.4.7.4.Kiểm tra.............................................................................. 129

a. Kiểm tra ngoại dạng................................................................... 129

Nhận xét.......................................................................................... 130

Chƣơng 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 132

5.1. Kết luận......................................................................................... 132

5.2. Kiến nghị......................................................................................... 133

TÀI LIỆU THAM KHẢO 134

PHỤC LỤC 137

MỞ ĐẦU

Trong công nghiệp hóa chất các dây chuyền sản xuất hoạt động liên tục

trong các điều kiện công nghệ khắc nghiệt đƣợc khống chế rất nghiêm ngặt và

một môi trƣờng hóa chất gây nên han gỉ, hƣ hỏng cho các thiết bị, máy móc.

Theo số liệu thống kê mới nhất, trong các nhà máy hóa chất chi phí dành cho

bảo vệ chống ăn mòn chiếm 70 - 80% chi phí sửa chữa và dịch vụ sửa chữa

trong năm. Do vậy, ngƣời ta ngày càng chú ý hơn đến việc bảo vệ chống ăn

mòn thiết bị công nghệ để đảm bảo hoạt động sản xuất liên tục, không bị gián

đoạn. Một trong các kỹ thuật bảo vệ chống ăn mòn là lựa chọn loại vật liệu

chế tạo nên kết cấu, máy móc có khả năng làm chậm quá trình ăn mòn.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Thép không gỉ, thép hợp kim cao chịu ăn mòn trên cơ sở thép crôm – niken

có giá thành cao, là một trong những vật liệu đƣợc sử dụng phổ biến trong các

ngành công nghiệp hóa chất để chế tạo các thiết bị, máy móc sản xuất hóa chất. Tuy

vậy, ngƣời ta không thể sử dụng thép hợp kim để chế tạo hoàn toàn một kết cấu

máy vì lý do kinh tế, mà chỉ sử dụng chúng cho từng vị trí công nghệ có yêu cầu

cao về nhiệt và chống mòn.

Từ đây, vấn đề sử dụng các kết cấu đƣợc hình thành từ hai loại vật liệu là thép

cacbon và thép không gỉ đã đƣợc đặt ra. Để đáp ứng điều này, các nhà chế tạo máy đã

đƣa ra giải pháp là sử dụng đồng thời thép hợp kim (thép không gỉ) và thép cacbon

trong một kết cấu bằng kỹ thuật hàn. Đây là một vấn đề khó khăn vì trong thực tế, để

xây dựng một qui trình hàn thép không gỉ - thép cacbon là không đơn giản vì chúng

không chỉ phụ thuộc vào các yếu tố kỹ thuật mà còn phụ thuộc vào tay nghề của ngƣời

thợ. Ngoài ra, việc cải thiện năng suất hàn mà vẫn đảm bảo chất lƣợng mối hàn cũng

nhƣ không có khuyết tật hàn là một vấn đề đặt ra trong thực tế. Tring thực tế sản xuất,

năng suất hàn phụ thuộc vào rất nhiều thông số nhƣ chế độ hàn, vật liệu hàn, tốc độ

hàn, trang bị gá kẹp và tay nghề thợ hàn. Đây là các nội dung chính đƣợc quan tâm đề

cập đến trong quá trình thực hiện nghiên cứu đề đề xuất đƣợc một qui trình công nghệ

chế tạo hàn đạt năng suất hàn là cao nhất.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Việc tham gia của các kim loại khác nhau trong cùng một kết cấu nói chung

là một thách thức lớn về công nghệ vì sự khác biệt trong các tính chất lý tính, cơ

tính và phƣơng pháp luyện kim của các kim loại cơ bản. Đây chính là vấn đề khó

khăn khi sử dụng hai kim loại khác nhau (ở đây là thép cacbon và thép không gỉ) để

chế tạo các kết cấu cơ khí bằng phƣơng pháp hàn.

Hình 1: Sản xuất hệ vỏ & ống trao đổi nhiệt sử dụng hai vật liệu

Sự tham gia của kim loại khác nhau đã mang đến một tiềm năng sử dụng những

lợi thế của vật liệu khác nhau để chế tạo ra các kết cấu cơ khí ứng dụng trong các

ngành công nghiệp hoá chất, nhà máy nhiệt điện. Mục đích chính của việc sử dụng kim

loại thứ hai tham gia trong kết cấu là để đạt đƣợc tính chất cơ học tốt hoặc là khối

lƣợng riêng thấp hay có tính chống ăn mòn tốt. Và kỹ thuật thƣờng đƣợc áp dụng cho

phép sử dụng hai kim loại khác nhau trong những năm gần đây là kỹ thuật hàn.

Mặc dù những vấn đề liên quan đến hàn các vật liệu khác nhau là rất hạn chế,

xuất phát từ các vấn đề nhƣ độ bền mỏi, khả năng chống ăn mòn nhƣ hàn thép không

gỉ austenit với thép cacbon. Thép không gỉ austenit là thép hợp kim cao làm tăng khả

năng chịu nhiệt, khả năng chống ăn mòn và tăng độ bền của kết cấu. Thép cacbon

thấp và trung bình là thép dễ dàng gia công bằng các quá trình cơ khí và quá trình

hàn. Nhu cầu sử dụng kết hợp hai loại vật liệu này trong một số ngành công nghiệp

bằng kỹ thuật hàn đã đƣa đến các tiến bộ nhƣ hàn bằng điện cực nóng chảy trong môi

trƣờng khí trơ (GTAW/TIG). Trong các tiêu chuẩn AWS D1.1, AWS D1.6 và ASME

IX việc hàn hai kim loại khác nhau đƣợc đề cập đến với các thông số khá tổng quát

và phạm vi giá trị khá rộng. Do vậy, việc xác định các qui trình hàn phù hợp cho hai

vật liệu với mác cụ thể là một khó khăn do cần phải thực hiện một số lƣợng lớn thí

nghiệm cùng với chi phí đo kiểm cao. Ngày nay, cùng với sự phát triển bùng nổ về

số nhà máy lọc hoá dầu ở Việt Nam dẫn đến nhu cầu lớn về xây dựng các bồn chứa

xăng dầu, bồn chứa khí gas nên việc cần phải có các qui trình hàn phù hợp có năng

suất cao để hàn hai loại vật liệu khác nhau nhƣ thép cacbon thấp và thép không gỉ là

rất cấp thiết. Xuất phát từ thực tiễn đó, đề tài “Nghiên cứu các thông số ảnh

hưởng đến năng suất hàn khi hàn thép không gỉ với thép các-bon ” đã đƣợc triển

khai nghiên cứu tại trƣờng đại học Lâm nghiệp Hà Nội và các công việc thí nghiệm,

đánh giá đƣợc thực hiện tại phòng thí nghiệm RemeLab (trƣờng đại học Sƣ phạm

Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh).

2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đề tài tập trung nghiên cứu:

- Qui trình hàn chế tạo chi tiết mẫu cho cặp vật liệu là thép cacbon với thép

không gỉ austenit A240.

- Nghiên cứu các thông số ảnh hƣởng đến chế độ hàn, năng suất hàn.

- Đề xuất qui trình hàn trên cơ sở các thông số hàn đã đƣợc xác định nhằm đạt

đƣợc năng suất hàn cao.

Trong khuôn khổ phạm vi đề tài, năng suất hàn ở đây đƣợc hiểu là năng suất

hàn cao nhất có thể đạt đƣợc trên cơ sở qui trình hàn đã đề xuất mà vẫn đảm bảo

đƣợc các yêu cầu về chất lƣợng mối hàn (độ bền, thẩm mỹ,…) cũng nhƣ không có

chứa các khuyết tật hàn.

3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN

a. Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Nghiên cứu, bổ sung cơ sở lý thuyết về công nghệ hàn các vật liệu khác

chủng loại, từ đó làm cơ sở khoa học cho việc chế tạo mẫu hàn từ thép cacbon –

thép không gỉ austenit đạt yêu cầu chất lƣợng bằng phƣơng pháp hàn TIG.

- Xác định đƣợc thành phần hóa học và cơ tính phù hợp của loại dây hàn

phụ để hàn cặp vật liệu thép cacbon với thép không gỉ austenit.

- Xác định đƣợc các thông số hàn (cƣờng độ dòng điện hàn, vận tốc hàn,

đƣờng kính que hàn) phù hợp và qua đó tìm đƣợc chế độ hàn đạt năng suất cao.

b. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Ứng dụng phƣơng pháp hàn TIG để hàn thép cacbon với thép không gỉ

austenit mối hàn liên kết tấm giáp mối đƣợc vát cạnh chữ V.

- Đề xuất đƣợc chế độ hàn đạt năng suất cao có thể ứng dụng vào thực tế

sản xuất.

- Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần vào quá trình đào tạo, kiểm tra

chất lƣợng mối hàn bằng phƣơng pháp kiểm không phá hủy (NDT) và phƣơng pháp

phá hủy (DT). Qui trình hàn đề xuất có thể chuyển giao cho các doanh nghiệp ứng

dụng công nghệ hàn hàn hai vật liệu thép cacbon – thép không gỉ nói riêng và công

nghệ hàn hai vật liệu nói chung để đạt đƣợc năng suất cao, cho phép giảm chi phí

sản xuất trong các ngành công nghiệp đặc thù nhƣ đóng tàu, dầu khí, hóa chất,…

Chƣơng 1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Giới thiệu về kim loại hàn

1.1.1 Thép không gỉ

Thép không gỉ là một nhóm thép hợp kim cao, chứa ít nhất 12% crôm [1,

20]. Nói chung, chúng đƣợc tạo thành từ các nguyên tố hợp kim với một nguyên tố

khác làm cho chúng có thể chống ăn mòn trong nhiều môi trƣờng khác nhau. Những

nguyên tố này cũng làm thay đổi cấu trúc tế vi của thép hợp kim, do đó có ảnh

hƣởng rõ rệt về tính chất cơ học và tính hàn của chúng.

Có nhiều hệ thống khác nhau đang đƣợc sử dụng để ký hiệu thép không gỉ.

Ký hiệu đƣợc sử dụng phổ biến là hệ thống AISI (tiêu chuẩn Mỹ), trong hệ thống

này nhóm thép không gỉ austenit đƣợc ký hiệu trong dãy 200 và 300, thép không gỉ

mactenxit và ferrit đƣợc ký hiệu trong dãy 400 [1, 20].

Để nhận biết thép có tổ chức kim loại thuộc nhóm nào, có thể sử dụng giản

đồ Schaeffler hình 2.1. Giản đồ Schaeffler cho biết tổ chức pha gần đúng của thép

(trong điều kiện cân bằng về nhiệt động học) trên cơ sở đƣơng lƣợng crom (CrE) và

đƣơng lƣợng niken (NiE).

Hình 1.1. Giản đồ Schaeffler [28]

Một phƣơng pháp hữu ích để đánh giá các đặc tính chung của quá trình luyện

kim của vật liệu hàn thép không gỉ là bằng sơ đồ Schaelfler và Delong. Các nguyên tố

hợp kim khác nhau đƣợc thể hiện trong giới hạn của hàm lƣợng niken hoặc crôm

tƣơng đƣơng (tức là các nguyên tố nhƣ niken có xu hƣớng hình thành austenit và các

nguyên tố nhƣ crôm có xu hƣớng hình thành ferit). Bằng cách vẽ tổng giá trị cho

niken và crôm tƣơng đƣơng trên các sơ đồ này, một điểm có thể đƣợc tìm thấy chỉ ra

các pha chính có trong thép không gỉ và giới hạn về % ferit và giá trị ferit tƣơng ứng.

Điều này cung cấp một số thông tin nhƣ ứng xử của nó trong quá trình hàn.

1.1.1.1 Phân loại

a. Thép không gỉ austenit: là thép có chứa 17 – 20% Cr và 8 – 13% Ni, 2 -

3% Mo [16]. Đặc điểm chung của nhóm thép này là chịu đƣợc nhiệt độ cao, tính chống

ăn mòn cao, hoàn toàn ổn định trong nƣớc sông, nƣớc biển, quá nhiệt, dung dịch muối,

hoàn toàn ổn định trong HNO3 với mọi nồng độ. Công dụng của nhóm thép này là sử

dụng trong công nghiệp sản xuất axít, hóa dầu và thực phẩm. Trong lĩnh vực chế tạo thì

nhóm này có tính hàn rất tốt bao gồm các chủng loại 304, 310, 316.

b. Thép không gỉ ferit: là thép có chứa 13 – 18% Cr (một số mác thép

thành phần Cr có thể lên tới 29%) [16] và hàm lƣợng cacbon thấp < 0,1%. Đặc điểm

của nhóm này là có tình chống ăn mòn cao. Công dụng của nhóm này là sử dụng

trong môi trƣờng khí hậu biển, nƣớc biển, môi trƣờng axít, công nghiệp hóa dầu.

c. Thép không gỉ mactenxit: là nhóm thép có chứa 12 – 18% Cr và 0,15 –

0,3% C. Nhóm thép này có tính chống ăn mòn cao trong không khí, nƣớc máy,

nƣớc sông và axit HNO3. Công dụng phổ biến là làm đồ trang sức, ốc vít không gỉ, chịu nhiệt (< 4500C), ổ bi chống ăn mòn.

d. Thép không gỉ duplex (còn gọi là thép hai pha ferit – austenit): là nhóm

thép có chứa 22 – 25% Cr, 5 – 7% Ni và tới 3 – 4% Mo [16]. Duplex là thép không

gỉ mới nhất, vật liệu này là sự kết hợp của các vật liệu austenit và ferit. Vật liệu này

có độ bền cao và khả năng chống ăn mòn vƣợt trội.

e. Thép không gỉ biến cứng kết tủa: Thép không gỉ biến cứng kết tủa là

nhóm thép không gỉ quan trọng có độ bền cao, khả năng chống ăn mòn, chống oxi

hóa tốt và dễ gia công trong chế tạo. Thép loại này đƣợc bền hóa theo cơ chế hình

thành mactenzit, bền hóa phân tán hoặc kết hợp cả hai.

1.1.1.2 Thành phần hóa học và cơ tính vật liệu cơ bản thép không gỉ

Thép không gỉ sử dụng trong liên kết hàn nghiên cứu trong đề tài này là thép

không gỉ austenit ASTM A240 316L (tƣơng đƣơng với mác thép SA240 SS316L

theo tiêu chuẩn ASME). Thành phần hóa học của thép không gỉ austenit ASTM

A240 316L đƣợc cho trong bảng 1.1.

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của thép không gỉ A240 316L [20]

Thành phần hóa học (%) Vật liệu cơ bản

C Mn P S Si Cr Ni Mo

ASTM 0.03 2.0 0.045 0.03 0.75 16-18 10-14 2.0-3.0 A240 316L

Cơ tính của thép không gỉ A240 316L đƣợc cho trong bảng 1.2.

Bảng 1.2: Cơ tính của thép không gỉ A240 316L [20]

Cơ tính

Vật liệu cơ bản Trạng thái Độ bền kéo Giới hạn chảy Độ giãn dài

(MPa) (MPa) tƣơng đối (%)

ASTM

485 170 - A240 316L

1.1.1.3 Tính hàn của thép không gỉ austenit

a. Nứt nóng kim loại mối hàn và vùng ảnh hƣởng nhiệt

Trên hình 1.2 là sơ đồ kết tinh của kim loại mối hàn thuần túy austenit. Các

tinh thể austenit  (chúng có nhiệt độ nóng chảy cao) kết tinh trƣớc, hình thành dần

kim loại đắp. cuối giai đoạn kết tinh của các tinh thể này, pha lỏng có nhiệt độ nóng

chảy thấp hơn và độ bền thấp hơn (cùng tinh) bị các tinh thể đẩy vào vùng tinh giới

để kết tinh sau cùng. Do không có chuyển biến pha rắn, trong quá trình nguội, các

tinh thể kim loại có kích thƣớc lớn, tiết diện lớn và diện tích bề mặt nhỏ (hạt thô);

lớp cùng tinh giữa các tinh thể có chiều dày lớn. Độ bền và khả năng biến dạng của

kim loại nhƣ vậy nhỏ. Sự co ngót kim loại mối hàn và ứng suất kéo tăng trong quá

trình nguội sẽ gây nứt nóng. Kiểu kết tinh này đặc trƣng cho hàn nhiều lớp, khi các

tinh thể của lớp sau lớn lên từ các tinh thể của lớp trƣớc (quá trình kết tinh của kim

loại mối hàn mang tính định hƣớng cao) [1].

Hình 1.2. Kết tinh kim loại mối hàn một pha  [1]

Khi trong mối hàn có tổ chức kim loại hai pha là austenit () và delta ferit

(), hiện tƣợng nứt nóng có thể đƣợc khắc phục. Trên hình 1.3 là sơ đồ kết tinh mối

hàn thép austenit với kim loại mối hàn có tổ chức  và .

Hình 1.3. Kết tinh kim loại mối hàn hai pha  + [1]

Vai trò ngăn nứt nóng của ferit liên quan đến quá trình kết tinh sơ cấp của

kim loại mối hàn nhƣ sau: lúc kết tinh đồng thời xuất hiện 2 pha  và  sơ cấp có tác

dụng làm mất định hƣớng kết tinh của kim loại mối hàn, tức là làm giảm tiết diện

các cột tinh thể  và làm mịn các lớp giữa các tinh thể, đƣợc chia cách bằng các

đoạn  ferit sơ cấp. Các nguyên tố ổn địng ferit (Si,Al, Mo) có tác dụng khử lƣu

huỳnh trong vũng hàn (làm giảm lƣợng sunphit cùng tinh có nhiệt độ nóng chảy

thấp). Nhƣ vậy tác dụng của  ferit là hòa tan tạp chất và giảm hiện tƣợng thiên

tích. Nứt nóng có đặc trƣng của nứt giữa các tinh thể, chủ yếu dƣới dạng cấu trúc

hạt thô khi các tinh thể kết tinh của lớp sau nối tiếp lớp trƣớc. Nứt nóng có thể xuất

hiện khi hàn, nhiệt luyện và cả khi vận hành kết cấu ở nhiệt độ cao.

Cần lƣu ý là khi hàn, nứt nóng có thể sảy ra không chỉ trong kim loại mối

hàn mà cả trong vùng ảnh hƣởng nhiệt (HAZ).

Để khắc phục hiện tƣợng nứt nóng, có thể sử dụng các biện pháp sau:

- Làm mịn các hạt tinh thể khi cho các hạt này kết tinh bằng cách làm mất

định hƣớng của chúng, giảm chiều dày của lớp cùng tinh, để kim loại mối hàn chứa

một lƣợng nhất định  ferit sơ cấp.

- Sử dụng vật liệu hàn chứa ít tạp chất P, S (dây hàn, lõi que hàn đã qua tinh

luyện chân không hoặc tinh luyện điện xỉ).

- Giảm trị số của các thông số hàn nhƣ năng lƣợng đƣờng, tiết diện mối

hàn, lƣợng kim loại cơ bản hòa tan vào mối hàn.

Vấn đề lƣợng  ferit cần thiết cho kim loại mối hàn có tầm quan trọng khi

chọn vật liệu và chế độ công nghệ hàn thép austenit. Giản đồ Scheaffler (có từ năm

1949), hình 1.1, đƣợc dùng để đánh giá nhanh tổ chức kim loại dựa trên cơ sở thành

phần của thép Cr – Ni. Tỷ lệ %  ferit trong kim loại mối hàn có thể đƣợc xác định

bằng phƣơng pháp kim tƣơng.

Tuy nhiên điều này không phải bao giờ cũng thuận tiện cho điều kiện sản

xuất hàn. Giản đồ Delong (hình 1-4) đƣợc đƣa ra sử dụng từ năm 1974 đã khắc

phục đƣợc những nhƣợc điểm chính của Schaeffler. Nó tính tới vai trò của nitơ đối

với tổ chức kim loại của thép và kết hợp với phƣơng pháp đo bằng từ tính để giúp

xác định nhanh lƣợng  ferit trong kim loại mối hàn, thông qua một chỉ số gọi là số

ferit (FN: ferit number).

Với giản đồ Delong tỷ lệ % ferit càng thấp thì số FN càng chính xác. Các

kim loại khác nhau cần các số FN khác nhau. Với thép không gỉ 316L cần ít nhất

3FN.

Khi hàn, để đạt đƣợc lƣợng  ferit do các nhà sản xuất que hàn khuyến cáo

thì cần sử dụng đúng quy trình hàn:

- Tránh sử dụng năng lƣợng đƣờng lớn (dùng que hàn có đƣờng kính nhỏ,

không dao động ngang khi hàn, làm nguội nhanh mối hàn), nếu không lƣợng  ferit

sẽ tăng, làm giảm khả năng chống ăn mòn.

- Tránh sử dụng chiều dài hồ quang lớn (mức độ bảo vệ không đầy đủ) nếu

không sẽ làm tăng lƣợng nitơ trong mối hàn, gây mức austenit hóa mối hàn cao, tức

là làm giảm lƣợng  ferit cần thiết.

Hình 1.4. Giản đồ Delong và số ferit FN [28]

b. Giòn kim loại mối hàn thép chịu nhiệt và thép bền nhiệt ở nhiệt độ cao

Hiện tƣợng giòn kim loại thép chịu nhiệt và thép bền nhiệt austenit liên quan

chủ yếu đến quá trình vận hành kết cấu hàn ở nhiệt độ cao. Tốc độ nguội khi hàn

cao có tác dụng giữ nguyên các tổ chức kim loại ổn định trong vùng có nhiệt độ

cao. Sau đó, trong quá trình vận hành trong dải nhiệt độ từ 3500C trở lên, hiện tƣợng

khuếch tán sẽ làm thay đổi tổ chức kim loại, dẫn đến suy giảm tính dẻo của kim loại

mối hàn. Kim loại mối hàn thép chịu nhiệt và thép bền nhiệt có thể bị giòn thông qua hiện tƣợng hóa già nhiệt trong vùng 350÷5000C. Đây là vùng giòn 4750C.

Ngoài ra giữ mối hàn có tổ chức hai pha (austenit + ferit) một thời gian đủ lâu trong vùng 500÷6500C cũng gây nên hóa già do tiết ra pha cacbit Cr23C6 [1].

Hợp kim hóa kim loại mối hàn bằng Ti hoặc Nb có tác dụng liên kết cacbon

thành các hạt cacbit TiC và NbC bền vững, mịn và phân tán đều trong hạt kim loại

austenit, không tạo điều kiện cho Cr liên kết với cacbon. Giữ kim loại ở vùng 700-

8500C có tác dụng đẩy mạnh quá trình tiết ra pha sigma  (pha này làm giòn mối hàn ở

nhiệt độ thấp và làm giảm giới hạn bền ở nhiệt độ cao). Các nguyên tố ổn định hóa ferit

nhƣ Ti và Nb có tác dụng thúc đẩy quá trình này. Do đó biện pháp tích cực nhất để loại

bỏ các pha cacbit crôm và sigma là giảm lƣợng cacbon trong kim loại mối hàn.

c. Suy giảm cơ tính thép không gỉ austenit do hệ số giãn nở nhiệt lớn

Thép không gỉ austenit có hệ số giãn nở nhiệt lớn hơn nhiều so với thép

thƣờng. Khi hàn nhiều lớp, kim loại vùng ảnh hƣởng nhiệt và các lớp hàn đầu tiên

bị nung nóng nhiều lần, làm cho chúng bị biến dạng nhiệt (biến cứng). Có bốn yếu

tố làm giảm cơ tính kim loại vùng ảnh hƣởng nhiệt và các lớp hàn đầu tiên [1]:

- Thứ nhất: Chu trình nhiệt hàn khi hàn có thể làm giảm tính dẻo và độ bền,

dẫn đến nứt liên kết hàn.

- Thứ hai: Khuếch tán có thể làm tăng lƣợng cacbon và ôxy trong vùng ảnh

hƣởng nhiệt. Cùng với các tạp chất có hại, chúng tạo thành các cùng tinh có nhiệt

độ nóng chảy thấp

- Thứ ba: Vùng ảnh hƣởng nhiệt đƣợc giữ lại một thời gian dài tại nhiệt độ

vận hành cao, làm cho các pha mịn cacbit và pha sigma bị cầu hóa, gây nên hiện

tƣợng giòn.

- Thứ tƣ: Quá trình tiết ra các pha cacbit và sigma () trong kim loại mối

hàn kết hợp với ứng suất dƣ sau khi hàn có tác dụng làm giảm tính dẻo và làm cục

bộ hóa biến dạng vùng ảnh hƣởng nhiệt gây nứt.

d. Hiện tƣợng phá hủy liên kết hàn thép austenit do ăn mòn tinh giới

Ứng dụng lớn nhất của thép không gỉ austenit thuộc hệ Cr – Ni là sử dụng

làm thép chống ăn mòn. Nếu khi hàn sử dụng chế độ hàn không thích hợp thì khi

vận hành, thép chống ăn mòn có thể bị ăn mòn tinh giới trong điều kiện tiếp xúc với

môi chất ăn mòn.

Có ba dạng ăn mòn tinh giới chủ yếu là ăn mòn tại vùng ảnh hƣởng nhiệt, ăn

a. Ăn mòn tại vùng ảnh hƣởng nhiệt

b. Ăn mòn tại vùng kim loại mối hàn

mòn tại vùng kim loại mối hàn và ăn mòn dạng mũi dao [1].

c. Ăn mòn dạng mũi dao

Hình 1.5. Các dạng ăn mòn tinh giới

- Hình 1.5a: Ăn mòn tại vùng ảnh hƣởng nhiệt, tại khu vực mà chu trình

nhiệt hàn tạo nên các đƣờng đẳng nhiệt tới hạn.

- Hình 1.5b: Cacbit crom tiết ra tại kim loại mối hàn do tác động của chu

trình nhiệt hàn. Do đó kim loại mối hàn thừa C hoặc thiếu Ti, Nb.

- Hình 1.5c: ăn mòn cục bộ kim loại cơ bản tại sát đƣờng chảy của mối hàn.

Có thể áp dụng các biện pháp sau đây để khắc phục hiện tƣợng ăn mòn tinh

giới liên kết hàn:

- Giảm hàm lƣợng cacbon xuống giới hạn hòa tan trong austenit (0.02 ÷ 0.03%).

- Hợp kim hóa austenit bằng các nguyên tố tạo cacbit mạnh (Ti, Nb, Ta, V). - Tôi đồng nhất hóa austenit từ 1050 ÷ 11000C (sau đó tránh kim loại lƣu lại

lâu trong vùng nhiệt độ nhạy cảm 500 ÷ 8000C).

- Tiến hành ủ ổn định hóa austenit sau khi hàn theo chế độ 850 ÷ 9000C

trong thời gian 2 ÷ 3 giờ.

- Bảo đảm tổ chức hai pha austenit + ferit thông qua hợp kim hóa mối hàn

bằng các nguyên tố Cr, Si, Mo, Al…

e. Hiện tƣợng phá hủy liên kết hàn thép không gỉ austenit do ăn mòn

dƣới ứng suất

Hiện tƣợng ăn mòn dƣới ứng suất là tác động đồng thời của môi trƣờng ăn

mòn và ứng suất kéo. Các nguyên nhân gây xuất hiện ứng suất kéo là: biến cứng,

hàn, nhiệt luyện và tải vận hành. Các yếu tố làm tăng khả năng phá hủy do ăn mòn

dƣới ứng suất là mức ứng suất gia tăng trong liên kết, chất ăn mòn có hàm lƣợng

cao (ví dụ nhƣ clorit, hydroxit), nhiệt độ tăng và thời gian tác động tăng.

Phá hủy do ăn mòn dƣới ứng suất là dạng phá hủy giòn (giữa các tinh thể

hoặc xuyên tinh thể), nhƣng ít gây hậu quả nghiêm trọng nhƣ phá hủy giòn thông

thƣờng (ví dụ, trong các thiết bị chịu áp lực). Nó cáo thể tác động trong vòng vài

giờ, gây nên rò gỉ hóa chất. Về vị trí nó có thể xuất hiện tại vùng kim loại cơ bản

(ứng suất do biến cứng, ứng suất do tải vận hành), tại vùng kim loại mối hàn và tại

vùng ảnh hƣởng nhiệt thép có hàm lƣợng cao.

Các biện pháp chống ăn mòn dƣới ứng suất bao gồm khống chế môi trƣờng

ăn mòn, dùng vật liệu có khả năng chống ăn mòn tốt hơn (hợp kim coban, niken) và

nhiệt luyện giảm ứng suất dƣ.

1.1.1.4 Công nghệ hàn thép không gỉ 316L bằng phƣơng pháp hàn TIG

Các loại thép không gỉ austenit đều có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác

nhau. Do đó yêu cầu đối với tính chất liên kết cũng khác nhau trong từng trƣờng

hợp, cho dù sử dụng cùng một mác thép. Điều này đòi hỏi công nghệ hàn cũng khác

nhau tƣơng ứng về mặt lựa chọn vật liệu hàn, chế độ hàn và chế độ nhiệt.

Thép không gỉ austenit có khả năng dẫn nhiệt kém nhƣng lại có hệ số giãn nở

nhiệt cao. Kết quả là khi hàn, chiều sâu nóng chảy lớn hơn so với thép hợp kim thấp

và dễ sảy ra biến dạng sau khi hàn. Với điện trở riêng lớn gấp 5 lần so với thép

thƣờng, điện cực có thể bị nung nóng quá mức khi hàn.

Các biện pháp công nghệ đƣợc sử dụng để ngăn nứt nóng kim loại mối hàn

và vùng ảnh hƣởng nhiệt là:

- Hạn chế lƣợng tạp chất nhƣ P, S, Pb, Sn, Bi trong kim loại cơ bản và kim

loại mối hàn, giảm lƣợng kim loại cơ bản hòa tan vào mối hàn.

- Tạo tổ chức kim loại mối hàn có 2 pha. Với thép bền nhiệt và thép chịu

nhiệt có đƣơng lƣợng niken không cao và tối đa 5% Ni. Hợp kim hóa thép thêm bằng

các nguyên tố nhƣ Mo, W và Mn có tác dụng giảm khả năng chống nứt nóng. [1]

- Các biện pháp công nghệ thay đổi hình dạng vũng hàn và hƣớng phát triển

các hạt austenit khi kết tinh.

- Giảm tác dụng lực liên kết hàn: giảm dòng hàn, chọn dạng dạng mối hàn

thích hợp.

Để hàn thép không gỉ austenit bằng phƣơng pháp hàn TIG dùng khí bảo vệ là

khí trơ bao gồm khí argon (99,98%) hoặc khí helium (99,985%). Khí trơ không

những có tác dụng ổn định hồ quang tốt mà còn hạn chế mức độ ôxy hóa các

nguyên tố hợp kim khi hàn. Quá trình hàn này thích hợp nhất cho các vật liệu 0,5 ÷

10mm, đây là quá trình hàn có ƣu thế hơn mọi quá trình hàn hồ quang khác nhƣ hàn

hồ quang tay (SMAW), hàn dƣới lớp thuốc (SAW), hàn bằng điện cực nóng chảy

trong môi trƣờng khí bảo vệ (GMAW), đặc biệt là khi hàn tấm mỏng.

Khi hàn có thể sử dụng chế độ hàn thông thƣờng lẫn chế độ hàn xung. Dòng

hàn ở chế độ hàn xung cho phép làm giảm kích thƣớc vùng ảnh hƣởng nhiệt, mức

độ biến dạng. Do đặc trƣng kết tinh, hàn bằng chế độ xung cũng cho phép giảm tính

định hƣớng kết tinh của tổ chức kim loại mối hàn, dẫn đến giảm khả năng nứt nóng.

Điện cực trong phƣơng pháp hàn TIG là điện cực không nóng chảy wonfram

có đƣờng kính 1,6 ÷ 6,4 mm. Dòng hàn thƣờng sử dụng là dòng một chiều đấu

thuận (DCEN) và và dòng hàn đƣợc điều chỉnh trong phạm vi rất rộng từ 10 ÷

400A. Đây là một ƣu điểm rất lớn của phƣơng pháp hàn TIG để trong quá trình hàn

chúng ta có thể kiểm soát nguồn nhiệt đầu vào (heat input).

Chụp khí khi hàn TIG thép không gỉ là chụp gốm hoặc là chụp kim loại.

Nhƣng khi hàn thép không gỉ austenit với chiều dày 10mm thì điện cực có thể bị

nung nóng quá mức khi hàn. Vì vậy trong trƣờng hợp này chụp kim loại thƣờng

đƣợc chọn. Cỡ chụp khí đƣợc chọn từ số 4÷8, phụ thuộc vào đƣờng kính điện cực

cà kích thƣớc rãnh hàn.

1.1.2 Thép cacbon

Thép đƣợc coi là thép cacbon khi không có quy định nào về nồng độ tối thiểu

của các nguyên tố Cr, Co, Nb, Mo, Ni, Ti, W, V, Zr hoặc bất kỳ nguyên tố nào khác

cần đƣa thêm vào để có đƣợc hiệu ứng hợp kim hóa cần thiết; khi nồng độ tối thiểu

đƣợc quy định cho đồng (Cu) không vƣợt quá 0,40%; hoặc nồng độ tối đa quy định

cho bất kỳ nguyên tố hợp kim nào trong các nguyên tố sau đây không vƣợt quá:

1,65% với Mn, 0,60% với Si và 0,60% với đồng. Trong các loại thép, thép cacbon

chiếm đa số về mức độ sử dụng (khoảng trên 80%) [1].

1.1.2.1 Phân loại

a. Thép cacbon thấp

Thép cacbon thấp chứa đến 0,3%C, các loại thép này có giới hạn chảy thấp

và đƣợc dùng chủ yếu dƣới dạng tấm hoặc thép cuộn ở rạng thái cán nguội hoặc cán

nóng và có tính hàn rất tốt.

Đây là nhóm thép cho phép hàn đƣợc bằng nhiều phƣơng pháp hàn khác

nhau, chế độ hàn có thể điều chỉnh trong phạm vi rộng, không cần sử dụng các biện

pháp công nghệ phức tạp (nhƣ nung nóng sơ bộ, nhiệt luyện sau khi hàn…) mà vẫn

đảm bảo nhận đƣợc chất lƣợng liên kết hàn có chất lƣợng mong muốn.

b. Thép cacbon trung bình

Thép cacbon trung bình tƣơng tự nhƣ thép cacbon thấp, nhƣng có nồng độ

cacbon từ 0,3 - 0,6% và nồng độ Mn từ 0.6 - 1,65%. Thép cacbon trung bình đƣợc

dùng làm trục, bánh răng, trục khuỷu,…

So với nhóm trên, nhóm này chỉ thích hợp với một số phƣơng pháp hàn nhất

định, các thông số của chế độ hàn chỉ có thể dao động trong phạm vi hẹp, yêu cầu

về vật liệu hàn chặt chẽ hơn. Một số biện pháp công nghệ nhƣ nung nóng sơ bộ,

giảm tốc độ nguội và xử lý nhiệt sau khi hàn có thể đƣợc sử dụng.

c. Thép cacbon cao

Thép cacbon cao chứa 0,6 - 0,9% với nồng độ Mn từ 0,3 - 0,9%. Chúng đƣợc

dùng làm dụng cụ, lò xo và dây có độ bền cao.

Đây là nhóm thép cho phép nhận đƣợc các liên kết hàn với chất lƣợng mong

muốn trong các điều kiện rất khắt khe về công nghệ và vật liệu hàn, thƣờng phải sử

dụng biện pháp xử lý nhiệt hoặc hàn rong những môi trƣờng bảo vệ đặc biệt (khí

trơ, chân không…); chế độ hàn chỉ đƣợc điều chỉnh trong phạm vi rất hẹp. Tuy vậy

liên kết hàn vẫn có xu hƣớng bị nứt và dễ xuất hiện các khuyết tật khác làm giảm

chất lƣợng sử dụng của kết cấu hàn.

1.1.2.2 Thành phần hóa học và cơ tính vật liệu cơ bản thép cacbon

Thép cacbon đƣợc sử dụng trong liên kết hàn hai vật liệu là thép cacbon thấp

theo tiêu chuẩn ASTM có ký hiệu A516 Grade 65 thép chủ yếu đƣợc sử dụng trong

các thiết bị trao đổi nhiệt, bình áp lực, bồn bể chứa. Thành phần hóa học và cơ tính

của thép A516 Grade 65 đƣợc cho trong bảng 1.3.

Bảng 1.3: Thành phần hóa học của thép A516 Grade 65 [20]

Thành phần hóa học (%) Vật liệu cơ bản C Mn Si P S

0,85÷1,20 0,15÷0.40 0,24 0.035 0.035 ASTM A516 Grade 65

Cơ tính của thép A516 Grade 65 đƣợc cho trong bảng 1.4.

Bảng 1.4: Cơ tính của thép A516 Grade 65 [20]

Cơ tính

Vật liệu cơ bản Trạng thái

Độ bền kéo (MPa) Giới hạn chảy (MPa) Độ giãn dài tƣơng đối (%)

ASTM A516 Grade 65 450÷585 240 23

1.1.2.3 Tính hàn của thép A516 Grade 65

Theo định nghĩa của Hiệp hội hàn Mỹ (AWS), tính hàn là khả năng hàn đƣợc

của vật liệu cơ bản trong điều kiện chế tạo đã đƣợc quy định trƣớc nhằm tạo ra kết

cấu thích hợp với thiết kế cụ thể và có tính năng thích hợp với mục đích sử dụng.

Về tính hàn, trong tiêu chuẩn quốc tế ISO 581:1980 cũng nêu lên ba khía

cạnh tƣơng tự, đƣợc coi là thƣớc đo khả năng:

- Nhận đƣợc mối hàn lành lặn không bị nứt.

- Đạt đƣợc cơ tính thích hợp.

- Tạo ra mối hàn có khả năng duy trì tính chất trong quá trình vận hành.

Về mặt thực tiễn, tính hàn đƣợc thể hiện thông qua ba nhóm chỉ tiêu là:

- Các chỉ tiêu tính toán (liên quan đến chế độ nhiệt).

- Các chỉ tiêu về độ lành lặn (chủ yếu liên quan đến khả năng hình thành nứt).

- Các chỉ tiêu về mặt tính chất.

Thép A516 Grade 65 là thép cacbon thấp hạt mịn đã qua thƣờng hóa, hàn

các loại thép cacbon thấp đã qua thƣờng hóa cũng dễ nhƣ hàn thép cacbon thấp

khác mà không cần các biện pháp công nghệ đặc biệt [1].

a. Chu trình nhiệt hàn và tính chất vùng ảnh hƣởng nhiệt

Chu trình nhiệt hàn là sự thay đổi nhiệt độ khi hàn một điểm nhất định trong

kim loại mối hàn hoặc trong vùng ảnh hƣởng nhiệt theo thời gian. Chu trình nhiệt

hàn là cơ sở chung để đánh giá ảnh hƣởng của các thông số chế độ hàn lên sự thay

đổi cấu rúc của kim loại mối hàn và kim loại vùng ảnh hƣởng nhiệt. Chu trình nhiệt

hàn của vùng ảnh hƣởng nhiệt đƣợc xác định thông qua chế độ hàn cho trƣớc. Các

thông số của chế độ hàn đƣợc lựa chọn sao cho đáp ứng những yêu cầu về mặt năng

suất hàn, hình dạng mối hàn và cấu trúc cũng nhƣ tính chất của kim loại chịu ảnh

hƣởng của các thông số đó.

Những yêu cầu khác nhau đối với tổ chức kim loại vùng ảnh hƣởng nhiệt và

tính chất của liên kết hàn phụ thuộc vào chủng loại im loại cơ bản, loại kết cấu,

công nghệ chế tạo và điều kiện vận hành của liên kết hàn

Việc xác định chu trình nhiệt hàn có thể xác định đƣợc những giới hạn của

chế độ công nghệ hàn sao cho không suy giảm cục bộ tính dẻo trong điều kiện vận

hành có va đập, tập trung ứng suất hoặc nhiệt độ thấp.

b. Nhiệt độ giữa các đƣờng hàn Tip

Nhiệt độ giữa các đƣờng hàn (interpass temperature) là nhiệt độ lƣu kim loại

trong khoảng thời gian giữa hai đƣờng hàn liên tiếp nhau khi hàn nhiều lớp. cũng

nhƣ nhiệt độ nung nóng sơ bộ, nhiệt độ giữa các đƣờng hàn thƣờng nằm trong

khoảng giữa giá trị tối đa và giá trị tối thiểu. Giá trị tối đa không đƣợc phép vƣợt

quá nhiệt độ bắt đầu xuất hiện mactenzit của thép hoặc kim loại mối hàn.

1.1.2.4 Công nghệ hàn thép A516 Grade 65 bằng phƣơng pháp hàn TIG

Khi gá lắp trƣớc khi hàn, để đảm bảo độ lớn cần thiết của khe đáy (khe hở

hàn), có thể dung đồ gá hoặc hàn đính. Khi hàn thép cacbon và thép không gỉ khi gá

lắp kết cấu cách phù hợp nhất là chọn phƣơng pháp hàn đính. Đối với mối hàn vát

cạnh chữ V và hàn nhiều lớp thì mối hàn đính đƣợc thực hiện ở mặt mối hàn và

đƣợc đặt ở lớp thứ nhất. Do tốc độ nguội lớn khi hàn đính, nhất là khi chi tiết có

chiều dày lớn, có thể xuất hiện nứt, cho nên cần nung chảy hoàn toàn mối hàn đính.

Để ngăn ngừa rỗ khí, nứt và các khuyết tật khác, trƣớc khi hàn phải làm sạch

bề mặt khỏi dầu mỡ, gỉ và các chất bẩn khác bám trên bề mặt chi tiết cần hàn trong

phạm vi rộng ít nhất 30mm về mỗi phía của mối hàn.

Đây là thép cacbon thấp với hàm lƣợng cacbon nằm trong khoảng

0,20÷0,30% và hàm lƣợng mangan đến 1,40% có tính hàn tốt nhƣng khi hàm lƣợng

một hoặc một vài nguyên tố hợp kim ở ngƣỡng trên (nhất là khi hàn với thép không

gỉ), có thể xảy ra nứt nguội chân mối hàn. Trong trƣờng hợp nhƣ vậy có thể giảm

bớt tốc độ hàn và cƣờng độ dòng điện, quá trình hàn không cần sử dụng các biện

pháp công nghệ phức tạp (nhƣ nung nóng sơ bộ, nhiệt luyện sau khi hàn…).

1.2 Công nghệ hàn vật liệu khác chủng loại bằng phƣơng pháp hàn TIG

1.2.1 Khái niệm và nguyên lý hoạt động phƣơng pháp hàn TIG

Hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy trong môi trƣờng khí bảo vệ là

khí trơ còn gọi là hàn TIG ( Tungsten Inert gas), hay hàn GTAW (Gas Tungsten Arc

Welding) là quá trình trong đó nguồn nhiệt hồ quang đƣợc tạo thành từ sự phóng

điện giữa điện cực wonfram không nóng chảy và chi tiết hàn. Kim loại điền đầy (dây

hàn phụ) đƣợc đƣa vào hồ quang từ bên ngoài ở dạng dây trần hình 1.6.

Khi hàn khí bảo vệ chảy liên tục từ mỏ hàn qua chụp khí vào vùng hồ quang.

Nhiệt hồ quang làm nung chảy kim loại cơ bản và dây hàn phụ. Kim loại nóng chảy

tại vũng hàn kết tinh tạo thành mối hàn. Khí bảo vệ có thể là argon, helium, hoặc hỗn

hợp khí (Ar+He, Ar+CO2). Khí bảo vệ có thể đƣợc đƣa vào vùng hàn từ một phía

bên điện cực hoặc từ cả hai phía.

Hàn TIG có thể dùng để hàn nhôm, magiê, thép không gỉ, đồng và hợp kim

đồng, niken, và hợp kim niken, và các loại thép cacbon thấp.

Hình 1.6. Thiết bị hàn TIG [25]

1.2.2 Đặc điểm của quá trình hàn

Ƣu điểm:

- Có thể đạt đƣợc mối hàn có cùng tính chất hóa lý, luyện kim nhƣ kim loại

cơ bản.

- Không cần phải làm sạch mối hàn sau khi hàn (không có kim loại bắn tóe,

xỉ hàn).

- Có thể hàn hầu hết kim loại thông dụng trong công nghiệp.

- Có thể hàn kim loại không đồng nhất và hàn đắp

- Có thể ứng dụng trong hàn tự động

Khuyết điểm:

- Năng suất thấp

- Đòi hỏi tay nghề thợ cao

- Thiết bị cồng kềnh đắt tiền

- Tần số cao có thể gây nhiễu các thiết bị không dây

1.2.3 Điện cực hàn TIG

Vônfram đƣợc dùng làm điện cực do có tính chịu nhiệt cao, nhiệt độ nóng chảy cao (34100C), phát xạ điện từ tƣơng đối tốt làm ion hóa và duy trì hồ quang ổn

định, volfram có tính chống oxy hóa rất cao. Thành phần hóa học của điện cực

volfram dùng cho hàn TIG nhƣ ở bảng 1.5.

Bảng 1.5: Thành phần hóa học của các điện cực vônfram [3]

W (min) Zr Tổng tạp chất Th Tiêu chuẩn AWS % % (max) % %

EWP 99.5 - 0.5 -

EWTh-1 98.5 - 0.5 0.8 – 1.2

EWTh-2 97.5 - 0.5 1.7 – 2.2

EWTH3 98.95 - 0.5 0.35 – 0.55

EWZr 99.2 0.5 - 0.15 – 0.40

Các điện cực vônfram thƣờng đƣợc cung cấp với đƣờng kính 0.25 – 6.35 mm,

dài 76 – 610 mm, có bề mặt đã đƣợc làm sạch hoặc đƣợc mài để loại bỏ các tạp chất

bề mặt..

Các điện cực vônfram tinh khiết tƣơng đối rẻ, có khả năng dẫn điện không

cao, chống nhiễm bẩn không tốt, thƣờng chỉ dùng đối với các ứng dụng hàn thông

thƣờng.

Các điện cực vônfram có thêm thori (Th), có tính phát xạ điện tử cao hơn, dẫn

điện tốt hơn, chống nhiễm bẩn cao hơn, mồi hồ quang tốt hơn và hồ quang ổn định

hơn.

Các điện cực vônfram có thêm zircon (Zr) có các tính chất trung gian giữa

điện cực W và điện cực W-Th. Điện cực wolfram đƣợc phân loại ở bảng 1.6.

Bảng 1.6: Phân loại theo vạch màu trên điện cực hàn TIG [3]

Hợp kim ôxít Màu sắc Nguyên tố hợp kim Phân loại của AWS

EWP EWCe- 2 EWLa- 1 EWTh- 1 EWTh- 2 EWZr- 1 EWG Xanh lá cây Cam Đen Vàng Đỏ Nâu Xám - Xeri Lantan Thôri Thôri Zi côni - Tỷ lệ phần trăm ôxít hợp kim theo khối lƣợng - 2 1 1 2 0,25 - - CeO2 La2O3 ThO2 ThO2 ZrO2 -

Hình 1.7. Phân loại theo vạch mầu trên điện cực hàn TIG [25]

1.2.4 Cƣờng độ dòng điện khi hàn TIG

Cƣờng độ dòng điện hàn sẽ điều khiển chiều sâu của mối hàn, và hiệu ứng

này là tỉ lệ thuận nếu nhƣ không muốn nói là hơi có tính chất hàm mũ. Dòng điện

hàn cũng ảnh hƣởng đến điện áp, với điện áp ở một chiều dài hồ quang cố định tăng

lên tỉ lệ với dòng điện, điều cần thiết là thay đổi mức điện áp khi cƣờng độ dòng điện

đƣợc điều chỉnh.

Máy hàn TIG có cả loại một chiều và xoay chiều. Dòng một chiều sẽ có hai

kiểu đấu dây là phân cực thuận và phân cực nghịch. Tuy nhiên, phân cực nghịch ít

khi dùng trong hàn TIG do kiểu đấu dây này có nhƣợc điểm là hồ quang không ổn

định, chiều sâu ngấu kém và chóng mòn điện cực. Ƣu điểm duy nhất của phƣơng

pháp này là tác động làm sạch lớp oxit trên bề mặt vật liệu, có tác dụng tốt khi hàn

các kim loại dễ bị oxy hóa nhƣ nhôm và magie. Tuy nhiên hầu hết các kim loại khác

đều không cần đến quá trình này do đó trong hàn TIG chủ yếu là dùng phƣơng pháp

phân cực thuận. Phân cực thuận là tạo hồ quang ổn định hơn, chiều sâu thấu tốt hơn

so với phân cực nghịch dẫn tới mối hàn ít bị ứng suất và biến dạng hơn [3].

Dòng xoay chiều là sự kết hợp của cả phân cực thuận và phân cực nghịch. Do

đó khi ở vào nửa chu kì phân cực nghịch, nó cũng có tác dụng tẩy bỏ lớp oxit trên bề

mặt. Vì thế khi hàn các kim loại nhƣ nhôm, magie, và đồng thanh berili nên ƣu tiên

sử dụng dòng AC hơn là dòng DC phân cực nghịch. Với các kim loại này, việc tẩy

bỏ oxit bề mặt đóng vai trò rất quan trọng để có thể thu đƣợc các mối hàn đẹp và

sạch [3].

1,6

2,4

3,2

70÷140 70÷140 140÷230 140÷230 225÷350 225÷350

Đƣờng kính điện cực (mm) Dòng điện hàn (A) Điện áp hàn (V) Đƣờng kính dây hàn (mm) Đƣờng kính mỏ phun (mm) Khí bảo vệ min (lít)

12 1,6 9,5 10

13 1,6 9,5 10

13 2,4 9,5 10

16 3,2 12,5 12

12 1,6 9,5 10

Bảng 1.7: Lựa chọn đƣờng kính điện cực và dòng điện hàn [3]

1.2.5 Điện áp hồ quang

Điện áp đƣợc đo giữa điện cực vonfram và vật hàn thƣờng đƣợc gọi là điện áp

hồ quang. Điện áp hồ quang là một biến phụ thuộc, bị ảnh hƣởng mạnh bởi những

thông số sau đây:

- Cƣờng độ dòng điện hàn

- Hình dáng của đầu điện cực vonfram

- Khoảng cách giữa điện cực vonfram và vật hàn

- Loại khí bảo vệ

Điện áp hồ quang bị thay đổi do hiệu ứng của những biến số khác, và đƣợc sử

dụng trong việc mô tả những qui trình hàn chỉ vì nó dễ đo lƣờng. Vì những biến số

khác nhƣ là khí bảo vệ, điện cực, và cƣờng độ dòng điện đã điện cực xác định trƣớc,

điện áp hồ quang trở thành một cách để điều khiển chiều dài hồ quang, một biến số

quang trọng nhƣng khó điều khiển. chiều dài hồ quang là quan trọng với phƣơng

pháp này vì nó ảnh hƣởng đến chiều rộng của vũng hàn; chiều rộng của vũng hàn là

tỉ lệ thuận với chiều dài hồ quang. Do đó, trong đa số các công việc hàn những vật

không phải dạng tấm mỏng, chiều dài hồ quang mong muốn càng ngắn càng tốt.

Tất nhiên, cần nhận thức về khả năng đoản mạch điện cực vào vũng hàn hoặc

dây hàn nếu nhƣ chiều dài hồ quang là quá ngắn. Tuy nhiên, với hàn tự động, sử

dụng khí bảo vệ hêli, nguồn điện một chiều điện cực âm, và với một cƣờng độ dòng

điện tƣơng đối cao, có thể nhấn chìm đầu điện cực xuống phía dƣới bề mặt của tấm

để tạo ra những mối hàn có chiều sâu lớn nhƣng hẹp với tốc độ cao.

Khi điện áp hồ quang đƣợc sử dụng để kiểm soát chiều dài hồ quang trong

những công việc quan trọng, cần phải cẩn thận quan sát những biến số khác có ảnh

hƣởng đến điện áp hồ quang. Trong số đó có các tạp chất trong điện cực và trong khí

bảo vệ, tốc độ cấp dây không đúng, sự thay đổi nhiệt đọ của điện cực, và sự mòn đi

của điện cực. nếu nhƣ những thay đổi là đủ lớn để ảnh hƣởng tới điện áp hồ quang

trong hàn tự động chiều dài hồ quang cần phải đƣợc điều chỉnh để khôi phục lại điện

áp mong muốn [3].

1.2.6 Khí bảo vệ

Trong hàn TIG khí bảo về đƣợc dùng là khí trơ, hai khí đƣợc dùng khá phổ

biến nhất hiện nay là argon, nitơ và helium. Ar là một khí đơn nguyên tử ( phân tử

chỉ chứa một nguyên tử) đƣợc trích từ khí quyển bằng phƣơng pháp hóa lỏng không

khí và tinh chế đến độ tinh khiết 99.9%. Khí này đƣợc cung cấp trong các bình áp suất cao hoặc ở dạng lỏng với nhiệt độ dƣới -1800C trong các thùng chứa lớn [3].

He cũng là khí một nguyên tử, có trọng lƣợng riêng khoảng 1/10 so với Ar,

đƣợc trích từ khí tự nhiên, có nhiều ở một số nƣớc. He có nhiệt độ hóa lỏng rất thấp (-272 0C ), do đó thƣờng đƣợc chứa trong các bình áp suất cao. He có tính dẫn nhiệt

cao hơn do đó đòi hỏi điện áp hồ quang lớn hơn so với Ar.

Độ tinh khiết của Ar: Các tạp chất trong Ar có thể gây ra các vấn đề khi hàn

TIG, Ar tiêu chuẩn phải có độ tinh khiết nhƣ đƣợc trình bày ở bảng 1.8.

Bảng 1.8: Thành phần các chất hóa học trong khí argon [3]

Thành phần 99.967%

10 ppm (phần triệu)

300 ppm 5 ppm

Nguyên tố Ar O2 N 2 H2 CO2 Hơi nƣớc 5 ppm 0.005 mg/l

Hỗn hợp Ar-H2: Việc bổ sung hydro vào argon làm tăng diện tích hồ quang và

các ƣu điểm tƣơng tự heli. Hỗn hợp với 5% H2 đôi khi làm tăng độ sạch của mối hàn

TIG bằng tay. Hỗn hợp với 15% H2 đƣợc sử dụng để hàn cơ khí hóa tốc độ cao cho

các mối hàn đâu mí với thép không gỉ dày đến 1.6mm, ngoài ra còn đƣợc dùng để

hàn các thùng bia bằng thép không gỉ và các ống, các hợp kim Ni. Hỗn hợp 35% H2

có thể dùng cho thép không gỉ với mọi chiều dày, nếu khe hở đáy của đƣờng hàn

trong phạm vi 0.25-0.50 mm. Không nên dùng nhiều H2, do có thể gây ra rỗ xốp ở

mối hàn. Việc sử dụng hỗn hợp này chỉ hạn chế cho các hợp kim Ni, Ni-Cu, thép

không gỉ.

Nitơ đôi khi đƣợc đƣa vào argon để hàn Cu và các hợp kim Cu, N2 tinh khiết

đôi khi đƣợc dùng làm khí bảo vệ để hàn thép không gỉ.

1.2.7 Kim loại đắp (dây hàn phụ)

Kim loại điền đầy để liên kết nhiều kim loại và hợp kim khác nhau sử dụng

với phƣơng pháp hàn hồ quang vônfram trong khí bảo vệ là rất sẵn có. Nếu sử dụng

kim loại điền đầy cần phải tƣơng tự, mặt dù không cần thiết phải giống hệt kim loại

cơ bản. Khi liên kết các kim loại cơ bản không tƣơng tự thì kim loại điền đầy sẽ khác

so với một trong hai kim loại cơ bản.

Nhìn chung, thành phần hóa học của kim loại cơ bản đƣợc điều chỉnh để

tƣơng hợp với cơ tính của kim loại cơ bản trong điều kiện hàn. Những kim loại điền

đầy nhƣ thế đƣợc sản xuất với sự kiểm soát về thành phần hóa học, độ tinh khiết, và

chất lƣợng chặt hơn là kim loại cơ bản. Các chất khử thƣờng đƣợc đƣa thêm vào để

đảm bảo mối hàn chất lƣợng tốt. Có thể bổ sung thành phần hóa học của một số kim

loại điền đầy để cải thiện sự đáp ứng với các xử lý nhiệt sau khi hàn [3].

1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc

Trong quá trình chế tạo kết cấu hàn, lý tƣởng nhất là kim loại cơ bản dùng để

hàn có cùng thành phần hóa học và cơ tính. Tuy nhiên trong các nhà máy sản xuất,

chế tạo, xây dựng và các ngành công nghiệp khác do yêu cầu về chi phí và điều kiện

làm việc cho nên cần thiết phải hàn hai vật liệu không giống nhau về thành phần

hóa học lẫn cơ tính. Thép cacbon và thép không gỉ là một lựa chọn kinh tế hơn so

với chế tạo một kết cấu hoàn toàn bằng thép không gỉ.

Trên thế giới việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ hàn hai vật liệu thép

cacbon với thép không gỉ rất phổ biến mang lại lợi ích kinh tế to lớn. Nhƣng ở Việt

Nam việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ hàn hai vật liệu này còn mang tính chất

đơn lẻ và chƣa ứng dụng nhiều vào thực tiễn.

Dù đã rất cố gắng tìm kiếm các tài liệu từ nhiều nguồn nhƣng cho đến nay

tác giả vẫn chƣa tiếp cận đƣợc các nghiên cứu và công bố trong nƣớc về công nghệ

hàn hồ quang để tạo liên kết hàn thép cacbon với thép không gỉ. Ngoài ra, qua khảo

sát thực tế cho thấy các công ty chế tạo hàn cũng đã tiến hành thực hiện các mối hàn

hai vật liệu thép cacbon với thép không gỉ cho các kết cấu ít quan trọng và chủ yếu

dựa trên kinh nghiệm và tay nghề của thợ hàn.

1.3.2.Tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngoài

Ở nƣớc ngoài có một số công bố về về các phƣơng pháp hàn hai vật liệu thép

cacbon với thép không gỉ nhƣ sau:

- Nhóm tác giả Vikas Chauhan và Dr. R. S. Jadoun thuộc trƣờng Đại học

Nông nghiệp và Công nghệ Pant, Pantnagar, Ấn Độ trong tài liệu [12] đã nghiên

cứu về “Tối ƣu hóa tham số của hàn MIG cho thép không gỉ SS-304 và thép cacbon

thấp sử dụng phƣơng pháp thiết kế Taguchi”. Với nghiên cứu này nhóm tác giả đã

đƣa ra một số kết luận là phƣơng pháp Taguchi có thể sử dụng để xác định ảnh

hƣởng của các thông số hàn (dòng điện, điện áp và tốc độ hàn) đến độ bền kéo của

mối hàn và hai thông số ảnh hƣởng nhiều nhất đến độ bền kéo là điện áp và tốc độ

hàn; Ảnh hƣởng của các thông số vào độ bền kéo cuối cùng có thể đƣợc xếp hạng

thứ tự giảm dần nhƣ sau điện áp > tốc độ hàn > cƣờng độ dòng điện và Argon đƣợc

xem là khí bảo vệ hiệu quả, ít văng bắn trong quá trình hàn nhất.

- Một nghiên cứu khác của các tác giả Pawan Kumar, Dr.B.K. Roy, Nishant

của Viện Công nghệ và Quản lý Om, Haryana, Ấn Độ trong tài liệu [13] cũng đã

nghiên cứu về “Tối ƣu hóa thông số của hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy

trong môi trƣờng khí bảo vệ (GMAW) cho thép không gỉ Austenit (AISI 304) và thép

cacbon thấp sử dụng công nghệ Taguchi”. Với nghiên cứu này nhóm tác giả đã

phân tích ảnh hƣởng của 3 thông số hàn là cƣờng độ dòng điện hàn, điện thế hồ

quang và lƣu lƣợng khí bảo vệ, kết quả là cƣờng độ dòng điện hàn ảnh hƣởng lớn

nhất đến độ cứng của kim loại cơ bản (base metal), khu vực mối hàn (weld area) và

vùng ảnh hƣởng nhiệt (HAZ) tiếp theo là điện thế hồ quang và lƣu lƣợng khí bảo

vệ, kết quả này đóng vai trò quan trọng để điều chỉnh các thông số hàn.

- Nhóm tác giả K. Krishnaprasad, and Raghu V.Prakash trong tài liệu [14] đã

nghiên cứu về sự phát triển của vết nứt do mỏi (Fatigue Crack Growth FCG) của

mối hàn vật liệu khác nhau giữa thép không gỉ và thép cacbon. Trong nghiên cứu

này nhóm tác giả đã sử dụng cặp vật liệu là thép tấm không gỉ SS 316L và thép

cacbon IS 2062 Grade A, sử dụng phƣơng pháp hàn TIG và dây hàn phụ là SS309.

Với vết nứt đƣợc khởi xƣớng tại khu vực kim loại cơ bản (base metal region), khu

vực mối hàn (weld metal region) và vùng ảnh hƣởng nhiệt HAZ (heat affected

zones). Kết quả là tốc độ phát triển vết nứt đã đƣợc tìm ra để nâng cao ứng suất cho

mối hàn và kim loại cơ bản. Tốc độ phát triển vết nứt do mỏi tại vùnh ảnh hƣởng

nhiệt của thép không gỉ là thấp nhất còn trên thép cacbon thì tốc độ phát triển vết

nứt nhanh hơn. Hơn nữa dải tán xạ của dữ liệu đƣợc tìm ra bị thu hẹp, cƣờng độ

chống nứt tìm ra tại rất nhiều vị trí khác nhau của mối hàn, cƣờng độ chống nứt

đƣợc tìm ra có giá trị thấp nhất tại mối hàn và cao nhất tại vùng ảnh hƣởng nhiệt.

- Nhóm tác giả Wichan Chuaiphan, Somrerk Chandra – ambhom, Satian

Nitawach và Banleng Sonil trong tài liệu [15] đã nghiên cứu tính khả thi của hàn hai

vật liệu khác nhau giữa thép không gỉ AISI 304 và thép tấm cacbon AISI 1020 với

chiều dày 15mm. Quá trình hàn đƣợc áp dụng là Hàn hồ quang điện cực không

nóng chảy trong môi trƣờng khí trơ (GTAW/TIG) và hàn hồ quang tay (SMAW).

Kết quả cấu trúc tế vi của kim loại mối hàn đƣợc hàn bởi phƣơng pháp hàn TIG là

cấu trúc mạng tinh thể hình lƣới ferit trong nền austenit, trong khi cấu trúc mạng

tinh thể ferit hình nhánh cây mịn phân bố trong nền austenit đã đƣợc tìm thấy trong

các mối hàn đƣợc hàn bởi quá trình hàn SMAW; Giá trị độ cứng của kim loại mối

hàn đƣợc hàn bằng hai quá trình này đều tốt hơn so với kim loại cơ bản là thép

không gỉ và thép tấm cacbon tƣơng ứng; Kim loại mối hàn đƣợc hàn bởi hai quá

trình này đã đáp ứng đủ điều kiện về kiểm tra kéo và uốn; Kiểm tra va đập của kim

loại mối hàn đƣợc hàn bởi phƣơng pháp hàn TIG cao hơn kim loại mối hàn đƣợc

hàn bởi quá trình hàn SMAW; Khả năng chống ăn mòn của kim loại mối hàn đƣợc

hàn bởi phƣơng pháp hàn TIG cao hơn so với mối hàn đƣợc hàn bởi quá trình hàn

SMAW và kim loại cơ bản thép không gỉ tƣơng ứng. Với công trình này nhóm

nghiên cứu đã đƣa ra nhận xét hết sức quan trọng là trong khía cạnh cơ tính và tính

chống ăn mòn của mối hàn, phƣơng pháp hàn TIG đƣợc coi là một quá trình rất

triển vọng có thể đƣợc sử dụng cho hàn hai vật liệu khác nhau. Đây là một kết luận

rất quan trọng để tác giả kế thừa trong việc chọn quá trình hàn vật liệu khác nhau

cho đề tài.

1.4 Định hƣớng nghiên cứu của đề tài

Từ các công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã phân tích, đánh giá

trên, một số định hƣớng nghiên cứu của đề tài nhƣ sau:

- Nghiên cứu, bổ sung cơ sở lý thuyết về công nghệ hàn các vật liệu khác

chủng loại từ đó làm cơ sở khoa học cho việc chế tạo mẫu hàn bằng phƣơng pháp

hàn TIG.

- Xác định đƣợc thành phần hóa học và cơ tính phù hợp của loại dây hàn

phụ để hàn hai vật liệu liệu khác nhau.

- Tính chọn đƣợc các thông số hàn (cƣờng dòng điện hàn, vận tốc hàn, nhiệt

độ giữa các đƣờng hàn) để đạt năng suất cao.

Chƣơng 2

MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƢỢNG

VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Mục tiêu nghiên cứu

- Luận văn tiến hành nghiên cứu, đánh giá các thông số ảnh hƣởng đến chế

độ hàn khi hàn thép không gỉ austenit và thép các-bon.

- Đề xuất qui trình hàn trên cơ sở chế độ hàn đã xác định giúp đạt đƣợc

năng suất cao với chi phí hợp lý mà vẫn đảm bảo đƣợc các yêu cầu về chất lƣợng

mối hàn.

2.2. Nội dung nghiên cứu đề tài

Kết cấu của luận văn “Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến năng suất

hàn khi hàn thép không gỉ với thép các-bon” đƣợc thực hiện bao gồm các nội

dung sau:

2.2.1. Nghiên cứu lý thuyết

Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải quyết các vấn đề sau:

- Nghiên cứu, bổ sung cơ sở lý thuyết về công nghệ hàn các vật liệu khác

chủng loại

- Xác định đƣợc thành phần hóa học và cơ tính phù hợp của loại dây hàn

phụ để hàn cặp vật liệu liệu thép cacbon và thép không gỉ austenit.

- Tính chọn đƣợc các thông số hàn (cƣờng độ dòng điện hàn, vận tốc hàn,

đƣờng kính que cho phép ứng dụng phƣơng pháp hàn TIG để hàn thép cacbon với

thép không gỉ austenit ở dạng liên kết hàn giáp mối tấm vát cạnh chữ V.

- Đƣa ra thông số hàn để đạt năng suất cao nhất.

- Từ kết quả nghiên cứu của đề tài này góp phần vào quá trình đào tạo,

kiểm tra không phá hủy (NDT) và phƣơng pháp phá hủy (DT), ứng dụng và chuyển

giao công nghệ hàn hai vật liệu thép cacbon – thép không gỉ nói riêng và công nghệ

hàn hai vật liệu nói chung với các thông số để đạt nắng suất cao, giảm chi phí sản

xuất cho các ngành công nghiệp đặc thù nhƣ đóng tàu, dầu khí, hóa chất,… phù hợp

từ đó đƣa ra chế độ hàn đạt năng suất cao.

2.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm để xác định ảnh hƣởng của một số thông số (cƣờng

độ dòng điện, đƣờng kính que hàn bù, vận tốc hàn) đến chất lƣợng sản phẩm hàn và

đạt năng suất cao trong quá trình hàn hai loại vật liệu hàn khác nhau. Từ kết quả

nghiên cứu thực nghiệm đƣa ra quy trình hàn tối ƣu để xác định các chế độ hàn hợp

lý đạt năng suất cao.

2.2.3. Kết cấu của luận văn “Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến năng suất

chƣơng sau:

hàn khi hàn thép không gỉ với thép các-bon” đƣợc thực hiện bao gồm các

- Chƣơng 1: Giới thiệu

- Chƣơng 2: Tổng quan

- Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết

- Chƣơng 4: Thực nghiệm – Đánh giá

- Chƣơng 5: Kết luận và kiến nghị

2.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

2.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu công nghệ hàn thép cacbon và thép không gỉ bằng phƣơng

pháp hàn TIG. Đây là liên kết hàn giáp mối vát cạnh chữ V, trên hai loại vật liệu

khác nhau về cấu trúc, cơ tính, lý tính và hóa tính.

Vật liệu đƣợc chọn để thực hiện nghiên cứu trong đề tài là thép tấm cacbon

A516 Grade 65 và thép tấm không gỉ austenit A240 316L. Đây là hai mác thép

đƣợc sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp hóa chất để chế tạo các thiết bị

có yêu cầu cao về tính chịu nhiệt và chống mòn [20].

Hình 2.1: Liên kết hàn giáp mối thép cacbon – thép không gỉ

2.3.2. Phạm vi nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu:

- Qui trình hàn chế tạo chi tiết mẫu cho cặp vật liệu là thép cacbon A516

Grade 65 và thép không gỉ austenit A240 316L.

- Nghiên cứu các thông số ảnh hƣởng đến chế độ hàn.

- Tìm hiểu các tiêu chuẩn đánh giá chất lƣợng mối hàn: nứt, độ ngấu, độ thấu,

lẫn Vôfram, cháy chân

- Đề xuất qui trình hàn trên cơ sở các thông số hàn đã đƣợc xác định (chế độ

hàn) để đạt đƣợc năng suất cao.

- Phƣơng án hàn “giáp mối vát cạnh chữ V hàn hai phía” đã đƣợc lựa chọn để

thực hiện. Đây là phƣơng pháp phổ biến khi hàn các kết cấu tấm, vỏ với ƣu điểm là

quá trình hàn có thể thực hiện một cách dễ dàng, dễ áp dụng, thẩm mỹ cao và cho

Thép cacbon

Thép không gỉ

phép quản lý chất lƣợng mối hàn tốt.

Hình 2.2. Mối hàn giáp mối vát cạnh chữ V hàn hai phía.

2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu

Hiện tại, hàn hai kim loại thép cácbon – thép không gỉ với các vật liệu phổ

thông trên thị trƣờng (A516 Grade 65 – A240 316L) mà chế độ hàn chƣa đƣợc đề

cập một cách cụ thể. Trong thực tế, thợ hàn thực hiện công việc hàn dựa vào kinh

nghiệm bản thân nên chất lƣợng hàn không ổn định, năng suất hàn không cao. Do

vậy, để xác định đƣợc chế độ hàn cho năng suất cao, chất lƣợng đảm bảo và ổn định

đáp ứng đƣợc tính công nghệ và tính kinh tế tác giả lựa chọn phƣơng pháp nghiên

cứu kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, cụ thể là:

- Nghiên cứu tài liệu để tìm hiểu các công trình đã công bố liên quan đến đề

tài trong và ngoài nƣớc, từ đó xác định những nội dung cần thiết mà đề tài cần giải

quyết. đồng thời khảo sát trang thiết bị sẵn có ở trong nƣớc để phục vụ cho quá

trình thực hiện đề tài.

- Nghiên cứu thực nghiệm để xác định chế độ hàn cho phép hàn thép cácbon

– thép không (A516 Grade 65 – A240 316L) đạt các yêu cầu về chất lƣợng, khảo sát

các thông số ảnh hƣởng đển chế độ hàn để tìm đƣợc chế độ hàn cho năng suất cao.

Chƣơng 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 CÁC PHƢƠNG PHÁP HÀN THÉP CACBON VÀ THÉP KHÔNG GỈ

3.1.1 Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn nổ

(Explosive Welding Process)

Trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về hàn thép cacbon với

thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn nổ.

Hình 3.1. Hàn liên kết thép cacbon - thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn nổ

Ƣu điểm của phƣơng pháp hàn nổ:

- Thích hợp với các liên kết hàn chồng cho các liên kết dạng tấm, thanh, ống

để chế tạo vật liệu nhiều lớp nhƣ Bimetal, Trimetal

- Hàn đƣợc các liên kết có vật liệu khác nhau về cơ tính cũng nhƣ thành

phần hóa học nhƣ: nhôm - thép, thép cacbon - thép không gỉ và một số hợp kim đặc

biệt khác.

- Chất lƣợng mối hàn tốt và năng suất cao vì thời gian hàn cực nhanh.

Nhƣợc điểm của phƣơng pháp hàn nổ:

- Biến dạng cơ – nhiệt là rất lớn nên sau khi hàn xong phải qua công đoạn

cán phẳng hoặc là phẳng.

- Phƣơng pháp này phát xạ độc hại (khói độc, tiếng ồn lớn), môi trƣờng sản

xuất không an toàn và thƣờng đƣợc thực hiện trong hầm nổ chuyên dụng.

- Không hàn đƣợc các liên kết giáp mối nhƣ luận văn đề cập.

- Rất tốn kém khi xây dựng phòng nổ chuyên dụng.

3.1.2 Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn ma sát

Hàn ma sát là quá trình hàn áp lực, sử dụng nhiệt ma sát sinh ra tại bề mặt

tiếp xúc giữa hai chi tiết chuyển động tƣơng đối với nhau để nung mép hàn đến

trạng thái chảy dẻo, sau đó dùng lực ép để ép hai chi tiết lại với nhau làm cho kim

loại mép hàn khuếch tán sang nhau tạo thành mối hàn. Khi 2 bề mặt của vật thể

chuyển động tƣơng đối với nhau dƣới tác dụng của lực ép thì năng lƣợng cơ học sẽ

chuyển thành nhiệt năng. Ma sát trong hàn là ma sát khô.

a) Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn ma sát

ngoáy (Friction Stir Welding Process)

Hai bề mặt hàn đƣợc đặt tiếp xúc với nhau, dao sẽ chạy giữa hai bề mặt hàn, Với

tốc độ quay cực lớn cùng với lực ép xuống đủ mạnh của đầu ngoáy, là cho vùng kim

loại cơ bản tiếp xúc với đầu ngoáy sinh ra một lƣợng nhiệt đủ để cho kim loại tại hai

mép hàn chuyển sang trạng thái dẻo, nhờ đó mà đầu ngoáy có thể cắm sâu vào hết

chiều dày của chi tiết hàn và sau khi đầu ngoáy di chuyển hết chiều dài của đƣờng

hàn thì sẽ tạo ra liên kết hàn giáp mối giữa thép cacbon với thép không gỉ. Gờ vai

phía trên của đầu ngoáy sẽ làm nhiệm vụ ép vùng kim loại dẻo lại với nhau để tạo nên

liên kết hàn. Nguyên lý của quá trình hàn đƣợc thể hiện trên hình 3-2.

Hình 3.2. Hàn liên kết thép cacbon – thép không gỉ

bằng phƣơng pháp hàn ma sát ngoáy

Hàn ma sát ngoáy đƣợc ứng dụng hàn các hai tấm phẳng hoặc đƣờng ống,

tuy nhiên phƣơng pháp này giới hạn mặt cắt chi tiết tại mối hàn phải đạt chiều dày

nhất định và bề mặt tại mối hàn của hai chi tiết phải nằm trên một mặt phẳng.

Ƣu điểm của phƣơng pháp hàn ma sát xoay:

- Thích hợp để hàn giáp mối, hàn chồng các chi tiết dạng tấm có chiều dày

lên tới 25 mm.

- Cơ tính mối hàn cao, biến dạng nhiệt nhỏ và khuyết tật mối hàn gần nhƣ

không có.

- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa, thời gian hàn rất nhanh vì vậy năng suất

hàn cao.

- Hàn đƣợc các liên kết có vật liệu khác nhau về cơ tính cũng nhƣ thành

phần hóa học nhƣ: nhôm với thép, thép cacbon với thép không gỉ và một số hợp kim

đặc biệt khác.

- Phƣơng pháp này không phát xạ độc hại, không làm ô nhiễm môi trƣờng.

- Không sử dụng kim lại phụ, không yêu cầu cao về tay nghề của ngƣời thợ.

Nhƣợc điểm của phƣơng pháp hàn ma sát ngoáy.

- Bề mặt mối hàn bị lõm so với kim loại cơ bản, có hố lõm rất sâu ở cuối

đƣờng hàn cho nên cần phải làm tai công nghệ khi hàn. Kích thƣớc và chiều dày của

chi tiết hàn bị hạn chế bởi công suất .

- Trong quá trình hàn chi tiết cần phải kẹp rất chặt, không hàn đƣợc liên kết

hàn phức tạp

- Thiết bị đắt tiền, chủ yếu đƣợc thiết kế dƣới dạng trạm hàn robot không

thích hợp khi hàn ngoài công trƣờng. Đặc biệt hiện nay ở Việt Nam chƣa có bất kỳ

một thiết bị hàn ma sát ngoáy nào nên quá trình hàn này không đƣợc lựa chọn

nghiên cứu trong điều kiện thực tế ở Việt Nam hiện nay.

Một biến thể của hàn ma sát là hàn ma sát quay (Inertia Friction Welding

Process). Trong trƣờng hợp này, một chi tiết đƣợc kẹp chặt vào mâm cặp và quay

với vận tốc rất lớn, chi tiết còn lại đƣợc kẹp chặt trên giá có thể di chuyển theo

chiều dọc và đƣợc nối với một piston thủy lực để tạo lực ép. Khi hàn hai chi tiết

đƣợc chuyển động tƣơng đối với nhau với tốc độ rất cao cùng với lực ép lớn sẽ làm

cho bề mặt tiếp xúc giữa chúng sinh ra một lƣợng nhiệt đủ lớn làm cho phần kim

loại cơ bản ở chỗ tiếp xúc chuyển sang trang thái dẻo sau đó ép hai chi tiết lại với

nhau, kim loại ở hai mép hàn khuếch tán vào nhau tao thành mối hàn hình 2-3.

Hình 3.3. Hàn liên kết thép cacbon - thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn ma sát quay

Ƣu điểm của phƣơng pháp hàn ma sát quay:

- Thích hợp để hàn các chi tiết dạng trụ nhƣ trục, ống.

- Cơ tính mối hàn cao, biến dạng nhiệt nhỏ và khuyết tật mối hàn gần nhƣ

không có.

- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa, thời gian hàn rất nhanh vì vậy năng suất

hàn cao.

- Hàn đƣợc các liên kết có vật liệu khác nhau về cơ tính cũng nhƣ thành

phần hóa học nhƣ: nhôm với thép, thép cacbon với thép không gỉ và một số hợp kim

đặc biệt khác.

- Phƣơng pháp này không phát xạ độc hại, không làm ô nhiễm môi trƣờng.

- Không sử dụng kim lại phụ, không yêu cầu cao về tay nghề của ngƣời

công nhân.

Nhƣợc điểm của phƣơng pháp hàn ma sát quay.

- Mối hàn lồi ba via mất công cắt bỏ (gia công cơ).

- Chiều dài của chi tiết hàn bị giảm

- Thiết bị đắt tiền, chủ yếu đƣợc thiết kế dƣới dạng trạm hàn CNC không

thích hợp khi hàn ngoài công trƣờng.

- Kích thƣớc của chi tiết hàn bị hạn chế

- Không hàn đƣợc kết cấu quá phức tạp

3.1.3 Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp điện tiếp xúc

điểm điện trở (Resistance Spot Welding Process).

Quá trình hàn điện tiếp xúc điểm điện trở (Resistance Spot Welding Process)

cũng đƣợc áp dụng để hàn thép cacbon với thép không gỉ. Trong trƣờng hợp này sử

dụng dòng điện từ nguồn hàn đi qua điện cực đến chi tiết hàn và xuyên qua bề mặt

tiếp giáp giữa hai chi tiết hàn. Do điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết hàn khá lớn nên

tại đây một lƣợng nhiệt sinh ra đủ để cho vật liệu chuyển sang trạng thái dẻo, sau đó

nhờ lực ép giữa hai điện cực sẽ ép hai tấm vật liệu này lại với nhau, kim loại tại nơi

tiếp xúc khuếch tán vào nhau tạo thành mối hàn hình 3-4.

Hình 3.4. Hàn liên kết thép cacbon – thép không gỉ

bằng phƣơng pháp hàn điện tiếp xúc điểm điện trở

Ƣu điểm của phƣơng pháp hàn điện tiếp xúc điểm điện trở:

 Biến dạng nhiệt nhỏ. Năng suất cao, dể cơ khí hóa và tự động hóa.

 Hàn đƣợc các liên kết có vật liệu khác nhau về cơ tính cũng nhƣ thành

phần hóa học nhƣ: nhôm với thép, thép cacbon với thép không gỉ.

 Phƣơng pháp này không phát xạ độc hại, không làm ô nhiễm môi trƣờng.

 Không sử dụng kim lại phụ, không yêu cầu cao về tay nghề của ngƣời thợ.

Nhƣợc điểm của phƣơng pháp hàn điện tiếp xúc điểm điện trở:

 Chỉ áp dụng cho các liên kết hàn chồng, không áp dụng cho các liên kết

hàn giáp mối và liên kết chữ T

 Kích thƣớc và chiều dày của chi tiết hàn bị hạn chế bởi công suất và tầm

với của máy. Không hàn đƣợc những liên kết hàn phức tạp.

3.1.4 Hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn hồ quang

3.1.4.1 Hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn MIG

So với hàn hồ quang tay (SMAW) thì quá trình hàn MIG có thể kiểm soát

chế độ nhiệt hàn và điều chỉnh trong quá trình hàn tốt hơn nhiều nhƣng vẫn có

nhiều hạn chế hơn so với hàn TIG. Chính vì vậy mà việc nghiên cứu và ứng dụng

hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng quá trình hàn MIG gặp nhiều khó khăn. Một

số tác giả chỉ tập trung vào nghiên cứu lý thuyết. Nguyên lý quá trình hàn MIG và

sản phẩm hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng đƣợc thể hiện trong hình 3-5.

Hình 3.5. Hàn liên kết thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn MIG

3.1.4.2 Hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn TIG

Trong các phƣơng pháp hàn hồ quang xét về mặt năng suất thì phƣơng pháp

hàn TIG có năng suất thấp nhƣng bù lại thì chất lƣợng mối hàn khi thực hiện bằng

phƣơng pháp hàn TIG rất cao bởi các lý do sau: thứ nhất việc điều chỉnh và kiểm

soát các thông số hàn rất tốt đặc biệt là cƣờng độ dòng điện hàn quyết định đến

nguồn nhiệt đầu vào (Heat input) trong quá trình hàn, thứ hai là việc chọn lựa kim

loại phụ phù hợp với quá trình hàn hai vật liệu để đạt yêu cầu về cơ tính và hóa tính

khi hàn TIG là một lựa chọn thích hợp nhất trong điều kiện về thiết bị và công nghệ

của chúng ta hiện nay. Nguyên lý phƣơng pháp hàn TIG và sản phẩm hàn thép

cacbon – thép không gỉ đƣợc thể hiện trong hình 3-6.

Hình 3.6. Nguyên lý phƣơng pháp hàn TIG

và sản phẩm hàn thép cacbon – thép không gỉ

3.2 KHUYẾT TẬT MỐI HÀN

Trong quá trình hàn, một số khuyết tật sau thƣờng xuất hiện trong mối hàn

nhƣ sau:

3.2.1 Ngậm xỉ (Solid inclusions)

Ngậm xỉ là hiện tƣợng các chất rắn bên ngoài (không phải là kim loại mối

hàn) bị kẹt trong kim loại mối hàn [21], đây là loại khuyết tật rất dễ xuất hiện trong

mối hàn. Xỉ hàn có thể hình thành từ thuốc bọc que hàn, thuốc hàn (flux), các Oxide

hoặc các hỗn hợp kim loại khác trong quá trình hàn, vì lí do nào đó chúng không

thoát ra khỏi bễ hàn khi kim loại mối hàn đông đặc, bị kẹt lại trong kim loại mối hàn.

Các xỉ hàn này có thể nằm bên trong mối hàn (hình 3-7a) hoặc nằm trên bề mặt mối

hàn (hình 3-7b) [21].

a. Ngậm xỉ bên trong đƣờng hàn b. Ngậm xỉ bên trên đƣờng hàn

Hình 3.7. Mối hàn ngậm xỉ

Mối hàn có thể bị ngậm xỉ thành một rãnh dài còn gọi là ngậm xỉ dạng đƣờng

hình 3-9a, xỉ cũng có thể tập trung thành các đoạn ngắn hay các lỗ chứa xỉ hình 3-9b,

các lỗ và các đoạn xỉ này có thể tập trung hay phân bố trong đƣờng hàn.

Tiêu chuẩn BS EN ISO 6520-1 [21] đã tiến hành phân loại các khuyết tật

ngậm xỉ thành các dạng sau:

Hình 3.8. Sơ đồ phân loại các khuyết tật ngậm xỉ [20]

Trong thực tế, các khuyết tật ngậm xỉ thƣờng xuất hiện ở các vị trí sau:

Bên trong mối hàn

Giữa mối hàn

Đầu mối hàn

Chân mối hàn

Cạnh mép vát

Điểm cuối mối hàn a) Ngậm xỉ trên bề mặt b) Ngậm xỉ bên trong

Hình 3.9. Các vị trí thƣờng xuất hiện khuyết tật ngậm xỉ

Các phƣơng pháp hàn phổ biến hiện nay có thể dẫn đến khuyết tật ngậm xỉ

nhƣ:

- Phƣơng pháp hàn SMAW có thể gây ra khuyết tật ngậm xỉ từ thuốc bọc

que hàn nóng chảy (slag), ngậm các ôxít.

- Phƣơng pháp hàn GTAW có thể gây ra các khuyết tật ngậm các oxít, lẫn

Tungsten, ngậm đồng và ngậm các kim loại khác.

- Phƣơng pháp hàn SMAW, SAW và FCAW có thể gây ra khuyết tật ngậm

thuốc hàn (Flux), các ôxít, ngậm đồng và ngậm các kim loại khác.

- Phƣơng pháp hàn GMAW có thể gây ra khuyết tật ngậm ôxít, đồng, các

kim loại khác

3.2.2 Thiếu ngấu (Lack of fusion)

Mối hàn thiếu ngấu là hiện tƣợng kim loại mối hàn và kim loại cơ bản (basic

metal) hoặc giữa các kim loại mối hàn ở các lớp không liên kết lại với nhau. Đây là

loại khuyết tật nghiêm trọng trong liên kết hàn. Ngoài ảnh hƣởng không tốt nhƣ rỗ

khí và ngậm xỉ, nó còn là nguyên nhân chính dẫn đến các vết nứt gây phá hủy liên

kết khi làm việc. Theo tiêu chuẩn BS EN ISO 6520-1[20] phân chia các khuyết tật

thiếu ngấu thành các dạng sau:

Hình 3.10. Phân loại khuyết tật thiếu ngấu [21]

a. Thiếu ngấu cạnh: là hiện tƣợng kim loại mối hàn thiếu liên kết với cạnh mép

vát kim loại cơ bản. Khuyết tật này có thể đƣợc phát hiện bằng các biện pháp cảm

quan. Khuyết tật đƣợc phát hiện trên phim X quang bằng vùng màu đen thẳng liên

tục hoặc đứt đoạn ở hai bên mép vát mối hàn. Kỹ thuật siêu âm màu sẽ cho thấy

khuyết tật nằm bên cạnh mép vát, với một mặt là đƣờng thẳng đều, mặt bên cho biên

dạng không đều.

Vị trí khuyết tật

a. Vị trí thƣờng xuất hiện khuyết tật b. Phát hiện khuyết tật bằng X quang

Hình 3.11. Khuyết tật thiếu ngấu cạnh [18]

Nguyên nhân và cách khắc phục:

Nguyên nhân Cách khắc phục

Nhiệt độ vào (heat input) thấp Tăng chiều dài hồ quang, tăng cƣờng độ dòng điện hàn và giảm tốc độ hàn

Kim loại chảy tràn lên trƣớc vũng hàn Thay đổi góc độ điện cực và vị trí hàn, tăng tốc độ hàn

Vật hàn bị bẩn Cải thiện công tác chuẩn bị vật hàn

Giảm cảm kháng cho dù tăng sự bắn tóe Điều chỉnh cuộn cảm tăng quá cao trong dạng chuyển dịch khi hàn MIG/MAG

b. Thiếu ngấu giữa các lớp: là hiện tƣợng kim loại mối hàn giữa lớp hàn trƣớc

không liên kết với kim loại mối hàn ở lớp hàn sau trong mối hàn nhiều lớp, chiều

cao rãnh thiếu ngấu quá lớn cũng dễ dẫn đến hiện tƣợng bẫy xỉ trong rãnh thiếu

ngấu và tạo nên khuyết tật ngậm xỉ và không thấu (hình 3-12). Khuyết tật này rất dễ

phát hiện bằng đầu dò siêu âm sóng thẳng với gai sóng tƣơng tự khuyết tật thiếu

Vị trí khuyết tật

ngấu cạnh với đƣờng biên dạng thẳng.

a) Vị trí khuyết tật b) Phát hiện khuyết tật bằng X quang

Hình 3.12. Khuyết tật thiếu ngấu giữa các lớp [18]

Nguyên nhân và cách khắc phục:

Nguyên nhân Cách khắc phục

Cƣờng độ dòng điện hồ quang thấp Tăng cƣờng độ dòng điện hàn

Tốc độ hàn quá nhanh Giảm tốc độ hàn

Vị trí đƣờng hàn bị lệch Bồi dƣỡng đội ngũ thợ hàn

c. Thiếu ngấu chân: là hiện tƣợng kim loại mối hàn ở lớp chân (root) không

liên kết với cạnh mép vát của chi tiết hàn, khuyết tật này thƣờng để lại một vết đen

thẳng trên phim chụp X quang, khuyết tật có thể xuất hiện một bên hoặc hai bên

cạnh mối hàn ở lớp chân, phƣơng pháp siêu âm cũng dễ dàng phát hiện khuyết tật

này bằng đầu dò góc với dạng sóng tƣơng tự nhƣ nứt chân mối hàn (hình 3-13).

a. Vị trí khuyết tật b. Phát hiện khuyết tật bằng X quang

Hình 3.13: Khuyết tật thiếu ngấu chân [18]

Nguyên nhân và cách khắc phục:

Nguyên nhân Cách khắc phục

Nhiệt độ đầu vào thấp Tăng cƣờng độ dòng điện và điện áp hàn, giảm tốc độ hàn

Điện cực quá lớn Lựa chọn điện cực hàn chính xác

Bồi dƣỡng đội ngũ thợ hàn Hàn sai thao tác, khe hở và mặt phẳng đáy quá lớn, góc độ điện cực sai…

Chi tiết bị lệch Đảm bảo chi tiết đƣợc chuẩn bị chính xác trƣớc khi hàn

3.2.3 Không thấu (Lack of penetration)

Không thấu: là hiện tƣợng kim loại mối hàn không ngấm sâu vào bên trong

kim loại cơ bản hoặc kim loại mối hàn, khuyết tật này thƣờng gây thay đổi tiết diện

của chi tiết hàn, dễ sinh ứng suất khi liên kết làm việc. Theo tiêu chuẩn BS EN ISO

6520-1[21] phân chia các khuyết tật không thấu thành các dạng sau:

Hình 3.14. Phân loại khuyết tật không thấu [21]

a. Không thấu hoàn toàn: là hiện tƣợng kim loại mối hàn ở hai lớp không

liên kết với nhau, khuyết tật này thƣờng xuất hiện trong liên kết hàn ở hai mặt nhƣ :

liên kết vát mép chữ X, chữ U hoặc giáp mối không vát mép, hình 3-16 trình bày

khuyết tật dạng này. Tuy nhiên trong một số trƣờng hợp do yêu cầu kỹ thuật mối

ghép hàn không chịu lực lớn thì mối hàn dạng này chỉ thực hiện ngấu một phần, khi

đó mối hàn thiếu ngấu dạng này đƣợc xem nhƣ đặc điểm kỹ thuật chấp nhận không

Vị trí khuyết tật

phải là lỗi khuyết tật.

a. Vị trí xuất hiện khuyết tật b. Phát hiện khuyết tật bằng X quang

Hình 3.15. Khuyết tật không thấu [21]

Nguyên nhân và cách khắc phục:

Nguyên nhân Cách khắc phục

Mặt phẳng đáy quá dày, khe hở đáy hẹp Giảm mặt phẳng đáy, tăng khe hở đáy

Nhiệt độ đầu vào thấp Tăng cƣờng độ dòng điện và điện áp hàn, giảm tốc độ hàn

Bồi dƣỡng đội ngũ thợ hàn Hàn sai thao tác, điện cực quá lớn, góc độ điện cực sai…

b. Thiếu thấu chân là hiện tƣợng kim loại mối hàn ở lớp chân không xuyên

ngấu qua mặt sau của kim loại cơ bản, khuyết tật dạng này chỉ xuất hiện ở mối hàn

với yêu cầu ngấu hoàn toàn. Khuyết tật này xuất hiện trên phim X quang với một vệt

đen tối thẳng đều. Khi kiểm tra bằng siêu khuyết tật cho gai tƣơng tự dạng nứt

nhƣng cột sóng cao và đều hơn.

a. Vị trí xuất hiện khuyết tật b. Phát hiện khuyết tật bằng X quang

Hình 3.16. Khuyết tật thiếu thấu chân [21]

Nguyên nhân và cách khắc phục:

Nguyên nhân Cách khắc phục

Nhiệt độ đầu vào thấp Tăng cƣờng độ dòng điện và điện áp hàn, giảm tốc độ hàn

Điện cực quá lớn Lựa chọn điện cực hàn chính xác

Bồi dƣỡng đội ngũ thợ hàn Hàn sai thao tác, khe hở và mặt phẳng đáy quá lớn, góc độ điện cực sai…

Chi tiết bị lệch Đảm bảo chi tiết đƣợc chuẩn bị chính xác trƣớc khi hàn

3.2.4 Khuyết tật rỗ khí/hốc khí (Cavities)

Rỗ khí là hiện tƣợng các khí sinh ra trong quá trình hàn hoặc trong quá trình

kim loại mối hàn đông đặc bị lẫn vào mối hàn. Rỗ khí có thể sinh ra ở bên trong

hoặc ở bề mặt mối hàn. Rỗ khí có thể nằm ở phần ranh giới giữa kim loại cơ bản và

kim loại đắp.

Rỗ khí có thể phân phối tập trung hoặc nằm rời rạc trong mối hàn. Sự tồn tại

của rỗ khí trong liên kết hàn sẽ làm giảm tiết diện làm việc, giảm cƣờng độ chịu lực

và độ kín của liên kết, theo tiêu chuẩn BS EN ISO 6520-1[21] phân chia các khuyết

tật rỗ khí thành các dạng sau:

Rỗ khí (cavity)

Do co ngót (shrinkage cavity)

Từ các hốc bẫy khí (gas cavity)

Rỗ khí bị cô lập (isolated) Rỗ khí phân nhánh (interdendritic shrinkage)

Rố khí phân bố đều (uniformly distributed porosity) Rỗ khí rãnh hồ quang (crater pipe)

Rỗ khí vi mô (microshrinkage) Rỗ khí tập trung thành chùm clustered (localised) porosity

Rỗ khí tập trung thành đƣờng (linear porosity)

Nhánh vi mô (transgranular microshrinkage) Rỗ thành khoang dài (elongated cavity)

Rỗ khí dạng lỗ sâu (worm-hole)

Rỗ khí trên mặt (surface pore)

Hình 3.17. Phân loại khuyết tật rỗ khí theo BS EN [21]

a) Rỗ khí phân bố đều b) Tập trung thành chùm c) Thành đƣờng

Hình 3.18. Các dạng khuyết tật rỗ khí Rỗ khí có thể nằm trong các dạng sau:

- Bị phân bố cô lập rời rạc (isolated).

- Phân bố đồng điều

- Tập trung dạng chùm

- Nhiều lỗ tập trung thành dạng đƣờng

- Thành khoang kéo dài

- Thành các lỗ nổi trên bề mặt mối hàn

Nhìn chung rỗ khí cho phản xạ sóng siêu âm rất kém, khi di chuyển đầu dò

kích thƣớc khuyết tật hầu nhƣ không đổi, nếu xung báo là một nhóm xung nhỏ và có

nhiều xung thì có thể đó là khuyết tật rỗ khí chùm.

Hình 3.19. Rỗ khí bên trong mối hàn [21]

Nguyên nhân và cách khắc phục:

Nguyên nhân Cách khắc phục

Điện cực ẩm ƣớt, gỉ, bị ăn mòn Chọn điện cực trong tình trạng tốt

Bề mặt vật hàn bị bẩn Làm sạch vật hàn

Không khí lẫn trong khí bảo vệ (TIG/MIG/MAG/FCAW) Kiểm tra lại khí bảo vệ và điều chỉnh lại lƣu lƣợng khí bảo vệ phù hợp

Chiều dài hồ quang quá cao Giảm chiều dài hồ quang

3.2.5 Nứt (Cracks)

Nứt là một khuyết tật đƣợc tạo ra bởi một vết vỡ gây ra sự bất liên tục trên

mối hàn hoặc trên vùng kim loại lân cận mối hàn khi mối hàn đông đặc. Vết nứt là

một trong những khuyết tật nghiêm trọng nhất của liên kết hàn. Nứt có thể xuất hiện

trên bề mặt mối hàn, trong mối hàn và ở vùng ảnh hƣởng nhiệt. Trong quá trình sử

dụng cấu kiện hàn, nếu mối hàn có vết nứt thì vết nứt đó sẽ rộng dần ra làm cho kết

cấu bị hỏng.Vết nứt có thể xuất hiện ở các nhiệt độ khác nhau.

Các vết nứt có thể có các kích thƣớc khác nhau, có thể là nứt tế vi hay nứt thô

đại. Các vết nứt thô đại có thể gây phá hủy kết cấu ngay khi làm việc. Các vết nứt tế

vi, trong quá trình làm việc của kết cấu sẽ phát triển rộng dần ra tạo thành các vết nứt

thô đại.

Có thể phát hiện bằng mắt thƣờng hoặc đo với kính lúp đối với vết nứt thô đại

và nằm ở bề mặt liên kết hàn. Đối với vết nứt tế vi và nằm bên trong mối hàn có thể

dùng các phƣơng pháp kiểm tra nhƣ siêu âm, từ tính, chụp X quang, v.v... để xác

Phân loại nứt định chúng.

Nứt theo vị trí

Nứt theo bản chất - Nứt nóng - Nứt nguội - Nứt tầng - Vùng ảnh hƣởng nhiệt - Trên mối hàn - Trên loại cơ bản

Hình 3.20. Phân loại khuyết tật nứt Nứt theo hình dạng - Nứt dọc - Nứt ngang - Nứt tia(hình sao ) - Nứt rãnh hồ quang - Nứt thành nhóm - Nứt phân nhánh

a. Nứt dọc: là hiện tƣợng các vết nứt chạy dọc theo trục mối hàn, các vết nứt

này có thể xuất hiện trên kim loại cơ bản, vùng ảnh hƣởng nhiệt, chân mối hàn và

trên mối hàn. Các vết nứt đƣợc phát hiện trên phim X quang là một vết đen và cho

Kim loại cơ bản

Chân mối hàn

Vùng ảnh hƣởng nhiệt

một sóng thẳng trên màn hình siêu âm.

Trên mối hàn Hình 3.21. Các vị trí thƣờng xuất hiện vết nứt dọc

a. Nứt bên trong b. Nứt trên bề mặt c. Phát hiện bằng X quang

Hình 3.22. Vị trí thƣờng xuất hiện các vết nứt dọc

b. Nứt ngang: là hiện tƣợng các vết nứt chạy vuông góc theo trục mối hàn,

các vết nứt này có thể xuất hiện trên kim loại cơ bản, vùng ảnh hƣởng nhiệt và trên

mối hàn. Các vết nứt đƣợc phát hiện trên phim X quang là một vết đen và cho một

sóng thẳng trên màn hình siêu âm. Tuy nhiên dạng nứt này thƣờng cho tín hiệu

sóng phản xạ siêu âm rất kém do bề mặt vết nứt gần nhƣ song song với chùm sóng

âm.

Vùng ảnh hƣởng nhiệt

Kim loại cơ bản

Trên mối hàn

Hình 3.23. Các vị trí thƣờng xuất hiện vết nứt ngang

a) Nứt ngang b) Phát hiện bằng X quang

Hình 3.24. Vị trí các vết nứt ngang

c. Nứt tia: là hiện tƣợng các vết nứt xuất phát từ một vị trí và bị phân thành

nhiều vết nứt ra mọi hƣớng, nứt tia và nứt hình sao về cơ bản là giống nhau, các vết

nứt này có thể xuất hiện trên kim loại cơ bản, vùng ảnh hƣởng nhiệt và trên mối hàn.

Các vết nứt đƣợc phát hiện trên phim X quang là một vết đen hình sao và thƣờng cho

Kim loại cơ bản

Trên mối hàn

Vùng ảnh hƣởng nhiệt

tín hiệu sóng phản xạ siêu âm rất kém.

Hình 3.25. Các vị trí thƣờng xuất hiện vết nứt tia

d. Nứt rãnh hồ quang hàn: là hiện tƣợng các vết nứt xuất hiện ở điểm cuối

mối hàn, chỉ xuất hiện tại rãnh hồ quang và ở trên bề mặt mối hàn, đôi khi vết nứt có

thể lan rộng đến vùng ảnh hƣởng. Các vết nứt đƣợc phát hiện trên phim X quang là

Rãnh hồ quang

một vết đen.

Hình 3.26. Vị trí vết nứt rãnh hồ quang

e. Nứt theo bản chất

- Nứt nóng (hot cracks): xuất hiện trong quá trình kết tinh của liên kết hàn khi nhiệt độ còn khá cao (trên 10000C). Các vết nứt có thể xuất hiện ở giữa mối hàn

(centerline) hoặc ở vùng ảnh hƣởng nhiệt.

- Nứt lạnh (cold cracks): là các vết nứt xuất hiện sau khi mối hàn nguội. Có

thể xuất hiện khoảng vài giờ hoặc vài ngày sau khi hàn.

- Nứt tầng

- Nứt kết tủa (precipitation induced cracks): nứt do các hợp chất kết tủa

trong quá trình hàn.

- Nứt cắt lớp (lamellar tearing): nứt có dạng phân lớp trên kim loại mối hàn,

nứt cắt lớp thƣờng xuất hiện trong thép cán (chủ yếu là thép tấm), đặc điểm nhận

dạng là vết nứt có dạng hình bậc thang, các vết nứt này xuất hiện ở khắp nơi.

Hình 3.27. Nứt Cắt lớp ở chân mối hàn [21]

3.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP KIỂM TRA KHUYẾT TẬT MỐI HÀN

Trong quá trình sản xuất các kết cấu hàn, công việc kiểm tra chất lƣợng mối

hàn có thể tiến hành trƣớc lúc hàn, trong khi hàn và sau khi hàn. Có thể tiến hành

xen kẽ giữa các nguyên công.

Tùy thuộc vào sự tác động vào vật kiểm tra ngƣời ta có thể phân các phƣơng

pháp kiểm tra khuyết tật mối hàn thành hai phƣơng pháp: Kiểm tra phá hủy và kiểm

tra không phá hủy

Kiểm tra phá hủy (DT-Destructive Testing) là phƣơng pháp kiểm tra có thể

gây hƣ, hỏng mối hàn nhằm phát hiện khuyết tật mối hàn. Mối hàn sau khi kiểm tra

không thể đƣa vào sử dụng đƣợc. Trong quá trình sản xuất phƣơng pháp kiểm tra DT

thƣờng đƣợc tiến hành trên phôi mẫu hoặc phôi tƣơng đƣơng. Các phƣơng pháp

kiểm tra phá hủy thông thƣờng là [3]:

- Thử kéo

- Kiểm tra độ dai va đập

- Kiểm tra COD (Crack Opening Displacement)

- Kiểm tra hóa học

- Kiếm tra uốn tự do

- Kiểm tra giòn nguội

Kiểm tra không phá hủy (NDT-Nondestructive Testing) là phƣơng pháp ứng

dụng các hiện tƣợng vật lý để phát hiện các khuyết tật mối hàn mà không làm hƣ

hỏng đến khả năng làm việc của mối hàn. Phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy có

thể tiến hành trực tiếp trên chi tiết thực tế trong sản xuất. Các phƣơng pháp kiểm tra

không phá hủy phổ biến hiện nay là [3]:

- Kiểm tra bằng mắt

- Kiểm tra từ tính

- Kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu

- Kiểm tra bức xạ

- Kiểm tra siêu âm

Do giới hạn về thời gian đề tài này chỉ nghiên cứu và sản xuất một vài chi tiết

mẫu có khuyết tật hàn phục vụ cho hai phƣơng pháp kiểm tra siêu âm và chụp X

quang.

3.3.1 Kiểm tra mối hàn bằng phƣơng pháp siêu âm (UT-Ultrasonic Test)

Phƣơng pháp kiểm tra bằng siêu âm dựa trên cơ sở lan truyền và tƣơng tác

của các dao động đàn hồi (phản xạ, khúc xạ, hấp thụ, tán xạ) có tần số cao đƣợc

truyền vào vật thể cần kiểm tra. Chùm sóng âm phản xạ đƣợc phát hiện và phân tích

để xác định sự có mặt của khuyết tật và vị trí của nó. Mức độ phản xạ phụ thuộc

nhiều vào trạng thái vật lý của vật liệu ở phía đối diện với bề mặt phân cách và ở

phạm vi nhỏ hơn vào các tính chất vật lý đặc trƣng của vật liệu đó hình 3-28 mô tả

nguyên lý phát hiện khuyết tật mối hàn của phƣơng pháp siêu âm [6].

Hình 3.28. Nguyên lý phát hiện khuyết tật bằng phƣơng pháp siêu âm.

3.3.1.1 Qui trình chung

Dƣới đây trình bày các bƣớc cần thiết để phát hiện khuyết tật mối hàn bằng

phƣơng pháp siêu âm:

Nghiên cứu thông tin sản phẩm:

Trƣớc khi kiểm tra ta cần tìm hiểu rõ [12]:

- Loại vật liệu hàn (basic metal)

- Phƣơng pháp hàn

- Cách chuẩn bị mối ghép

- Tiêu chuẩn áp dụng

- Các lƣu ý đặc biệt từ ngƣời thợ sản xuất nếu có

Xác định kích thƣớc mẫu thử:

Cần xác định rõ các kích thƣớc sau [6]:

- Kích thƣớc hình học kim loại cơ bản và mối hàn

- Đƣờng tâm mối hàn.

- Chiều cao gia cƣờng (cap)

- Nếu chiều cao gia cƣờng bị mài đi thì có thể tính toán đƣợc khi biết góc

vát, khe hở đáy và chiều cao mặt đáy

Kiểm tra sơ bộ bằng mắt

Các khuyết tật nhƣ bắn tóe, chảy tràn, các vết lõm, vv... có thể đƣợc đánh đấu

lại để tránh làm ảnh hƣởng đến giải thuật khi đọc kết quả siêu âm, trong một số

trƣờng hợp các khuyết tật này cần đƣợc loại bỏ hoặc sửa chữa trƣớc khi siêu âm.

Các khuyết tật nhƣ lệch cạnh, lệch góc, không đồng phẳng, vv... có thể không

gây ảnh hƣởng đến khả năng chịu lực của mối hàn nhƣng nó có thể gây cản trở đến

quá trình kiểm tra siêu âm thì cũng cần đƣợc loại bỏ [6].

Kiểm tra kim loại cơ bản

Kim loại cơ bản cần đƣợc kiểm tra trƣớc khi thực hiện kiểm tra mối hàn, các

khuyết tật nứt, tách lớp trên kim loại cơ bản có thể ảnh hƣởng đến kết quả kiểm tra

bằng siêu âm, có thể sử dụng đầu dò thẳng với đầu đơn hoặc đầu kép kiểm tra trên

vùng rộng hơn vùng quét dự tính khi dùng đầu dò góc kiểm tra mối hàn, đầu dò

thƣờng dùng để kiểm tra kim loại cơ bản thƣờng dùng là 2MHz-6MHz [6].

3.3.1.2 Kiểm tra mối hàn giáp mối

a. Nguyên tắc

Vùng đáy mối hàn cần kiểm tra thật kỹ , ở vùng này thƣờng xuất hiện các

khuyết tật gây nguy hiểm đến mối hàn, tính hiệu xung phản hồi mối hàn ở dùng này

thƣờng rất tốt và tín hiệu các khuyết tật thƣờng gần nhau, dễ gây nhầm lẫn cho kỹ

thuật viên.

Tiết diện mối hàn đƣợc kiểm tra bằng một đầu dò góc thích hợp, việc chọn

đầu dò quyết định rất lớn đến khả năng phát hiện khuyết tật. Nếu kiểm tra bằng tay

thì có thể chú ý các điều kiện sau [6]:

- Độ nhám bề mặt, độ nhám Rz ≤ 40μm hoặc 4, nếu bề mặt thô và vật liệu

có cấu trúc hạt thô thì chọn đầu dò có tần số thấp để tránh chùm sóng bị suy giảm

sóng tần số thấp có khả năng xuyên thấu mạnh nên có thể truyền xa hơn.

- Đầu dò tần số cao cho khả năng phân giải tốt nên có thể phát hiện các

khuyết tật nhỏ và độ chính xác cao hơn.

- Dải quét (vùng dịch chuyển đầu dò): do suy giảm nên không đƣợc đặt dải

quét quá dài, trong trƣờng hợp bắt buộc thì dùng đầu dò tần số nhỏ.

- Hạn chế việc duy trì đầu dò để duy trì tuổi thọ đầu dò, đặc biệt là đầu dò nhỏ.

Mối hàn giáp mối thƣờng đƣợc kiểm tra bằng xung phản hồi theo sơ đồ phối hợp. Đầu đò 500 dùng để phát hiện các khuyết tật không thể phát hiện bằng đầu dò nhỏ 350. Các mối hàn có chiều dày ≤ 100mm có thể dò trên một phía kim loại cơ bản

một lần bằng tia phản xạ trực tiếp, lúc đó góc vào β thƣờng đƣợc chọn sao cho trục

chùm tia ở một trong những vị trí đầu dò cắt trục đối xứng của tiết diện mối hàn tại

độ sâu 0.5δ [6] hình 3-30.

a) Trực tiếp b) Gián tiếp

Hình 3.29. Sơ đồ dò liên kết giáp hàn mối.

b. Lựa chọn góc phát đầu dò

Góc đầu dò phải đảm bảo sao cho chùm sóng phải vuông góc với góc vát của

mối ghép hàn để đạt đƣợc phản hồi cực đại, góc này đƣợc tính bằng công thức [6]:

Góc đầu dò β= 900 – θ/2 [3.1]

Trong đó θ góc vát mép chi tiết hàn

Thông thƣờng để thu đƣợc xung phản hồi nhiều nhất, các góc phát đầu dò

đƣợc chọn theo chiều dày vật liệu bằng thép theo bảng sau [6]:

Bảng 3.1: Chọn góc đầu dò theo chiều dày vật hàn

β0 δ (mm) 80 5-15 70 15-35 60 35-100 45 50-200 35 100-200

Trong quá trình chọn đầu dò góc nếu góc vào gần với góc tới hạn thứ nhất thì

sẽ có sự chuyển đổi dạng sóng làm năng lƣợng sóng ngang giảm đi, tƣơng tự khi góc

vào gần với góc tới hạn thứ hai cũng bị suy giảm [6].

c. Kiểm tra đƣờng đáy mối hàn

Đối với các mối hàn giáp mối có sử dụng tấm lót nếu mối hàn ngấu vào tấm

lót xung sẽ có biên độ không đổi, nếu thiếu ngấu thì ngay trƣớc nữa quãng đƣờng

Thiếu ngấu

Xung tại điệm EB

truyền sẽ xuất hiện một xung phản hồi.

Hình 3.30. Quét mối hàn với tấm chèn (insert)

Để xác định thiếu ngấu tại đỉnh thanh chèn, ngƣời ta thƣờng dùng đầu dò

thẳng sóng dọc, lúc đó phải mài phẳng phần gia cƣờng của mối hàn (cap). Trong

trƣờng hợp mối hàn sử dụng tầm lót, nếu chùm siêu âm từ đầu dò góc đi qua trung

điểm khe hở đáy (root opening) thấy xuất hiện các xung ở phía sau nửa đƣờng truyền

thì mối hàn ngấu hoàn toàn với tấm lót, nếu các xung này giảm biên độ thì có thể kết

½ đƣờng truyền

Xung từ đáy 1

Xung từ đệm

Xung từ đệm lót

Xung từ đáy 2

Xung đáy 3

luận thiếu ngấu tấm lót.

Hình 3.31. Quét mối hàn với đệm lót phía sau

Khi kiểm tra mối ghép hàn vát mép hai phía (V đôi hay chữ X) khu vực giao

giữa hai đƣờng hàn từ hai phía thƣờng tồn tại các khuyết tật. Theo lý thuyết nếu

kiểm tra bằng một đầu dò góc T/R thì tia chính sóng âm không trở về đầu dò đƣợc.

Tuy nhiên trong thực tế các tia biên của sóng âm đạp vào khuyết tật và biến dạng

lệch nghiêng nên vẫn có thể về đầu dò đƣợc. Kỹ thuật này phải dùng đầu dò góc lớn β = 700-800 phát ra chùm tia phân kỳ rộng. Một kỹ thuật kiểm tra tốt hơn đƣợc thực

hiện nhƣ đã nói ở trên là kỹ thuật Tandem [6].

Hình 3.32. Dò hai đầu dò bằng kỹ thuật Tandem (Pich - Catch)

d. Xác định vùng dịch chuyển đầu dò góc khi kiểm tra tiết diện mối hàn

Để quét hết với tia trực tiếp δtgβ ≥ (b2e) [6] [3.2]

Để quét hết với tia phản xạ một lần δtgβ ≥ (b2z) [6] [3.3]

Khoảng cách Z thƣờng lấy bằng 5mm, giá trị e đƣợc tính từ điểm ra chùm tia

đến mặt trƣớc đầu dò.

Mối hàn với chiều dài nhỏ hơn 10mm có thể đƣợc quét bằng đầu dò tiêu

chuẩn phát tia phản xạ nhiều lần trong kim loại cơ bản hình. Trong trƣờng hợp này

tín hiệu giảm xạ từ phần gia cƣờng của mối hàn hoặc tấm đệm gần nhƣ trùng với tín

hiệu chờ từ khuyết tật, điều này làm phức tạp quá trình kiểm tra. Để nâng cao độ

nhạy cần phải để phần giữa mối hàn, mà tại đó xác suất phát hiện thiếu ngấu và

ngậm xỉ lớn nhất đƣợc kiểm tra bằng chùm tia trực tiếp [6].

Khi kiểm tra mối hàn giáp mối chiều dày bất kỳ, góc vào β của chùm tia và

dải quét đƣợc tính là miền dich chuyển đầu dò. Khi quét mối hàn bằng tia trực tiếp

đầu dò đƣợc dịch chuyển từ mép phần gia cƣờng của mối hàn một nửa bƣớc quét [6].

a. Trực tiếp b. Gián tiếp

Hình 3.33. Sơ đồ dò kiểm tra siêu âm liên kết hàn vát mép V [6]

Trong trƣờng hợp kiểm tra bằng chùm phản xạ nhiều lần đầu dò dịch chuyển

trong dải tính phần nhô [6]:

[3.4] Lmin ≈ nδtgβ + z = Amin + z

[3.5] Lmax ≈ (n+1)δtgβ

Với n là số lần phản xạ của chùm tia

AB=1/2 bƣớc quét (HSD) = δ x tg β [3.6]

AC = một bƣớc quét (FSD)= 2δ x tgβ [3.7]

AD= ½ chiều dài của chùm tia (HSBPL)= δ/cosβ [3.8]

AD+DC= tổng chiều dài của đƣờng truyền chùm tia (FSBPL)= 2δ/cosβ [3.9]

e. Sơ đồ quét

Để đơn giản khi đã biết chiều dày δ, chiều rộng mối hàn b và góc vào β, vùng

dịch chuyển đầu dò đƣợc tính là một nửa bƣớc quét, bƣớc quét toàn phần, chiều dài

đƣờng truyền âm nhƣ hình 3-35 [6].

Hình 3.34. Vùng dịch chuyển đầu dò siêu âm [6]

Trên sơ đồ hình 3-36 lúc đầu điểm phát chùm tia đặt cách đƣờng tâm mối hàn

một khoảng Lmin =1/2 bƣớc quét (dịch vào Z = 5mm) rồi lùi ra đến khoảng Lmax =

một bƣớc quét cộng thêm ½ chiều rộng mối hàn (lùi ra Z=5mm). Tùy theo mép mà

tính cho hợp lý [6].

Hình 3.35. Sơ đồ dò kiểm tra siêu âm liên kết giáp hàn mối chữ V và X [6]

f. Ghi nhận và báo cáo

Sau khi kiểm tra theo quy trình hoàn thành và đã biết đƣợc đặc điểm của bất

liên tục theo bản chất, kích thƣớc và vị trí của chúng, tiếp theo là đánh giá những bất

liên tục này nhƣ thế nào. Kết cấu hàn vẫn đƣợc sử dụng hay phải loại bỏ hay phải

tiến hành sửa chữa?

Cũng nhƣ các phƣơng pháp kiểm tra không phá huỷ khác khi phát hiện bất

liên tục, đối với kiểm tra siêu âm, việc quyết định chấp nhận hay loại bỏ phải theo

các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn áp dụng. Tùy vào tiêu chuẩn áp dụng mà khuyết

tật có thể bị báo lỗi hoặc đƣợc chấp nhận [6].

3.3.2 Kiểm tra mối hàn bằng phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ.

Hình 3.36. Sơ đồ hoạt động kiểm tra phóng xạ

Kiểm tra bằng phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ (RT-Radiology Test) là

phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy bằng cách sử dụng bƣớc sóng bƣớc xạ điện từ

ngắn đi qua vật liệu. Vật liệu có độ dày mỏng khác nhau thì sẽ ảnh hƣởng đến khả

năng hấp thụ tia phóng xạ khác nhau, hình ảnh hấp thụ phóng xạ của vật liệu tạo một

bóng trên phim đặt phía sau. Các khuyết tật để lại lỗ hỏng làm giảm khả năng hấp

thụ năng lƣợng sẽ hiện lên phim bằng một vệt đen, chiều dày vật liệu càng cao thì

hình ảnh phim có màu sáng hơn [17].

Các khuyết tật có thể dễ dàng phát hiện bằng phƣơng pháp X quang nhƣ rỗ

khí, ngậm xỉ, thiếu ngấu, nứt vv... các khuyết tật hiện lên màu đen thể hiện suy giảm

năng lƣợng minh chứng cho sự không liên tục trên vật liệu, các khuyết tật lần

Tungsteen, các vật liệu khác thƣờng hiện lên màu sáng nếu nhƣ cấu trúc hạt dày đặc

hơn. Các khuyết tật có bề mặt vông góc với chùm tia thì thể hiện trên phim X quang

với hình ảnh rõ ràng nhất [17].

Kỹ thuật X quang có thể kiểm tra các khuyết tật trong hầu hết các vật liệu cơ khí

hiện tại, kỹ thuật này đƣợc sử dụng khá phổ biến trong kiểm ra các thiết bị áp lực.

a. Kiểm tra khuyết tật hàn ở các liên kết hàn giáp mối tấm.

Các mối hàn giáp mối tấm có thể đƣợc vát mép hoặc có thể đƣợc để nguyên.

Đối với các mối hàn dạng này kỹ thuật chụp phổ biến là phim đƣợc đặt phái sau mối

hàn và ôm sát vào mối hàn. Nguồn phát tia đƣợc đặt phía trƣớc mối hàn với khoảng

cách đã đƣợc tính toán trƣớc. Nếu nguồn trên mặt phẳng qua tâm đƣờng hàn vuông

góc với bề mặt thì xác định rất tốt các khuyết tật nhƣ: nứt, thiếu thấu chân là rất tốt.

Nếu đặt lệch đi có thể xác định đƣợc khuyết tật thiếu ngấu.

Theo tiêu chuẩn JIS Z 3104 và 3105 việc phát hiện các vết nứt trong mối hàn

tấm, chiều dài mối hàn trong mỗi lần chụp đƣợc quy định theo góc φ từ tia chính, góc này không lớn hơn 140 khi chụp thƣờng hoặc 90 khi chụp đặc biệt. Cách này

đƣợc thực hiện bằng việc giữ khoảng cách từ nguồn chiếu đến phim lớn hơn hai lần

chiều dài đƣờng hàn đƣợc chụp xem hình 3-37 [6].

Nguồn phát xạ

Góc mở

Vật hàn Mối hàn

Phim X quang quang

Hình 3.37. Kiểm tra mối hàn giáp mối bằng X quang

b. Ƣu điểm

Phƣơng pháp này có những ƣu điểm sau [17]:

- Khả năng ứng dụng lớn.

- Có thể phát hiện các khuyết tật trên hoặc dƣới bề mạt sản phẩm.

- Kết quả đƣợc lƣu vĩnh cửu.

- Là một phƣơng pháp quản lý chất lƣợng tốt

c. Khuyết điểm

Song song với các ƣu điểm phƣơng pháp này còn tồn tại các khuyết điểm sau [17]:

- Thiết bị cồng kềnh và khá năng.

- Tồn tại mối nguy hiểm từ tia phóng xạ.

- Cần phải chuẩn diện tích cho khu vực tiếp cận kiểm tra.

- Vận hành tốn thời gian, thiết bị rất tốn kém.

- Có thể yêu cầu sự tiếp cận chi tiết từ hai phía.

- Có thể không phát hiện các khuyết tật nghiêm trọng (bề mặt song song

với chùm tia).

- Loại khuyết tật phải đƣợc giải đoán bởi kỹ thuật viên có kinh nghiệm.

- Không thích hợp cho các mối ghép nhánh (góc chữ T).

3.3.3. Kiểm tra vật liệu bằng thử kéo

Trong KTPH vật liệu, thử kéo đóng vai trò rất quan trọng vì nó cung cấp các

giá trị đặc trƣng để tính toán độ bền mẫu. Các tính chất có thể xác định đƣợc khi tiến

hành thử kéo là độ bền kéo tới hạn; giới hạn chảy; điểm chảy (nếu có); độ dãn dài

tƣơng đối; độ co thắt tỉ đối; modulus đàn hồi; đồ thị trƣợt – ứng suất; vị trí và bản

chất của phá hủy. Thử kéo cho số liệu định lƣợng để ngƣời kĩ sƣ so sánh và phân

tích khi thiết kế kết cấu hàn. Bề mặt bị phá hủy cũng cung cấp thông tin về sự có mặt

của các khuyết tật cũng nhƣ ảnh hƣởng của chúng đến sự làm việc sau này.

Chính vì quan trọng nhƣ vậy nên kết quả thử phải đƣợc đảm bảo có thể làm

lại đƣợc. Quy trình thử phải làm sao để các thông số nhƣ thiết bị, hình dạng mẫu, các

bƣớc thực hiện không ảnh hƣởng đến kết quả. Điều này chỉ đạt đƣợc nếu tuân thủ

các tiêu chuẩn thử. Các tiêu chuẩn thử có thể là EN 895 “Destructive test on welds in

metallic materials - Transverse tensile test” hoặc EN 876 “Destructive test on welds

in metallic materials - Longitudinal tensile test”. Đối với Hoa Kì thì áp dụng AWS

B4.0 “Standard Methods for Mechanical Testing of Welding”. Trên hình III.14 trình

bày các loại mẫu thử theo AWS B4.0:2007. Đó là các mẫu có tiết diện tròn, các đầu

kẹp có hình dạng khác nhau.

Hình 3.38. Các dạng mẫu thử kéo theo AWS 4.0.

Cách đặt lực và đo mức độ biến dạng đã đƣợc trình bày trong các sách Sức

bền vật liệu. Khi định vị và kẹp chặt xong, ngƣời ta đặt tải trọng vào mẫu thử với tốc

độ đều đều. Trƣớc khi đặt tải trọng, một cảm biến đƣợc gắn vào mẫu với chiều dài

chuẩn đánh dấu sẵn. Khi chịu tải, mẫu bị dãn dài ra, cảm biến đo độ dãn dài ứng với

mỗi giá trị tải trọng. Cả hai dữ liệu tải trọng và độ dãn dài đƣợc nhập vào theo biểu

đồ ghi lại kết quả thí nghiệm dƣới dạng giữa biến thiên độ dãndài phụ thuộc tải trọng

đặt vào. Điều này liên tƣởng đến đƣờng cong tải trọng – biến dạng. Song, kết quả

thử kéo đƣợc thể hiện dƣới dạng ứng suất và độ dãn dài tƣơng đối (trƣợt).

Ứng suất tỉ lệ với độ bền, vì nó là tải trọng đặt vào tại bất kì thời điểm nào

chia cho diện tích tiết diện. Độ trƣợt (dãn dài tƣơng đối) là tỉ số giữa lƣợng kéo dài

của mẫu so với chiều dài mẫu ban đầu. Ứng suất  có thứ nguyên là MPa trong khi

độ trƣợt  không có thứ nguyên (%). Những giá trị này đƣợc đánh dấu và vẽ thành

đồ thị. Đối với mẫu thép carbon thấp thì đồ thị đƣợc chia thành các vùng: đàn hồi;

chảy; dẻo; phá hủy (h. 3.39).

Hình 3.39. Quan hệ giữa độ dãn dài tƣơng đối với ứng suất kéo của các vật liệu.

Đối với kim loại có tính dẻo kém (giòn nhƣ gang), có thể không thấy đƣợc sự

thay đổi thuộc tính giữa biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Phƣơng pháp thông

dụng nhất để xác định giới hạn chảy đƣợc biết đến là kĩ thuật chuyển vị (offset

technique). Hình 3.39 b chỉ ra thuộc tính ứng suất – trƣợt điển hình đối với vật liệu

giòn.

Báo cáo kết quả sau khi thử kéo cần xác định các thông số sau:

 Dạng mẫu kiểm tra, ví dụ nhƣ có đầu kiểu gì.

 Kích thƣớc mẫu kiểm.

 Giới hạn chảy ch,[MPa]

 Vị trí đứt.

 Độ bền kéo b = P/F0,[MPa],

Trong đó: P - tải trọng lớn nhất khi đứt mẫu (N)

Fo- tiết diện ngang của mẫu ban đầu, (mm2)

 Độ dãn dài tƣơng đối khi đứt,  = 100%,

trong đó: L0, L1 – chiều dài mẫu ban đầu và sau khi đứt

100%  Độ co thắt tỉ đối =

trong đó: F1- tiết diện ngang của mẫu khi đứt, (mm2)

 Vị trí và loại khuyết tật, nếu có.

3.3.3.1.Các phƣơng pháp kiểm tra độ bền

a. Thử kéo ngang

Mẫu thử đƣợc cắt ra từ chính kết cấu cần kiểm tra hoặc các liên kết đặc biệt

đƣợc hàn tƣơng ứng với các điều kiện kĩ thuật xác định. Việc tách mẫu phải tiến

hành thận trọng sao cho không làm thay đổi kích thƣớc và trạng thái mẫu. Không lấy

mẫu ở chỗ bắt đầu và kết thúc mối hàn (chừa hai phía tối thiểu 30 mm). Những mẫu

có độ võng f (h 3.40a) trên chiều dài 200 mm không đƣợc vƣợt quá 10% chiều dày

tấm và không quá 4 mm. Độ lệch hai mép hàn giáp mối h (h. 3.40b) không vƣợt quá

15% chiều dày tấm và không quá 4 mm.

Hình 3.40. Tách mẫu.

Nhiệt độ kiểm tra trong phòng thƣờng lấy 20 oC (10 oC). Số mẫu thử dùng

để kéo, uốn không ít hơn hai; đối với các phƣơng pháp khác không ít hơn ba.

Để thử các phần của liên kết hàn và kim loại nóng chảy, ngƣời ta xác định độ

bền phần yếu nhất của mẫu hàn giáp mối và hàn chồng.

Đối với hàn tấm, hình dạng mẫu kéo ngang nhƣ hình 3.41.

Hình 3.41. Mẫu thử kéo ngang hàn giáp mối tấm

i) Trƣờng hợp cần xác định độ bền của mối hàn thì mẫu có dạng lõm nhƣ hình 3.42.

Hình 3.42. Mẫu lõm xác định độ bền mối hàn.

Vì mẫu bị khoét lõm ngay ở mối hàn nên khi kéo sự phá hủy sẽ xảy ra tại

mối hàn. Độ bền khi thử tính theo công thức:

b = k P/F0

trong đó: k là hệ số, với thép k=0,9

Tiêu chí chấp nhận:

 Nếu mẫu kiểm đứt tại tại mối hàn, kết quả đạt yêu cầu, với điều kiện độ bền tính

toán b không nhỏ hơn độ bền kéo cho phép [b] của kim loại cơ bản đó.

 Nếu mẫu kiểm tra đứt bên ngoài mối hàn hoặc vùng nóng chảy, độ bền của liên

kết hàn này đƣợc chấp nhận nếu nó có giá trị lớn hơn hoặc bằng 95% giá trị độ bền

kéo cho phép [b] của kim loại cơ bản đó.

Đối với liên kết hàn ống có đƣờng kính danh nghĩa lớn hơn 76 mm (3 in.), khi

thử kéo, ngƣời ta cắt ống theo đƣờng sinh, gia công cơ rồi kẹp lên đồ gá và tác động

tải (h. 3.43).

Hình 3.43. Mẫu thử hàn giáp mối ống lớn

Với liên kết hàn ống đƣờng kính danh nghĩa không quá 76 mm, ngƣời ta để

nguyên cả ống đặt lên đồ gá (h. 3.44). Khi thử, kéo mẫu kiểm với lực tăng dần cho

đến khi đứt.

Hình 3.44. Mẫu thử hàn giáp mối ống nhỏ

b. Thử kéo kim loại đắp toàn mối hàn kéo dọc

Mục đích thử dùng trong trƣờng hợp để phê chuẩn quy trình hàn cho một số

ứng dụng đặc biệt, ví dụ cho vận hành ở nhiệt độ cao. Nhà sản xuất vật liệu hàn đôi

khi thực hiện thử kéo nhằm xác định que hàn/dây hàn đáp ứng các cơ tính mà tiêu

chuẩn quy định để cấp chứng chỉ hợp cách cho loại vật liệu hàn đó.

Mẫu kiểm tra (h. 3.45) đƣợc gia công từ kim loại mối hàn theo hƣớng song

song với trục dọc mối hàn. Chiều dài đo của mẫu kiểm tra phải hoàn toàn là kim

loại mối hàn.

Hình 3.45. Mẫu thử kéo kim loại đắp: a) hình dáng; b) phê chuẩn WPS; c) phân loại

điện cực hàn.

3.3.4. Thử uốn tĩnh uốn công nghệ

Nhóm kiểm tra này đƣợc thiết kế để xác định tính toàn vẹn hoặc mức độ

hoàn thiện của kim loại. Thử uốn là quy trình thử công nghệ đƣợc áp dụng rộng rãi

cho các liên kết hàn giáp mối khi đánh giá quy trình và sát hạch thợ hàn. Ở Đức thử

uốn công nghệ đã đƣợc tiêu chuẩn hóa trong DIN 50121, còn theo Tiêu chuẩn Châu

Âu là DIN EN 910.

Sau khi hàn các phần tử, ngƣời ta cắt ra các mẫu và đem kiểm tra nhằm xác

định xem vật hàn có chứa khuyết tật không. Tùy từng trƣờng hợp mà tiến hành (h.

3.46):

 Uốn mặt: mẫu uốn lấy sao cho mặt mối hàn chịu kéo khi uốn.

 Uốn chân/ đáy: mẫu uốn lấy sao cho đáy mối hàn chịu kéo khi uốn.

 Uốn cạnh: Khi mẫu thử dày hơn 10 mm thì tiến hành uốn cạnh, mẫu uốn lấy sao

cho mặt bên mối hàn chịu kéo khi uốn. Phép thử uốn cạnh cũng phát hiện đƣợc

khuyết tật rất nhỏ tại vũng hàn và vùng ảnh hƣởng nhiệt theo chiều dày mối hàn.

 Uốn dọc: kéo mặt và đáy mối hàn. Thử uốn dọc đƣợc dùng để kiểm tra thời gian

làm việc tin cậy của mối hàn giáp mối theo các loại vật liệu khác nhau khi ứng

suất dọc theo mối hàn.

Hình 3.46. Mẫu thử uốn theo AWS: a) & b) mối hàn ngang; c) mối hàn dọc.

Khi thử ngƣời ta xác định góc uốn  tại thời điểm xuất hiện vết nứt đầu tiên

ở vùng chịu kéo của mẫu. Góc uốn đó đặc trƣng cho biến dạng dẻo của liên kết hàn

(h. 3.47a).

Hình 3.47. Góc uốn và đồ gá uốn

Thử uốn thƣờng đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng các loại đồ gá uốn. Đồ

gá thử uốn dẫn hƣớng tiêu chuẩn đƣợc chỉ ra trên hình 3.47b, gồm chày (cũng đƣợc

gọi là cốt, hoặc búa đập) và đế khuôn định hình (cối) tƣơng ứng để biến mẫu thẳng

thành dạng chữ U-. Bề mặt chày và đế khuôn đƣợc gia công tinh để giảm ma sát.

Các thông số hình học của đồ gá đƣợc cho trong bảng III.1.

Bảng 3.2. Thông số hình học đồ gá thử uốn

Giới hạn chảy [MPa] A [mm] B [mm] C [mm] D [mm]

345 Từ 345 đến 620 620 38,1 50,8 63,5 19,0 25,4 31,8 60,3 73,0 85,7 30,2 36,6 42,9

Để tiến hành thử uốn, ngƣời ta đặt mẫu lên vai đỡ khuôn (có con lăn hoặc không)

với phía chịu kéo quay xuống dƣới. Chày đi xuống tác dụng tải trọng ép lên khuôn làm cho mẫu bị uốn đi tối đa 180o có dạng chữ U-. Sau đó lấy mẫu thử ra để đánh

giá.

Loại đồ gá dẫn hƣớng thử uốn khác đƣợc gọi là đồ gá bọc quanh. Nó mang

tên này vì mẫu chịu uốn đƣợc quấn quanh chốt cố định (h. III.24). Giá trị kích thƣớc

A lấy 1-1/2; 2; 2-1/2 (in.).

Hình 3.48. Đồ gá uốn bọc quanh.

Với bất kì phép thử uốn nào, các mẫu phải đƣợc chuẩn bị cẩn thận để tránh sai

số thử. Nếu có mài hoặc phun cát làm sạch trên bề mặt chịu ứng suất kéo thì cần

định hƣớng để cùng hƣớng khi uốn sao cho không tạo thành rãnh cắt ngang (tập

trung ứng suất) có thể bị phá hủy sớm. Những mép của mẫu cũng đƣợc lƣợn hoặc

vát để giảm tập trung ứng suất. Khi ép đột ngột dễ sinh ra nứt hoặc phá hủy mẫu, do

vậy tốc độ ép không nên quá lớn (<15 mm/min). Giá trị góc  khi vết nứt đầu tiên

xuất hiện đƣợc đo bằng thƣớc chuyên dùng. Kĩ thuật thử uốn liên kết hàn có ảnh

hƣởng lớn đến góc uốn đo đƣợc. Trong trƣờng hợp này các khuyết tật nhƣ rỗ, lẫn

xỉ, không ngấu, cháy lẹm… làm sai lệch góc uốn. Góc uốn phụ thuộc vào các yếu tố

 Mức độ biến dạng và chất lƣợng vật kiểm nhƣ kích thƣớc, chất lƣợng bề mặt, tỉ

số giữa độ bền kim loại mối hàn với độ bền kim loại cơ bản.

 Bố trí và thực hiện quy trình thử nhƣ vị trí đáy, khoảng cách các gối đỡ, đƣờng

kính chày ép, tốc độ biến dạng.

Việc chuẩn bị mẫu liên kết hàn ống đƣờng kính lớn cũng gần giống với hàn

tấm, nhƣng cần chú ý đến sự khác nhau giữa hàn theo đƣờng sinh với hàn theo chu

vi (h. III.25). Đối với các dải mẫu cắt ra từ ống, phía bề mặt đối diện với chày có

thể đƣợc mài phẳng để loại trừ khả năng bị uốn theo hƣớng ngang vuông góc với

hƣớng chính.

Hình 3.49. Mẫu ống thử uốn khi hàn theo chu vi.

Trƣờng hợp mối hàn ống (dọc hay ngang) – nếu ống có đƣờng kính nhỏ

không thể cắt thành từng dải riêng thì chọn mẫu bằng cách để nguyên để nén bẹp.

Mức độ biến dạng dẻo đƣợc xác định bằng khoảng cách giữa hai mặt ép nhƣ (h.

III.26). Giá trị b đo đƣợc khi xuất hiện vết nứt đầu tiên ở mối hàn.

Hình 3.50. Sơ đồ thử uốn bằng nén bẹp

Kết quả đƣợc chấp nhận với góc uốn tiêu chuẩn là không có nứt, rỗ ở mặt uốn

chịu kéo; cũng có thể cho phép nứt ngắn hơn 3 mm.

Khả năng chấp nhận của mẫu thử uốn thƣờng đƣợc phán xét trên cơ sở dựa

vào kích thƣớc và số bất liên tục đƣợc phát hiện trên bề mặt chịu kéo. Các quy

chuẩn (code) hoặc thông số chi phối sẽ chỉ định những tiêu chí chấp nhận hay loại

bỏ. Báo cáo kết quả:

 Kim loại cơ bản và vật liệu hàn.

 Chiều dày và kích thƣớc của mẫu thử.

 Hƣớng uốn (đáy, mặt hoặc bên).

 Nhiệt độ thử.

 Góc uốn; đo góc uốn nếu bị phá hủy trƣớc 180o

 Đƣờng kính chày uốn.

 Bề mặt liên kết sau khi uốn (loại và vị trí khuyết tật nếu có).

a. Thử b g y mối hàn giáp mối nick- break tests)

Phƣơng pháp này đánh giá tính toàn vẹn của mối hàn bằng cách phá hủy mẫu

qua mối hàn để có thể kiểm tra bề mặt gãy xem có khuyết tật không. Phép thử này

đƣợc sử dụng gần nhƣ chỉ trong công nghiệp đƣờng ống đƣợc mô tả trong API

1104. Có thể thay thế (hoặc bổ sung) cho thử bằng chụp ảnh bức xạ. Chỉ dùng cho

phê chuẩn thợ hàn, không dùng cho phê chuẩn quy trình hàn.

Mẫu thử đƣợc cắt theo chiều vuông góc với mối hàn. Trên mẫu cƣa/ bào một

rãnh vuông hoặc chữ V- sâu khoảng 2 mm dọc theo đáy và mặt mối hàn sao cho khi

thử mẫu bị gãy ở giữa mối hàn (3.51).

Hình 3.51. Mẫu bẻ gãy mối hàn giáp mối

Ngay khi mẫu đƣợc cƣa xong, ngƣời ta phá hủy nó bằng cách kéo trên máy

thử kéo, đập bằng búa vào đúng đƣờng tâm. Kiểm tra bằng mắt xem có khuyết tật

trên bề mặt gãy (không ngấu đáy, lẫn xỉ, rỗ khí …) hay không. Nếu có thì đo kích

thƣớc của chúng rồi so sánh với giới hạn quy chuẩn để quyết định chấp nhận hay

loại bỏ. Báo cáo kết quả (nick break tests):

 Chiều dày kim loại cơ bản.

 Chiều rộng mẫu thử.

 Vị trí vết gãy.

 Hình dạng liên kết sau khi gãy.

 Chiều sâu ngấu.

 Khuyết tật trên bề mặt gãy.

b. Thử b g y mối hàn góc

Phép thử bẻ gãy liên kết tại mối hàn góc là phƣơng pháp để đánh giá độ bền

mối hàn, quan sát bề mặt gãy (chỉ dùng cho phê chuẩn thợ hàn, không dùng cho phê

chuẩn quy trình hàn). Nó có thể thay cho thử tổ chức thô đại. Mẫu thử (h. III.28a),

gồm hai tấm với liên kết chữ T- và hàn đắp ở phía ngoài mối ghép đƣợc cắt theo

chiều dài cần thiết (thƣờng cắt bốn cái với chiều dài khoảng 60 mm).

Cƣa hoặc bào rãnh vuông hoặc chữ V sâu khoảng 2 mm dọc chiều dài mối

hàn góc. Kim loại cơ bản, kim loại mối hàn và các thông số hàn phải tuân thủ chặt

chẽ quy trình. Phƣơng pháp định vị mẫu và chiều tác dụng lực đƣợc nêu trên (h.

3.52). Lực này có thể tác dụng bằng máy kiểm tra, máy ép, hoặc bằng búa.

Hình 3.52. Mẫu thử bẻ gãy mối hàn và phƣơng pháp phá hủy

Bề mặt phá hủy (mặt gãy) đƣợc kiểm tra để xác định các khuyết tật trong

nhƣ lẫn xỉ, không ngấu và rỗ xốp. Tiếp theo bề mặt phá hủy đƣợc kiểm tra để chắc

chắn rằng mối hàn nóng chảy đến đáy liên kết và thấu hoàn toàn đến kim loại cơ

bản và rỗ khí nhỏ hơn 3/32 in. theo kích thƣớc lớn nhất (AWS D1.1). Quá trình

đƣợc thực hiện ở xƣởng và hiện trƣờng, cùng với kiểm tra ngoại dạng chúng dùng

để đánh giá nhanh chất lƣợng hàn.

Báo cáo kết quả:

 Chiều dày kim loại cơ bản.

 Chiều cao và cạnh mối hàn góc.

 Vị trí gãy.

 Hình dạng liên kết sau khi gãy.

 Chiều sâu ngấu.

 Khuyết tật thấy đƣợc trên bề mặt gãy.

Chƣơng 4

THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ

4.1 QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN MẪU HÀN GIÁP MỐI

Trong quá trình khảo sát tác giả thấy có nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến

năng suất hàn:Cƣờng độ dòng điện( I ), Vận tốc hàn( V ), Đƣờng kính que hàn bù(Ø)

, đây là những yếu tố ảnh hƣởng lớn nhất đến năng suất . Vì vậy tác giả chỉ xét yếu

tố này ảnh hƣởng đến năng suất trong quà trình thí nghiệm

Hiện nay trên thị trƣờng đƣờng kính que hàn bù có 3 loại chính: Ø1.6

mm, Ø2,4mm, Ø3.2 mm. , tác giả sẽ tiến hành thí nghiệm hàn với 3 loại đƣờng kính

que hàn bù nhƣ trên với quy trình hàn sau:

4.1.1 Chuẩn bị mẫu hàn

4.1.1.1 Kích thƣớc chi tiết mẫu

Để đáp ứng cho mục tiêu các mẫu chi tiết đƣợc sử dụng trong đào tạo và

nghiên cứu kỹ thuật kiểm tra khuyết tật mối hàn bằng phƣơng pháp siêu âm và X

quang, mối ghép hàn sẽ là mối ghép giáp mí vát mép chữ V với chiều dày ≥ 6mm.

Với kích thƣớc ngoại quan của chi tiết mẫu đƣợc đề xuất nhƣ sau:

Với T = 10mm; L =200mm; W =250 mm

Hình 4.1. Kích thƣớc mẫu hàn

4.1.1.2 Thiết kế mối ghép

- Mối ghép cho chi tiết mẫu khi hàn giáp mối trong thực tế phụ thuộc vào

chiều dày T của mẫu hàn, khi chiều dày 4 T12 thì kiểu mối ghép là vát cạnh chữ

V, khi chiều dày 8 T20 thì kiểu mối ghép là vát cạnh chữ X (hay còn gọi là vát

cạnh chữ V đôi). Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài tác giả lựa chọn chiều dày chi

tiết mẫu T=10 vì vậy kiểu mối ghép là mối hàn giáp mối vát cạnh chữ V có các kích

thƣớc nhƣ sau.

T = 10 - Chiều dày kim loại cơ bản b = 1.0±0.5 - Khe hở chân c = 1.0±0.5 - Bề mặt chân α = 270±3 - Góc vát

Hình 4.2. Kích thƣớc mối ghép [19]

4.1.1.3 Lựa chọn vật liệu hàn

Vật liệu cơ bản đƣợc lựa chọn theo bảng 2.1 và 2.3 cặp vật liệu là thép cacbon

thấp A516 Grade 65 và thép không gỉ austenit A240M 316L.

Vật liệu đắp (dây hàn phụ) khi lựa chọn cần đặc biệt chú ý đến vùng đƣờng

chảy (viền chảy) có thành phần khác giữa kim loại cơ bản và mối hàn. Vùng này

thƣờng là nơi phát sinh phá hủy do giòn, ăn mòn hoặc mỏi. Cấu trúc và tính chất của

vùng này phụ thuộc vào quá trình kết tinh đồng thời của các vật liệu khác nhau và sự

hình thành các lớp khuếch tán có thành phần biến đổi.

Hình 4.3. Cấu trúc của kim loại mối hàn và vùng ảnh hƣởng nhiệt

Khi thành phần hóa học mang tính đồng nhất trong phạm vi một lớp hàn, tại

khu vực gần đƣờng chảy có một lớp kết tinh. Hàm lƣợng các nguyên tố tại lớp này

thay đổi liên tục theo hƣớng từ kim loại cơ bản đến kim loại mối hàn và có thành

phần hóa học khác với kim loại cơ bản. Cấu trúc và tính chất của lớp kết tinh phụ

thuộc vào thành phần hóa học của kim loại mối hàn và kim loại cơ bản.

Khi hàn thép khác loại cấu trúc các lớp này có cấu trúc mactenzit hợp kim

cao có đặc tính giòn và có độ cứng lớn. Mức độ dự trữ austenit của thép (đƣơng

lƣợng Ni và Cr) càng nhỏ thì chiều dày của lớp đó càng lớn. Vì vậy khi chọn vật

liệu đắp trong những trƣờng hợp nhƣ vậy ta nên chọn loại có đƣơng lƣợng Ni và

Cr lớn.

Công thức tính đƣơng lƣợng Crôm và Ni nhƣ sau:

%CrE = %Cr + %Mo + (1,5x%Si) + (0,5x%Ni [5.1]

%NiE = % Ni + (30x%C) + (0,5x%Mn) [5.2]

Từ công thức tính đƣơng lƣợng Cr và Ni ta nhận thấy rằng để có đƣơng

lƣợng Ni và Cr lớn chúng ta cần chọn vật liệu hàn có thành phần Cr và Ni lớn. Từ

giản đồ Schaeffler, các mác thép không gỉ 309L, 310 và 317L là có đƣơng lƣợng Cr

và Ni lớn hơn thép không gỉ 316L.

Theo [19] khi hàn thép không rỉ Cr - Ni hoặc Cr – Ni - Mo với thép cacbon

thấp thì vật liệu đắp đƣợc sử dụng là 309L và 309MoL.

Đối chiếu các mác thép của vật liệu đắp này với các loại vật liệu đắp của nhà

sản xuất Công ty thép Kobe và của hãng Avesta Welding tác giả chọn đƣợc vật liệu

hàn chuyên sử dụng cho hàn hai kim loại khác nhau khi hàn thép cacbon thấp và

thép không gỉ austenit [11,16] nhƣ sau:

- Ký hiệu: TG-S309L của hãng Kobelco tƣơng đƣơng 309L của Avesta

Welding (theo tiêu chuẩn của hiệp hội hàn Mỹ AWS A5.9 ER309L )

- Đƣờng kính dây hàn phụ: Ø1.6 mm, Ø2,4mm, Ø3.2 mm.

- Chiều dài dây hàn phụ: 1000mm.

- Dòng điện hàn: 140 – 230A

- Lƣu lƣợng khí bảo vệ: 4 – 8 lít/phút

- Số ferit: 11 FN Delong

- Năng lƣợng đƣờng:  2,0 kJ/mm

- Thành phần hóa học và cơ tính dây hàn phụ đƣợc trình bày trong bảng 5.1, 5.2.

Thành phần hóa học (%)

Vật liệu hàn

(dây hàn phụ)

Kobelco TG-309L

(AWS A5.9

0.016 1,84

0,019 0,002 0,41 23,28 13,68 0,03

0.04

ER309L)

Bảng 4.1: Thành phần hóa học của dây hàn phụ [11]

Cơ tính

Trạng thái

Dây hàn phụ

Độ bền kéo (MPa)

Giới hạn chảy (MPa)

Độ giãn dài tƣơng đối (%)

570

410

Kobelco TG-309L (AWS A5.9 ER309L)

Bảng 4.2: Cơ tính của Dây hàn phụ TG-309L [11]

4.1.2 Hàn đính

4.1.2.1 Trình tự và kích thƣớc mối hàn đính

Khi hàn hai vật liệu thép cacbon thấp - thép không gỉ, các thông số của mối

hàn đính cần phải chú trọng vì sự khác biệt về tính chất vật lý của hai vật liệu này:

- Về tính giãn nở nhiệt của thép không gỉ austenit cao hơn 50% so với thép

cacbon thấp [19]. Kết quả khi hàn thép không gỉ austenit khả năng biến dạng sẽ lớn

hơn. Do đó yêu cầu nhiều mối hàn đính hơn so với khi hàn thép cacbon thấp.

- Về tính dẫn nhiệt của thép không gỉ austenit chỉ bằng 1/3 so với thép

cacbon thấp. Do đó nhiệt thoát ra khỏi khu vực mối hàn và vùng ảnh hƣởng nhiệt là

chậm hơn so với thép cacbon thấp.

Cần chú trọng khi hàn đính, khe hở giữa hai tấm kim loại cần phải đều nhau

dọc theo chiều dài mối ghép. Ngƣợc lại thì sẽ ảnh hƣởng đến độ ngấu của mối hàn

và biến dạng của liên kết hàn.

Hàn đính cần tiến hành lần lƣợt tại hai đầu của mối ghép hàn, sau đó hàn đính

vào giữa mối ghép hàn theo trình tự nhƣ vậy cho hết toàn bộ mối ghép. Nếu hàn

đính bắt đầu từ một đầu của mối ghép hàn và kết thúc ở đầu còn lại thì các tấm phôi

sẽ có xu hƣớng kéo vào nhau và làm cho khe hở giữa hai tấm sẽ bị giảm ở cuối mối

ghép hàn.

Hình 4.4. Trình tự thực hiện mối hàn đính [19]

Về khoảng cách giữa các mối hàn đính khi hàn thép không rỉ cần đƣợc rút

ngắn hơn so với khi hàn thép cacbon. Bởi vì khả năng giãn nở nhiệt của thép không

rỉ lớn hơn thép cacbon thấp. Khoảng cách giữa các mối hàn đính đƣợc cho trong

bảng 5-3:

Bảng 4.3: Khoảng cách giữa các môi hàn đính [19]

Chiều dày tấm thép (mm) 1 – 1,5 2 - 3 4 - 6 > 6 Khoảng cách mối hàn đính mm 30 - 60 70 - 120 120 - 160 150 - 200 Chiều dài mối hàn đính (mm) 5 - 7 5 - 10 10 - 15 20 - 30

Hàn đính cần tiến hành hết sức cẩn thận, vấn đề này cần thực hiện tuần tự là

hàn, mài, hàn. Nếu mối hàn đính đƣợc thực hiện trên cùng một phía với đƣờng hàn

thì hai đầu của mối hàn đính cần phải mài vát xuống hoặc đƣợc mài đi trong quá

trình hàn.

Hình 4.5. Mài vát điểm đầu và cuối mối hàn đính

4.1.2.2 Xử lý biến dạng hàn

Khi hàn thép không rỉ thì biến dạng khi hàn sẽ lớn hơn khi hàn thép cacbon

thấp. Vì vậy để giảm biến góc khi hàn giáp mối tấm cần chú ý một số vấn đề sau:

- Khi thiết kế mối ghép hàn thì nên sử dụng vát cạnh chữ X thay vì chữ V.

Hình 4.6. Mối hàn vát cạnh chữ X

- Biến dạng do co ngang của mối hàn giáp mối giảm khi giảm khe hở của

mối ghép hàn.

- Biến dạng góc mối hàn giáp mối của mối hàn giảm khi góc vát giảm.

- Biến dạng giảm khi bố trí thứ tự đƣờng hàn và kỹ thuật hàn hợp lý.

Hình 4.7. Bố trí thứ tự đƣờng hàn hợp lý [19]

- Sử dụng kẹp, đồ gá khi hàn, số lƣợng mối hàn đính đảm bảo cũng làm biến

dạng hàn giảm.

Hình 4.8. Kẹp chặt khi hàn [29]

- Sử dụng phƣơng pháp biến dạng ngƣợc.

Có nghĩa là sau khi hàn mối hàn giáp mối tấm thì liên kết hàn sẽ bị biến

dạng góc một góc β. Vì vậy sau khi hàn đính xong tiến hành tạo biến dạng có chiều

a. Trƣớc khi hàn b. Sau khi hàn

ngƣợc với biến dạng do quá trình hàn gây ra.

Hình 4.9. Tạo biến dạng ngƣợc khi hàn [19]

Biến dạng góc của mối hàn giáp mối tấm phụ thuộc vào phƣơng pháp công

nghệ và dạng liên kết hàn.

Bảng 4.4: Biến dạng góc khi hàn giáp mối [2]

Phƣơng pháp hàn Dạng liên kết hàn Biến dạng góc

00 Hàn dƣới lớp thuốc với đệm đồng

0020’ Hàn điện hồ quang tay (hai lớp hàn)

5030’ Hàn điện hồ quang tay (bốn lớp hàn)

11030’ Hàn điện hồ quang tay (nhiều lớp hàn)

108’ Hàn ngọn lửa (một lớp)

Đây là phƣơng pháp tác giả chọn để xử lý biến dạng trong quá trình chế

tạo mẫu hàn hai vật liệu. Góc độ biến dạng góc đƣợc xác định bằng thực nghiệm, có

nghĩa là khi hàn đính không tạo biến dạng ngƣợc (phôi mẫu phẳng) sau khi hàn xong

mẫu hàn biến dạng góc một góc β. Kết hợp với giá trị biến dạng góc bảng 5-4 từ đó

xác định góc biến dạng ngƣợc trƣớc khi hàn.

Hình 4.10. Xác định góc biến dạng ngƣợc β bằng thực nghiệm.

4.1.3 Hàn

4.1.3.1 Năng lƣợng đƣờng (Heat input).

- Khi hàn các loại vật liệu (thép cacbon, thép không gỉ, nhôm, đồng), năng

lƣợng đƣờng là một thông số rất quan trọng. Thông số này quyết định đến ứng suất,

biến dạng, cấu trúc kim loại mối hàn và vùng ảnh hƣởng nhiệt.

- Năng lƣợng đƣờng q đƣợc tính bởi công thức sau: [19]

[5.3]

Trong đó:

- Uh: là điện áp hàn (V)

- Ih: là cƣờng độ dòng điện hàn (A)

- Vh: là vận tốc hàn (mm/phút)

Đối với thiết bị hàn TIG thì Uh và Ih là hai thống số phụ thuộc lẫn nhau theo

đƣờng đặc tính ngoài của máy chứ không phải là hai thông số độc lập nhau. Khi hàn

thép cacbon thấp – thép không gỉ với vật liệu hàn là dây hàn thép không gỉ 309L đƣờng

kính dây hàn phụ 2,4mm thì các thông số đƣợc nhà sản xuất đƣa ra nhƣ sau: [19]

+ Năng lƣợng đƣờng lớn nhất: q = 1.5 kJ/mm

+ Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 130-160 A

+ Điện áp hàn: Uh = 16-18 V

Dựa vào các thông số đó chúng ta tiến hành điều chỉnh vận tốc hàn và hàn thử

trên các mẫu thử với thiết bị hàn TIG Daihen OTC Accutig 300P, từ đó rút ra các

thông số hàn hợp lý nhất và trị số năng lƣợng đƣờng tối ƣu không vƣợt quá trị số lớn

nhất (1.5 kJ/mm).

4.1.3.2 Nhiệt độ giữa các đƣờng hàn (Tip- interpass temperature)

Nhiệt độ giữa các đƣờng hàn là nhiệt độ lƣu kim loại trong khoảng thời gian

giữa hai đƣờng hàn liên tiếp nhau khi hàn nhiều lớp. cũng nhƣ nhiệt độ nung nóng

sơ bộ, nhiệt độ giữa các đƣờng hàn thƣờng nằm trong khoảng giữa giá trị tối đa và

giá trị tối thiểu. Giá trị tối đa không đƣợc phép vƣợt quá nhiệt độ bắt đầu xuất hiện

max

mactenzit của thép hoặc kim loại mối hàn.

Đối với dây hàn phụ ER319L thì nhiệt độ lớn nhất giữa các đƣờng hàn Tip1

= 1500C [19].

max = 1200C [16].

Đối với kim loại cơ bản thép là thép không gỉ austenit thì nhiệt độ lớn nhất

giữa các đƣờng hàn Tip2

Vì vậy trong quá trình hàn, nhiệt độ lớn nhất giữa các đƣờng hàn đƣợc áp dụng max = 1200C. là Tip

4.1.3.3 Trình tự bố trí các lớp hàn và đƣờng hàn.

Để hoàn thiện một mối hàn vát cạnh chữ V, thông thƣờng bố trí 3 lớp hàn:

- Lớp chân.

- Lớp đắp.

- Lớp phủ.

Tại từng lớp hàn việc bố trí thứ tự các đƣờng hàn là rất quan trọng, từ những

phân tích ở chƣơng 3 có một số chú ý khi bố trí thứ tự đƣờng hàn nhƣ sau:

 Thứ nhất: Khuếch tán có thể làm tăng lƣợng cacbon và ôxy trong vùng

ảnh hƣởng nhiệt. Cùng với các tạp chất có hại, chúng tạo thành các cùng tinh có

nhiệt độ nóng chảy thấp. Vì vậy khi hàn trong một lớp hàn bố trí hai đƣờng hàn thì

đƣờng hàn phía tấm thép cacbon sẽ đƣợc hàn trƣớc, nhƣ vậy đƣờng hàn này sẽ nhƣ

một lớp đệm ngăn không cho cacbon từ tấm thép cacbon khuếch tán quá nhiều vào

vùng kim loại mối hàn.

 Thứ hai: Giảm trị số của các thông số hàn nhƣ năng lƣợng đƣờng (dòng

điện hàn, điện áp hàn), do vậy trong quá trình hàn khi hàn cần giảm trị số cƣờng độ

dòng điện hàn. Khi hàn các đƣờng hàn phía tấm thép cacbon sử dụng dòng điện hàn

nhỏ hơn so với đƣờng hàn phía tấm thép không gỉ.

 Thứ ba: Giảm tiết diện mối hàn, lƣợng kim loại cơ bản hòa tan vào mối hàn.

Để giảm tiết diện mối hàn và lƣợng kim loại cơ bản hòa tan vào mối hàn chúng ta cần

giảm đƣờng kính dây hàn phụ, khống chế việc dao động của mỏ hàn không lớn hơn ba

lần đƣờng kính que hàn, nhất là khi hàn các đƣờng hàn phía tấm thép cacbon.

Từ đó tác giả bố trí các lớp hàn và thứ tự các đƣờng hàn nhƣ hình 5-11:

Hình 4.11. Bố trí các lớp hàn và thứ tự hàn các đƣờng hàn

Trong hình 4.11: Lớp chân: đƣờng hàn n.

Lớp đắp: đƣờng hàn n+1,n+2,n+3 và n+4.

Lớp phủ: đƣờng hàn n+5,n+6 và n+7 .

4.1.4 Kiểm tra

- Kiểm tra ngoại dạng (VT).

- Kiểm tra mẫu hàn bằng phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ (RT).

- Kiểm tra mẫu hàn bằng phƣơng pháp siêu âm (UT).

- Kiểm tra mẫu hàn bằng phƣơng pháp kéo (TT).

- Kiểm tra mẫu hàn bằng phƣơng pháp uốn (BT)

4.1.5 Trang thiết bị hàn

Thiết bị hàn để phục vụ cho quá trình chế tạo mẫu hàn là máy hàn

TIGAC/DC Hitachi Inverter 300GP của hãng của hãng Hitachi – Nhật Bản, các

thông số kỹ thuật của máy đƣợc cho trong bảng 5-5.

Bảng 4.5:Thông số kỹ thuật cơ bản của máy hàn TIGAC/DC Hitachi Inverter 300GP

của hãng Hitachi [30]

Thông số Giá trị

Nguồn điện 3 pha 380V, 50/60HZ

Điều chỉnh dòng

hàn: DC 5A/10.2V….. 300A/22V

AC 20A/17V ….300A/17V

Hiển thị Đồng hồ số

Điện áp không tải 78V

Hàn xung Đầy đủ khi hàn AC và DC

Hiệu suất máy 80%

4.2 THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU HÀN ỨNG VỚI ĐƢỜNG KÍNH

QUE HÀN BÙ 1,6 mm

Để kiểm nghiệm, đánh giá qui trình công nghệ chế tạo mẫu hàn giáp mối tấm

thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn TIG theo qui trình đã đề xuất,

ứng với mỗi chế độ hàn đƣợc chế tạo thử nghiệm 3 mẫu rồi lấy giá trị trung bình để

đảm bảo độ tin cậy của kết quả thực nghiệm, các mẫu sau khi chế tạo đƣợc kiểm tra

đánh giá bằng phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy là siêu âm và chụp X quang,và

kiểm tra phá hủy là kéo và uốn, công việc đƣợc tiến hành nhƣ sau:

4.2.1 Quy trình thực nghiệm mẫu hàn

Ở quá trình này mẫu thực nghiệm đƣợc chuẩn bị là ba mẫu: một mẫu ký hiệu

BD (BD - Biến Dạng) dùng để xác định góc biến dạng ngƣợc và một mẫu có ký hiệu

TCi-TSi (TC - Thép tấm Cacbon, TS - Thép tấm SS316L, i - tấm thứ i) dùng để

kiểm nghiệm các thông số của chế độ hàn.

4.2.1.1 Chuẩn bị mẫu hàn TS1-TC1, TS2-TC2 và TS3-TC3

Bƣớc 1: Cắt phôi mẫu

Từ bản vẽ mối ghép hàn tiến hành cắt phôi. Trong thực tế thép cacbon chúng

ta có thể cắt bằng ngọn lửa khí cháy, còn thép không gỉ cắt bằng máy cắt plasma. Để

đảm bảo độ chính xác và tránh bị ảnh hƣởng nhiệt do cắt phôi bằng ngọn lửa khí

cháy và plasma, vì vậy tác giả chọn cắt phôi mẫu bằng máy cắt tôn thủy lực với kích

thƣớc 250x100x10. Mỗi mẫu hàn có 01 tấm phôi thép cacbon và 01 tấm phôi thép

không gỉ.

A. Thép không gỉ A240 316L B. Thép cacbon A516 Grade 65

Hình 4.12. Kích thƣớc mối ghép hàn

Hình 4.13. Kích thƣớc và phôi mẫu sau khi cắt

Bƣớc 2: Vát cạnh phôi mẫu

Nhƣ phân tích ở bƣớc 1, nhằm tránh bị ảnh hƣởng nhiệt nên tác giả sử dụng máy phay để vát cạnh tấm phôi mẫu một góc 270±30. Sau khi phay xong dùng máy

mài cầm tay để tạo kích thƣớc bề mặt chân là 1.0±0.5. Kích thƣớc cạnh vát của tấm

thép cacbon thấp và của tấm thép không rỉ nhƣ sau:

Hình 4.14. Kích thƣớc vát cạnh phôi mẫu

Bƣớc 3: Làm sạch

Trƣớc khi hàn sử dụng máy mài tay loại bỏ dầu mỡ, gỉ sắt, lớp vảy thép cán

và các vết bẩn khác một khoảng 25 mm từ mép vát và làm sạch cả hai mặt của tấm

phôi mẫu. Sau đó dùng bàn chải công nghiệp làm sạch bụi bẩn và hạt mài trên bề

mặt tấm phôi.

Hình 4.15. Làm sạch tấm phôi mẫu

4.2.1.2 Hàn đính

Bƣớc 1: Hàn đính

- Phƣơng pháphàn: TIG

- Máy hàn: TIGAC/DC Hitachi Inverter 300GP

- Kí hiệu điện cực hàn: EWTh- 2

- Đƣờng kính điện cực hàn: 2,4 mm

- Dây hàn phụ: AWS ER309L, Kobelco 1,6 mm

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 130 A.

- Khí bảo vệ: Argon

- Lƣu lƣợng khí: 12 lít/phút

- Cực tính: DCEN

- Góc độ mỏ hàn và dây hàn phụ theo hình 5-16.

Hình 4.16. Góc độ mỏ hàn và dây hàn phụ khi hàn đính

Để đảm bảo độ phẳng và khe hở mối ghép, sử dụng đồ gá để kẹp chặt phôi

mẫu khi hàn đính.

Hình 4.17. Đồ gá sử dụng khi hàn đính

- Kích thƣớc, khoảng cách và thứ tự mối hàn đính theo hình 5.18

Hình 4.18. Kích thƣớc, khoảng cách và thứ tự mối hàn đính

Bƣớc 2: Tạo biến dạng ngƣợc

Sau khi hàn đính xong, tiến hành tạo biến dạng ngƣợc mẫu hàn một góc là

β=150 (áp với mẫu chuẩn BD).

Hình 4.19. Tạo biến dạng ngƣợc mẫu hàn

Bƣớc 3: Mài lõm điểm đầu và điểm cuối các mối hàn đính

Sau khi tạo biến dạng ngƣợc xong, dùng máy mài cầm tay mài lõm điểm đầu

và điểm cuối các mối hàn đính.

Hình 4.20. Mài vát điểm đầu và cuối mối hàn đính

4.2.1.3 Hàn

Trình tự bố trí các lớp hàn và đƣờng hàn:

Hình 4.21. Trình tự bố trí các lớp hàn

Bƣớc 1: Hàn lớp chân đƣờng hàn 1

- Tiêu chuẩn áp dụng: AWS D1.1 và D1.6

- Phƣơng pháp hàn: TIG

- Máy hàn: TIGAC/DC Hitachi Inverter 300GP

- Vị trí hàn: 1G

- Kí hiệu điện cực hàn: EWTh- 2

- Đƣờng kính điện cực hàn: 2,4 mm

- Dây hàn phụ: AWS ER309L, Kobelco 1,6 mm

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 130 A.

- Khí bảo vệ: Argon

- Lƣu lƣơng khí: 12 lít/phút

- Cực tính: DCEN

- Góc độ mỏ hàn và dây hàn phụ: theo hình 5-16

Hình 4.22. Hàn lớp chân mẫu hàn TC1-TS1

Sau khi hàn xong đƣờng hàn 1 của lớp chân, dùng máy mài cầm tay

kết hợp bàn chải công nghiệp làm sạch bề mặt mới hàn trƣớc khi hàn lớp hàn đắp.

Bƣớc 2: Hàn lớp đắp

Hàn đƣờng hàn 2

- Tiêu chuẩn áp dụng: AWS D1.1 và D1.6

- Phƣơng pháp hàn: TIG

- Máy hàn: TIGAC/DC Hitachi Inverter 300GP

- Vị trí hàn: 1G

- Kí hiệu điện cực hàn: EWTh- 2

- Đƣờng kính điện cực hàn: 2,4 mm

- Dây hàn phụ: AWS ER309L, Kobelco 1,6 mm

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 130 A.

- Khí bảo vệ: Argon

- Lƣu lƣơng khí: 12 lít/phút

- Cực tính: DCEN

- Góc độ mỏ hàn và dây hàn phụ:

Hình 4.23. Góc độ mỏ hàn và dây hàn phụ khi hàn đƣờng hàn 2 mẫu hàn TC1-TS1

Hình 4.24. Mẫu hàn TC1-TS1 sau khi hàn đƣờng hàn 2

Hàn đƣờng hàn 3

- Tiêu chuẩn áp dụng: AWS D1.1 và D1.6

- Phƣơng pháp hàn: TIG

- Máy hàn: TIGAC/DC Hitachi Inverter 300GP

- Vị trí hàn: 1G

- Kí hiệu điện cực hàn: EWTh- 2

- Đƣờng kính điện cực hàn: 2,4 mm

- Dây hàn phụ: AWS ER309L, Kobelco1,6 mm

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 135 A.

- Khí bảo vệ: Argon

- Lƣu lƣơng khí: 12 lít/phút

- Cực tính: DCEN

- Góc độ mỏ hàn và dây hàn phụ (hình 5.22).

Hình 4.25. Góc độ mỏ hàn và dây hàn phụ khi hàn đƣờng hàn 3

Hình 4.26. Mẫu hàn TC1-TS1 sau khi hàn đƣờng hàn 3

Hàn đƣờng hàn 4: Thiết bị hàn, góc độ mỏ hàn và thông số hàn giống nhƣ

khi hàn đƣờng hàn 2.

Hàn đƣờng hàn 5: Thiết bị hàn, góc độ mỏ hàn và thông số hàn giống nhƣ

khi hàn đƣờng hàn 3.

Bƣớc 3: Hàn lớp phủ mặt trƣớc Hàn đƣờng hàn 6

Kích thƣớc mối hàn lớp phủ

Hình 4.27. Kích thƣớc mối hàn lớp phủ.

- Tiêu chuẩn áp dụng: AWS D1.1 và D1.6

- Phƣơng pháp hàn: TIG

- Máy hàn: TIGAC/DC Hitachi Inverter 300GP

- Vị trí hàn: 1G

- Kí hiệu điện cực hàn: EWTh- 2

- Đƣờng kính điện cực hàn: 2,4 mm

- Dây hàn phụ: AWS ER309L, Kobelco 1,6 mm

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 135 A.

- Khí bảo vệ: Argon

- Lƣu lƣơng khí: 12 lít/phút

- Cực tính: DCEN

- Góc độ mỏ hàn và dây hàn phụ (hình 5.27).

Hình 4.28. Góc độ mỏ hàn và dây hàn phụ khi hàn đƣờng hàn 6

100

Hình 4.29. Mẫu hàn TC1-TS1 sau khi hàn đƣờng hàn thứ 6

Hàn đƣờng hàn 7:

- Tiêu chuẩn áp dụng: AWS D1.1 và D1.6

- Phƣơng pháp hàn: TIG

- Máy hàn: TIGAC/DC Hitachi Inverter 300GP

- Vị trí hàn: 1G

- Kí hiệu điện cực hàn: EWTh- 2

- Đƣờng kính điện cực hàn: 2,4 mm

- Dây hàn phụ: AWS ER309L, Kobelco 1,6 mm

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 135 A.

- Khí bảo vệ: Argon

- Lƣu lƣơng khí: 12 lít/phút

- Cực tính: DCEN

- Góc độ mỏ hàn và dây hàn phụ:

Hình 4.30. Góc độ mỏ hàn khi hàn đƣờng hàn thứ 7

101

TC1

TS1

Hình 4.31. Mẫu hàn TC1-TS1 sau khi hàn đƣờng hàn thứ 7

Bƣớc 4: Mài r nh mặt sau của mối hàn.

Để hàn đƣờng hàn thứ 8 của mặt sau mẫu hàn, cần phải tiến hành mài rãnh

phần mặt sau của mối hàn nhƣ hình 5-30.

Hình 4.32. Kích thƣớc rãnh mài

a.Trƣớc khi mài b. Sau khi mài

Hình 4.33. Mặt sau đƣờng hàn mẫu hàn TC1-TS1

102

Bƣớc 5: Hàn lớp phủ mặt sau

Hàn đƣờng hàn 8:

- Tiêu chuẩn áp dụng: AWS D1.1 và D1.6

- Phƣơng pháp hàn: TIG

- Máy hàn: TIGAC/DC Hitachi Inverter 300GP

- Vị trí hàn: 1G

- Kí hiệu điện cực hàn: EWTh- 2

- Đƣờng kính điện cực hàn: 2,4 mm

- Dây hàn phụ: AWS ER309L, Kobelco 1,6 mm

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 135 A.

- Khí bảo vệ: Argon

- Lƣu lƣơng khí: 12 lít/phút

- Cực tính: DCEN

- Góc độ mỏ hàn và dây hàn phụ: hình 4-16.

Hình 4.34. Mặt sau mẫu hàn TC1-TS1 sau khi hàn đƣờng hàn thứ 8

Bảng 4.6: Bảng tổng hợp các thông số của chế độ hàn mẫu TC1-TS1 ,TC2-TS2 và

TC3-TS3

103

Dây hàn phụ Dòng điện

Điện áp Tốc độ hàn Ampe Đƣờng hàn Đƣờng kính Ký hiệu Phƣơng pháp hàn Năng lƣợng đƣờng (Vôn) (mm/phút) Cực tính (A) (mm) (KJ/mm)

1 TIG ER309L 1,6 DCEN 130 14,2 153 0,72

2 TIG ER309L 1,6 DCEN 130 14,2 124 0,89

3 TIG ER309L 1,6 DCEN 135 14,4 123 0,94

4 TIG ER309L 1,6 DCEN 130 14,2 161 0,68

5 TIG ER309L 1,6 DCEN 135 14,4 170 0,67

6 TIG ER309L 1,6 DCEN 135 14,4 128 0,91

7 TIG ER309L 1,6 DCEN 135 14,4 158 0,73

8 TIG ER309L 1,6 DCEN 135 14,4 125 0,93

4.2.2 Kiểm tra

- Kiểm tra ngoại dạng: Không phát hiện khuyết tật.

- Hình ảnh khuyết tật thiếu thấu chân đƣợc phát hiện trên phim X quang

nhƣ sau:

Hình 4.35. Khuyết tật thiếu thấu chân trên phim X-quang

104

- Hình ảnh khuyết tật thiếu thấu chân đƣợc phát hiện trên siêu âm nhƣ

Hình 4.36. Khuyết tật thiếu thấu chân trên phim Siêu âm

Nhận xét:

- Từ kết quả kiểm tra siêu âm và chụp X - quang, mẫu hàn TC1 - TS1,TC2 - TS2 và

TC3 - TS3 có cùng một khuyết tật thiếu thấu chân. Nguyên nhân dẫn đến khuyết tật

này là cƣờng độ dòng điện hàn thấp, khe hở giữa hai tấm phôi mẫu nhỏ, tốc độ hàn

nhanh và chiều sâu rãnh mài mặt sau đƣờng hàn chƣa đạt.

4.3 THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU HÀN ỨNG VỚI ĐƢỜNG KÍNH

QUE HÀN BÙ Φ2,4 mm

4.3.1 Quy trình thực nghiệm mẫu hàn

Với quy trình hàn này tác giả cũng thực nghiệm trên hai mẫu có ký hiệu TC4

- TS4 , TC5 - TS5 và TC6 - TS6, với các thay đổi về cƣờng độ dòng điện hàn và

kích thƣớc rãnh mài mặt sau so với quy trình hàn sơ bộ. Một số thay đổi về quy trình

hàn nhƣ sau:

4.3.1.1 Chuẩn bị mẫu hàn.

Bƣớc 1: Cắt phôi mẫu. Theo bƣớc 1, mục 5.2.1.1 của quy trình hàn TC1-

TS1.

105

Bƣớc 2: Vát cạnh phôi mẫu. Theo bƣớc 2, mục 5.2.1.1 của quy trình hàn

TC1 - TS1.

Bƣớc 3: Làm sạch. Theo bƣớc 3, mục 5.2.1.1 của quy trình hàn TC1 - TS1.

4.3.1.2 Hàn đính.

Bƣớc 1: Hàn đính.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 140 A.

- Các thông số khác theo theo bƣớc 1, mục 5.2.1.2 của quy trình hàn TC1 -

TS1.

Bƣớc 2: Tạo biến dạng ngƣợc. Theo bƣớc 2, mục 5.2.1.2 của quy trình hàn

TC1 - TS1.

Bƣớc 3: Mài lõm điểm đầu và điểm cuối các mối hàn đính. Theo bƣớc 3,

mục 5.2.1.2 của quy trình hàn TC1 - TS1.

4.3.1.3 Hàn

Trình tự bố trí các lớp hàn và đƣờng hàn mẫu:TC4-TS4,TC5-TS5 vàTC6-TS6:

Hình 4.37. Trình tự bố trí lớp hàn khi hàn mẫu TC4-TS4,TC5-TS5 và TC6-TS6

Bƣớc 1: Hàn lớp chân đƣờng hàn 1)

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 140 A.

- Các thông số khác theo theo bƣớc 1, mục 5.2.1.3 của quy trình hàn TC1 -

TS1.

Bƣớc 2: Hàn lớp đắp.

Hàn đƣờng hàn thứ 2

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 145 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng thứ 2 bƣớc 2, mục 5.2.1.3 của quy

trình hàn TC1 - TS1.

Hàn đƣờng hàn thứ 3

106

- Cƣờng độ dòng điện hàn:Ih = 150 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng thứ 3 bƣớc 2, mục 5.2.1.3 của quy

trình hàn TC1 - TS1.

Hàn đƣờng hàn thứ 4

- Cƣờng độ dòng điện hàn:Ih = 145 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng thứ 4 bƣớc 2, mục 5.2.1.3 của quy

trình hàn TC1-TS1.

Hàn đƣờng hàn thứ 5:

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 150 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng thứ 5 bƣớc 2, mục 5.2.1.3 của quy

trình hàn TC1 - TS1.

Bƣớc 3: Hàn lớp phủ mặt trƣớc. Hàn đƣờng hàn thứ 6.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 150 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng thứ 6 bƣớc 2, mục 5.2.1.3 của quy

trình hàn TC1 - TS1.

Hàn đƣờng hàn thứ 7.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 150 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng thứ 7 bƣớc 2, mục 5.2.1.3 của quy

trình hàn TC1 - TS1.

Bƣớc 4: Mài rãnh mặt sau của mối hàn.

So với kích thƣớc rãnh mài của mẫu hàn TC1 - TS1 thì rãnh mài mặt sau của

mẫu TC4 - TS4, TC5 - TS5 và TC6 - TS6 rộng và sâu hơn. Kích thƣớc nhƣ hình

5.37.

Hình 4.38. Kích thƣớc rãnh mài mẫu hàn: TC4 - TS4, TC5 - TS5 và TC6 - TS6

Bƣớc 5: Hàn lớp đắp mặt sau.

107

Hàn đƣờng hàn thứ 8.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 150A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng thứ 8 bƣớc 5, mục 5.2.1.3 của quy

trình hàn TC1 - TS1.

Hình 4.39. Hàn đƣờng hàn thứ 8 mẫu hàn TC4 - TS4, TC5 - TS5 và TC6 - TS6

Bƣớc 6: Hàn lớp phủ mặt sau.

Hàn đƣờng hàn thứ 9.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 150 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng thứ 8 bƣớc 5, mục 5.2.1.3 của quy

trình hàn TC1-TS1.

Hình 5.40. Hàn đƣờng hàn thứ 9

Bảng 4.7: Bảng tổng hợp các thông số trung bình của chế độ hàn mẫu TC4 - TS4,

TC5 - TS5 và TC6 - TS6

Dây hàn phụ Dòng điện

Điện áp Tốc độ hàn Ampe Đƣờng hàn Đƣờng kính Ký hiệu Phƣơng pháp hàn Năng lƣợng đƣờng (Vôn) (mm/phút) Cực tính (A) (mm) (KJ/mm)

108

1 TIG ER309L 2,4 DCEN 140 15,6 154 0,85

2 TIG ER309L 2,4 DCEN 145 15,8 160 0,86

3 TIG ER309L 2,4 DCEN 150 16 156 0,92

4 TIG ER309L 2,4 DCEN 145 15,8 122 1,12

5 TIG ER309L 2,4 DCEN 150 16 127 1,13

6 TIG ER309L 2,4 DCEN 150 115 1,25 16

7 TIG ER309L 2,4 DCEN 150 135 1,06 16

8 TIG ER309L 2,4 DCEN 150 152 0,94 16

9 TIG ER309L 2,4 DCEN 150 126 1,14 16

4.3.2 Kiểm tra.

- Kiểm tra ngoại dạng: Không phát hiện khuyết tật.

- Kiểm tra chụp X-quang: Không phát hiện khuyết tật

Hình ảnh mẫu hàn đƣợc chụp trên phim X quang nhƣ sau:

 Mẫu hàn TC4-TS4

Hình 4.41. Hình ảnh mẫu hàn TC4-TS4 trên phim X-quang

 Mẫu hàn TC5-TS5

109

Hình 4.42. Hình ảnh mẫu hàn TC5-TS5 trên phim X-quang

 Mẫu hàn TC6-TS6

Hình 4.43. Hình ảnh mẫu hàn TC6-TS6 trên phim X-quang

- Kiểm tra siêu âm: Không phát hiện khuyết tật

Báo cáo kiểm tra siêu âm mẫu hàn nhƣ sau:

+ Mẫu hàn TC4-TS4

Hình 4.44. Báo cáo kiểm tra siêu âm mẫu hàn TC4 - TS4 .

 Mẫu hàn TC5-TS5

110

Hình 4.45. Báo cáo kiểm tra siêu âm mẫu hàn TC5 - TS5 .

 Mẫu hàn TC6-TS6

Hình 4.46. Báo cáo kiểm tra siêu âm mẫu hàn TC6 - TS6

- Kiểm tra độ bền kéo, uốn: Không phát hiện khuyết tật, chỉ phả hủy vật liệu

chứ không phá huy mối hàn

111

- Báo cáo kiểm tra độ bền kéo, độ bền uốn mẫu hàn nhƣ sau:

Hình 4.47. Báo cáo kiểm tra kéo, uốn mẫu hàn TC4 - TS4 ,TC5 - TS5 và TC6 - TS6

Hình 4.48. Biểu đồ kiểm tra kéo, uốn mẫu hàn TC4- TS4 ,TC5 - TS5 và TC6 - TS6

112

Từ kết quả kiểm tra bằng chụp X quang của ba mẫu hàn:TC4-TS4, TC5-TS5

,TC6-TS6 đều không phát hiện khuyết tật. Vì vậy quy trình chế tạo mẫu hàn TC4-

TS4, TC5-TS5, TC6-TS6 là phù hợp để ứng dụng cho hàn hai vật liệu là thép cacbon

A516 Grade 65 và thép không gỉ austenit SA240M SS316L..

4.4 .THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU HÀN ỨNG VỚI ĐƢỜNG KÍNH

QUE HÀN BÙ Φ3.2 mm

Với quy trình hàn này tác giả cũng thực nghiệm trên hai mẫu có ký hiệu TC7

- TS7, TC8 - TS8 và TC9 - TS9, với các thay đổi về cƣờng độ dòng điện hàn và kích

thƣớc rãnh mài mặt sau so với quy trình hàn sơ bộ. Một số thay đổi về quy trình hàn

nhƣ sau:

4.4.1 Chuẩn bị mẫu hàn.

Bƣớc 1: Cắt phôi mẫu. Theo bƣớc 1, mục 5.2.1.1 của quy trình hàn TC1-

TS1.

Bƣớc 2: Vát cạnh phôi mẫu. Theo bƣớc 2, mục 5.2.1.1 của quy trình hàn

TC1 - TS1.

Bƣớc 3: Làm sạch. Theo bƣớc 3, mục 5.2.1.1 của quy trình hàn TC1 - TS1.

4.4.1.1 Hàn đính.

Bƣớc 1: Hàn đính.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 145 A.

- Các thông số khác theo theo bƣớc 1, mục 5.2.1.2 của quy trình hàn

TC1 - TS1.

Bƣớc 2: Tạo biến dạng ngƣợc. Theo bƣớc 2, mục 5.2.1.2 của quy

trình hàn TC1 - TS1.

Bƣớc 3: Mài lõm điểm đầu và điểm cuối các mối hàn đính. Theo

bƣớc 3, mục 5.2.1.2 của quy trình hàn TC1 - TS1.

4.4.1.2 Hàn

Trình tự bố trí các lớp hàn và đƣờng hàn mẫu TC7-TS7, TC8-TS8 và

TC9-TS9:

113

Hình 4.49. Trình tự bố trí lớp hàn khi hàn mẫu TC7-TS7, TC8-TS8 và TC9-TS9

Bƣớc 1: Hàn lớp chân đƣờng hàn 1)

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 140 A.

- Các thông số khác theo theo bƣớc 1, mục 5.2.1.3 của quy trình hàn TC1 -

TS1.

Bƣớc 2: Hàn lớp đắp.

Hàn đƣờng hàn 2

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 175 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 2 bƣớc 2, mục 5.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Hàn đƣờng hàn 3

- Cƣờng độ dòng điện hàn:Ih = 200 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 3 bƣớc 2, mục 5.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Hàn đƣờng hàn 4

- Cƣờng độ dòng điện hàn:Ih = 215 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 4 bƣớc 2, mục 5.2.1.3 của quy trình

hàn TC1-TS1.

Hàn đƣờng hàn 5:

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 225 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 5 bƣớc 2, mục 5.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Bƣớc 3: Hàn lớp phủ mặt trƣớc. Hàn đƣờng hàn 6.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 175 A.

114

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 6 bƣớc 2, mục 5.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Hàn đƣờng hàn 7.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 175 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 7 bƣớc 2, mục 5.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Bƣớc 4: Mài rãnh mặt sau của mối hàn.

So với kích thƣớc rãnh mài của mẫu hàn TC1 - TS1 thì rãnh mài mặt sau của

mẫu TC7 - TS7, TC8 - TS8 và TC9 - TS9 rộng và sâu hơn. Kích thƣớc nhƣ hình

5.37.

Hình 4.50. Kích thƣớc rãnh mài mẫu hàn: TC7 - TS7, TC8 - TS8 và TC9 - TS9

Bƣớc 5: Hàn lớp đắp mặt sau.

Hàn đƣờng hàn 8.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 225A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 8 bƣớc 5, mục 5.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Hình 4.51. Hàn đƣờng hàn thứ 8 mẫu hàn TC7 - TS7, TC8 - TS8 và TC9 - TS9

Bƣớc 6: Hàn lớp phủ mặt sau.

Hàn đƣờng hàn 9.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 175 A.

115

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng thứ 8 bƣớc 5, mục 5.2.1.3 của quy

trình hàn TC1-TS1.

Hình 4.52. Hàn đƣờng hàn thứ 9

Bảng 4.8: Bảng tổng hợp các thông số trung bình của chế độ hàn mẫu TC7 - TS7,

TC8 - TS8 và TC9 - TS9

Dây hàn phụ Dòng điện

Điện áp Tốc độ hàn Năng lƣợng đƣờng Đƣờng hàn Phƣơng pháp hàn Đƣờn g kính Am pe Ký hiệu (Vôn) (mm/phút) Cực tính (KJ/mm) (mm) (A)

TIG ER309L 3,2 DCEN 140 15,6 154 0,85 1

TIG ER309L 3,2 DCEN 175 17 172 1,03 2

TIG ER309L 3,2 DCEN 200 18 171 1,26 3

TIG ER309L 3,2 DCEN 215 18,6 169 1,41 4

TIG ER309L 3,2 DCEN 225 18,8 165 1,53 5

TIG ER309L 3,2 DCEN 175 17 172 1,03 6

TIG ER309L 3,2 DCEN 175 17 167 1,06 7

TIG ER309L 3,2 DCEN 225 18,8 170 1,49 8

TIG ER309L 3,2 DCEN 175 17 161 1,10 9

4.4.2 Kiểm tra

116

- Kiểm tra ngoại dạng: Sản phẩm bị biến dạng công vênh do bị ảnh hƣởng

nhiệt, cho nên các thông số hàn của chế độ này không đạt yêu cầu kỹ thuật

Hình 4.53. Sản phẩm bị biến dạng cong vênh do bị ảnh hƣởng mẫu hàn TC7 - TS7,

TC8 - TS8 và TC9 - TS9

 Nhận xét:

Từ các thí nghiệm trên tác giả thấy quy trình hàn hai loại thép các bon thấp và

thép không gỉ với chiều dày tấm là 10mm các thông số hàn ứng với  2.4 mm đạt

kết qua cao nhất. Các thí nghiệm xác định các thông số hàn sau này sẽ đƣợc thực

hiện cho que hàn bù 2.4mm,ứng với chiều dày tấm là 10mm.

4.4.3 QUY TRÌNH XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HÀN ĐẠT NĂNG SUẤT

CAO NHẤT.

4.4.4 Xác định cƣờng độ dòng điện

Đối với que hàn bù 2,4mm tác giả tra tài liệu công nghệ hàn điện nóng chảy

[1] Xác định đƣợc cƣờng độ dòng điện I=140÷230( A)

Xác định đƣợc chế độ hàn tác giả chọn 3 chế độ hàn với 3 cƣờng độ dòng

điện tƣơng ứng : I= 160 (A), I= 180 (A), I= 200 (A)

4.4.5 QUY TRÌNH HÀN VỚI CƢỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN HÀN I= 160 (A)

Với quy trình hàn này tác giả cũng thực nghiệm trên hai mẫu có ký hiệu TC10 -

TS10, TC11 - TS11 và TC12 - TS12, với các thay đổi về cƣờng độ dòng điện hàn và

kích thƣớc rãnh mài mặt sau so với quy trình hàn sơ bộ. Một số thay đổi về quy trình

hàn nhƣ sau:

117

4.4.5.1 Chuẩn bị mẫu hàn.

Bƣớc 1: Cắt phôi mẫu. Theo bƣớc 1, mục 5.2.1.1 của quy trình hàn TC1-TS1.

Bƣớc 2: Vát cạnh phôi mẫu. Theo bƣớc 2, mục 5.2.1.1 của quy trình hàn

TC1 - TS1.

Bƣớc 3: Làm sạch. Theo bƣớc 3, mục 5.2.1.1 của quy trình hàn TC1 - TS1.

4.4.5.2 Hàn đính.

Bƣớc 1: Hàn đính.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 145 A.

- Các thông số khác theo theo bƣớc 1, mục 5.2.1.2 của quy trình hàn TC1 -

TS1.

Bƣớc 2: Tạo biến dạng ngƣợc. Theo bƣớc 2, mục 5.2.1.2 của quy trình hàn

TC1 - TS1.

Bƣớc 3: Mài lõm điểm đầu và điểm cuối các mối hàn đính. Theo bƣớc 3,

mục 4.2.1.2 của quy trình hàn TC1 - TS1

4.4.5.3 Hàn

Trình tự bố trí các lớp hàn và đƣờng hàn mẫu TC10 - TS10, TC11 - TS11 và

TC12 - TS12:

Hình 4.54. Trình tự bố trí lớp hàn khi hàn mẫu TC10 - TS10, TC11 - TS11 và TC12

- TS12

Bƣớc 1: Hàn lớp chân đƣờng hàn 1)

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 140 A.

- Các thông số khác theo theo bƣớc 1, mục 4.2.1.3 của quy trình hàn TC1 -

TS1.

Bƣớc 2: Hàn lớp đắp đƣờng hàn 2)

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 155 A.

118

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 2 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Hàn đƣờng hàn 3

- Cƣờng độ dòng điện hàn:Ih = 160 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 3 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Hàn đƣờng hàn 4

- Cƣờng độ dòng điện hàn:Ih = 155 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 4 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1-TS1.

Hàn đƣờng hàn 5:

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 160 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 5 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Bƣớc 3: Hàn lớp phủ mặt trƣớc. Hàn đƣờng hàn 6.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 155 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 6 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Hàn đƣờng hàn 7.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 160 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 7 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Bƣớc 4: Mài rãnh mặt sau của mối hàn.

So với kích thƣớc rãnh mài của mẫu hàn TC1 - TS1 thì rãnh mài mặt sau của

mẫu TC10 - TS10, TC11 - TS11 và TC12 - TS12 rộng và sâu hơn. Kích thƣớc nhƣ

hình 4.37.

119

Hình 4.55. Kích thƣớc rãnh mài mẫu hàn TC10 - TS10, TC11 - TS11 và TC12 -

TS12

Bƣớc 5: Hàn lớp đắp mặt sau.

Hàn đƣờng hàn 8.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 160A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 8 bƣớc 5, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Hình 4.56. Hàn đƣờng hàn 8 mẫu hàn TC10 - TS10, TC11 - TS11 và TC12 - TS12

Bƣớc 6: Hàn lớp phủ mặt sau.

Hàn đƣờng hàn 9.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 150 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 8 bƣớc 5, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1-TS1.

Hình 4.57. Hàn đƣờng hàn 9

Bảng 4.9: Bảng tổng hợp các thông số trung bình của chế độ hàn mẫu TC10 - TS10,

TC11 - TS11 và TC12 - TS12

120

Dây hàn phụ Dòng điện

Điện áp Tốc độ hàn Ampe Năng lƣợng đƣờng Đƣờng hàn Đƣờng kính Ký hiệu Phƣơng pháp hàn (Vôn) (mm/phút) Cực tính (A) (KJ/mm) (mm)

1 TIG ER309L 2,4 DCEN 140 15,6 154 0,85

2 TIG ER309L 2,4 DCEN 155 16,2 163 0,88

3 TIG ER309L 2,4 DCEN 160 16,4 158 0,99

4 TIG ER309L 2,4 DCEN 155 16,2 142 1,06

5 TIG ER309L 2,4 DCEN 160 16,4 147 1,07

6 TIG ER309L 2,4 DCEN 155 16,2 139 1,08

7 TIG ER309L 2,4 DCEN 160 16.4 146 1,07

8 TIG ER309L 2,4 DCEN 160 16,4 154 1,02

9 TIG ER309L 2,4 DCEN 150 16 134 1,07

4.4.5.4 Kiểm tra.

a. Kiểm tra ngoại dạng: Không phát hiện khuyết tật.

b. Kiểm tra chụp X-quang: Không phát hiện khuyết tật

Hình ảnh mẫu hàn đƣợc chụp trên phim X quang nhƣ sau:

 Mẫu hàn TC10-TS10

Hình 4.58. Hình ảnh mẫu hàn TC10-TS10 trên phim X-quang

121

 Mẫu hàn TC11-TS11

Hình 4.59. Hình ảnh mẫu hàn TC11-TS11 trên phim X-quang

 Mẫu hàn TC122-TS12

Hình 4.60. Hình ảnh mẫu hàn TC12-TS12 trên phim X-quang

c.Kiểm tra siêu âm: Không phát hiện khuyết tật

Báo cáo kiểm tra siêu âm mẫu hàn nhƣ sau:

 Mẫu hàn TC10-TS10

Hình 4.61. Báo cáo kiểm tra siêu âm mẫu hàn TC10-TS10

 Mẫu hàn TC11-TS11

122

Hình 4.62. Báo cáo kiểm tra siêu âm mẫu hàn TC11-TS11

 Mẫu hàn TC12-TS12

c . Kiểm tra độ bền kéo, uốn: Không phát hiện khuyết tật, chỉ phả hủy vật liệu

Hình 4.63. Báo cáo kiểm tra siêu âm mẫu hàn TC12-TS12

chứ không phá huy mối hàn

- Trong 3 mẫu hàn TC10 - TS10, TC11 - TS11 và TC12 - TS12 tác giả lấy

1 mẫu kéo và 1 mẫu uốn trong 3 loại mẫu hàn trên .

 Mẫu hàn TC10 - TS10, TC11 - TS11 và TC12 - TS12

b.Mẫu uốn

123

a. Mẫu kéo

Hình 4.64. Mẫu kéo và uốn TC10 - TS10, TC11 - TS11 và TC12 - TS12

Báo cáo kiểm tra độ bền kéo uốn mẫu hàn nhƣ sau:

Hình 4.65. Báo cáo kiểm tra kéo, uốn mẫu hàn TC10 - TS10, TC11 - TS11 và TC12

- TS12

124

Hình 4.66. Biểu đồ kiểm tra kéo, uốn mẫu hàn TC10 - TS10, TC11 - TS11 và TC12

- TS12

Bảng 4.10. Bảng lực kéo lớn trung bình mẫu hàn TC10 - TS10, TC11 - TS11 và

TC12 - TS12

Mẫu 1 3 Trung bình 2

Lực kéo lớn 136,20 139,12 104,22 126,51 nhất Fm (kN)

- Từ kết quả kiểm tra bằng chụp X quang, siêu âm ,kéo và uốn của ba mẫu TC10-

TS10, TC11-TS11 và TC12-TS12 có cƣờng độ dòng điện I= 160A đều không phát

hiện khuyết tật. Vì vậy quy trình chế tạo mẫu hàn TC10-TS10, TC11-TS11 và

125

TC12-TS12 là phù hợp để ứng dụng cho hàn hai vật liệu là thép cacbon A516 Grade

65 - thép không gỉ austenit SA240M SS316L.

4.4.6 THỰC NGHIỆM QUY TRÌNH CHẾ TẠO MẪU HÀN I= 180(A)

Với quy trình hàn này tác giả cũng thực nghiệm trên ba mẫu có ký hiệu

TC13-TS13, TC14-TS14 và TC15-TS15, với các thay đổi về cƣờng độ dòng điện

hàn và kích thƣớc rãnh mài mặt sau so với quy trình hàn sơ bộ. Một số thay đổi về

quy trình hàn nhƣ sau:

4.4.6.1.Chuẩn bị mẫu hàn.

Bƣớc 1: Cắt phôi mẫu. Theo bƣớc 1, mục 4.2.1.1 của quy trình hàn TC1-

TS1.

Bƣớc 2: Vát cạnh phôi mẫu. Theo bƣớc 2, mục 4.2.1.1 của quy trình hàn

TC1 - TS1.

Bƣớc 3: Làm sạch. Theo bƣớc 3, mục 4.2.1.1 của quy trình hàn TC1 - TS1.

4.4.6.2.Hàn đính.

Bƣớc 1: Hàn đính.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 145 A.

- Các thông số khác theo theo bƣớc 1, mục 4.2.1.2 của quy trình hàn TC1 -

TS1.

Bƣớc 2: Tạo biến dạng ngƣợc. Theo bƣớc 2, mục 4.2.1.2 của quy trình hàn

TC1 - TS1.

Bƣớc 3: Mài lõm điểm đầu và điểm cuối các mối hàn đính. Theo bƣớc 3,

mục 4.2.1.2 của quy trình hàn TC1 - TS1.

4.4.6.3.Hàn

Trình tự bố trí các lớp hàn và đƣờng hàn mẫu TC13-TS13, TC14-TS14 và

TC15-TS15:

126

Hình 4.67. Trình tự bố trí lớp hàn khi hàn mẫu TC9 - TS9

Bƣớc 1: Hàn lớp chân đƣờng hàn 1)

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 140 A.

- Các thông số khác theo theo bƣớc 1, mục 4.2.1.3 của quy trình hàn TC1 -

TS1.

Bƣớc 2: Hàn lớp đắp.

Hàn đƣờng hàn 2

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 165 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 2 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Hàn đƣờng hàn 3

- Cƣờng độ dòng điện hàn:Ih = 175 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 3 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Hàn đƣờng hàn 4

- Cƣờng độ dòng điện hàn:Ih = 180A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 4 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1-TS1.

Hàn đƣờng hàn 5:

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 180 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 5 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Bƣớc 3: Hàn lớp phủ mặt trƣớc. Hàn đƣờng hàn 6.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 160 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 6 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Hàn đƣờng hàn 7.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 160 A.

127

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 7 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Bƣớc 4: Mài rãnh mặt sau của mối hàn.

So với kích thƣớc rãnh mài của mẫu hàn TC1 - TS1 thì rãnh mài mặt sau của

mẫu TC9 - TS9và TC10 - TS10 rộng và sâu hơn. Kích thƣớc nhƣ hình 4.37.

Hình 4.68. Kích thƣớc rãnh mài mẫu hàn TC13-TS13, TC14-TS14 và TC15-TS15

Bƣớc 5: Hàn lớp đắp mặt sau.

Hàn đƣờng hàn 8.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 180A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 8 bƣớc 5, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Hình 4.69. Hàn đƣờng hàn 8 mẫu hàn TC13-TS13, TC14-TS14 và TC15-TS15

Bƣớc 6: Hàn lớp phủ mặt sau.

Hàn đƣờng hàn 9.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 155 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 8 bƣớc 5, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1-TS1.

128

Hình 4.70. Hàn đƣờng hàn 9

Bảng 4.11: Bảng tổng hợp các thông số trung bình của chế độ hàn mẫu TC13-TS13,

TC14-TS14 và TC15-TS15

Dây hàn phụ Dòng điện

Điện áp Tốc độ hàn Năng lƣợng đƣờng Đƣờng hàn Đƣờng kính Amp e Ký hiệu Phƣơng pháp hàn (Vôn) (mm/phút) Cực tính (KJ/mm) (mm) (A)

1 TIG ER309L 2,4 DCEN 140 15,6 154 0,85

2 TIG ER309L 2,4 DCEN 165 16,2 168 0,95

3 TIG ER309L 2,4 DCEN 175 16,6 165 1,05

4 TIG ER309L 2,4 DCEN 180 16,8 158 1,14

5 TIG ER309L 2,4 DCEN 180 16,8 161 1,12

6 TIG ER309L 2,4 DCEN 160 16 155 1,03

7 TIG ER309L 2,4 DCEN 160 16 159 0,96

8 TIG ER309L 2,4 DCEN 180 16,8 164 1,10

9 TIG ER309L 2,4 DCEN 155 16 156 0,98

4.4.6.4.Kiểm tra.

- Kiểm tra ngoại dạng: Không phát hiện khuyết tật.

- Kiểm tra chụp X-quang: Không phát hiện khuyết tật

Hình ảnh mẫu hàn đƣợc chụp trên phim X quang nhƣ sau:

 Mẫu hàn TC13-TS13

129

Hình 4.71. Hình ảnh mẫu hàn TC13-TS13 trên phim X-quang

 Mẫu hàn TC14-TS14

Hình 4.72. Hình ảnh mẫu hàn TC14-TS14 trên phim X-quang

 Mẫu hàn TC15-TS15

Hình 4.73. Hình ảnh mẫu hàn TC15-TS15 trên phim X-quang

- Kiểm tra siêu âm: Không phát hiện khuyết tật

Báo cáo kiểm tra siêu âm mẫu hàn nhƣ sau:

 Mẫu hàn TC13-TS13

130

Hình 4.74. Báo cáo kiểm tra siêu âm mẫu hàn TC13 - TS13

 Mẫu hàn TC14-TS14

Hình 4.75. Báo cáo kiểm tra siêu âm mẫu hàn TC14 - TS14

 Mẫu hàn TC15-TS15

Hình 4.76. Báo cáo kiểm tra siêu âm mẫu hàn TC15 - TS15

- Kiểm tra độ bền kéo, uốn: Không phát hiện khuyết tật, chỉ phả hủy vật liệu

chứ không phá huy mối hàn

+ Mẫu hàn TC13 - TS13, TC14 - TS14 và TC15 - TS15

- Trong 3 mẫu hàn TC13 - TS13, TC14 - TS14 và TC14 - TS15 tác giả lấy từ

mỗi mẫu hàn 1 mẫu kéo và 1 mẫu uốn .

b.Mẫu kéo

a. Mẫu uốn

131

Hình 4.77 Mẫu kéo và uốn mẫu hàn TC3 - TS3 ,TC14 - TS14 và TC14 - TS14

Báo cáo kiểm tra độ bền kéo uốn mẫu hàn nhƣ sau:

Hình 4.78. Báo cáo kiểm tra kéo, uốn mẫu hàn TC3 - TS3 ,TC14 - TS14 và TC15 -

TS15

132

Hình 4.79. Biểu đồ kiểm tra kéo, uốn mẫu hàn TC13 - TS13 ,TC14 - TS14 và TC15

- TS15

Bảng 4.12. Bảng lực kéo lớn trung bình mẫu hàn TC13 - TS13 ,TC14 - TS14 và

TC15 - TS15

Mẫu 1 2 3 Trung bình

Lực kéo lớn 138,11 137,41 137,44 137,65

nhất Fm (kN)

133

- Từ kết quả kiểm tra bằng chụp X quang, siêu âm, kéo và uốn của hai mẫu TC13-

TS13, TC14-TS14 và TC15-TS15 đều không phát hiện khuyết tật. Vì vậy quy trình

chế tạo mẫu hàn TC13-TS13, TC14-TS14và TC15-TS15 là phù hợp để ứng dụng

cho hàn hai vật liệu là thép cacbon A516 Grade 65 - thép không gỉ austenit SA240M

SS316L.

4.4.7 THỰC NGHIỆM QUY TRÌNH CHẾ TẠO MẪU HÀN I= 200(A)

Với quy trình hàn này tác giả cũng thực nghiệm trên hai mẫu có ký hiệu

TC16-TS16, TC17-TS17 và TC18-TS18, với các thay đổi về cƣờng độ dòng điện

hàn và kích thƣớc rãnh mài mặt sau so với quy trình hàn sơ bộ. Một số thay đổi về

quy trình hàn nhƣ sau:

4.4.7.1 Chuẩn bị mẫu hàn.

Bƣớc 1: Cắt phôi mẫu. Theo bƣớc 1, mục 4.2.1.1 của quy trình hàn TC1-

TS1.

Bƣớc 2: Vát cạnh phôi mẫu. Theo bƣớc 2, mục 4.2.1.1 của quy trình hàn

TC1 - TS1.

Bƣớc 3: Làm sạch. Theo bƣớc 3, mục 4.2.1.1 của quy trình hàn TC1 - TS1.

4.4.7.2 Hàn đính.

Bƣớc 1: Hàn đính.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 140 A.

- Các thông số khác theo theo bƣớc 1, mục 4.2.1.2 của quy trình hàn TC1 -

TS1.

Bƣớc 2: Tạo biến dạng ngƣợc. Theo bƣớc 2, mục 4.2.1.2 của quy trình hàn

TC1 - TS1.

Bƣớc 3: Mài lõm điểm đầu và điểm cuối các mối hàn đính. Theo bƣớc 3,

mục 4.2.1.2 của quy trình hàn TC1 - TS1.

4.4.7.3 Hàn

Trình tự bố trí các lớp hàn và đƣờng hàn mẫu: TC16-TS16, TC17-TS17và

TC18-TS18:

134

Hình 4.80. Trình tự bố trí lớp hàn khi hàn mẫu TC16-TS16, TC17-TS17và TC18-

TS18:

Bƣớc 1: Hàn lớp chân đƣờng hàn 1)

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 140 A.

- Các thông số khác theo theo bƣớc 1, mục 4.2.1.3 của quy trình hàn TC1 -

TS1.

Bƣớc 2: Hàn lớp đắp.

Hàn đƣờng hàn 2

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 170 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 2 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Hàn đƣờng hàn 3

- Cƣờng độ dòng điện hàn:Ih = 180 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 3 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Hàn đƣờng hàn 4

- Cƣờng độ dòng điện hàn:Ih = 190A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 4 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1-TS1.

Hàn đƣờng hàn 5:

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 200 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 5 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Bƣớc 3: Hàn lớp phủ mặt trƣớc. Hàn đƣờng hàn 6.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 175 A.

135

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 6 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Hàn đƣờng hàn 7.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 175 A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 7 bƣớc 2, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Bƣớc 4: Mài rãnh mặt sau của mối hàn.

So với kích thƣớc rãnh mài của mẫu hàn TC1 - TS1 thì rãnh mài mặt sau của

mẫu TC11 - TS11 và TC12 - TS12 rộng và sâu hơn. Kích thƣớc nhƣ hình 4.37.

Hình 4.81. Kích thƣớc rãnh mài mẫu hàn TC11 - TS11

Bƣớc 5: Hàn lớp đắp mặt sau.

Hàn đƣờng hàn 8.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 200A.

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 8 bƣớc 5, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1 - TS1.

Hình 4.82. Hàn đƣờng hàn 8 mẫu hàn TC16-TS16, TC17-TS17và TC18-TS18:

Bƣớc 6: Hàn lớp phủ mặt sau.

Hàn đƣờng hàn 9.

- Cƣờng độ dòng điện hàn: Ih = 155 A.

136

- Các thông số khác theo theo hàn đƣờng 8 bƣớc 5, mục 4.2.1.3 của quy trình

hàn TC1-TS1.

Hình 4.83. Hàn đƣờng hàn 9

Bảng 4.13: Bảng tổng hợp các thông số trung bình của chế độ hàn mẫu :

TC16-TS16, TC17-TS17và TC18-TS18:

Dây hàn phụ Dòng điện

Điện áp Tốc độ hàn Ampe Năng lƣợng đƣờng Đƣờng hàn Đƣờng kính Ký hiệu Phƣơng pháp hàn (Vôn) (mm/phút) Cực tính (A) (KJ/mm) (mm)

1 TIG ER309L 2,4 DCEN 140 15,6 154 0,85

2 TIG ER309L 2,4 DCEN 170 16,8 171 1,00

3 TIG ER309L 2,4 DCEN 180 17,2 165 1,12

4 TIG ER309L 2,4 DCEN 190 17,6 163 1,23

5 TIG ER309L 2,4 DCEN 200 18,0 166 1,30

6 TIG ER309L 2,4 DCEN 175 17,0 153 1,16

7 TIG ER309L 2,4 DCEN 175 17,0 162 1,10

8 TIG ER309L 2,4 DCEN 200 18,0 172 1,25

9 TIG ER309L 2,4 DCEN 160 16,4 151 1,04

4.4.7.4 Kiểm tra.

Kiểm tra ngoại dạng: Không phát hiện khuyết tật nhƣng mẫu hàn TC16-

TS16, TC17-TS17và TC18-TS18 có hiện tƣợng biến dạng cong vênh do hiện tƣợng

quá nhiệt.

137

Từ kết quả kiểm tra ngoại dạng của hai mẫu TC16-TS16, TC17-TS17và

TC18-TS18 đều có hiện tƣợng biến dạng cong vênh. Vì vậy quy trình chế tạo mẫu

hàn TC11-TS11, TC12-TS12 là không phù hợp để ứng dụng cho hàn hai vật liệu là

thép cacbon A516 Grade 65 - thép không gỉ austenit SA240M SS316L.

Hình 4.84. Mẫu hàn TC16-TS16, TC17-TS17và TC18-TS18

bị biến dạng do ảnh hƣởng nhiệt

Nhận xét:

- Qua ba chế độ hàn ở cƣờng độ dòng điện hàn I= 160( A), I= 180(A), I=200(A),

tác giả thấy:

+ Sản phẩm hàn ở cƣờng độ dòng điện I=200(A) bị cong vênh do nhiệt. Vì vậy ở

chế độ hàn này không đạt yêu cầu

+ Sản phẩm hàn ở cƣờng độ dòng điện I= 160( A), I= 180(A) đạt chất lƣợng tốt

thông qua các phƣơng pháp kiểm tra DT và NDT nhƣ : siêu âm, chụp x-quang...đặc

biệt trong phƣơng pháp DT kéo và uốn cho thấy chất lƣợng mối hàn rất tốt. Mẫu hàn

chỉ phá hủy vật liệu bên trong chứ mối hàn không bị ảnh hƣởng. Tuy nhiên năng suất

hàn của 2 chế độ hàn trên có thay đổi sẽ thay đổi ứng với cƣờng độ dòng điện và vận

tốc hàn khác nhau

Bảng 4.14: Các thông số trung bình của hai chế độ hàn I=160A và I= 180 A

Điện áp hàn Tốc độ hàn Năng lƣợng đƣờng (V) (mm/phút) Cƣờng độ dòng điện Ampe ( I) (KJ/mm)

16,17 148,5 1,01 160

16,3 160 1,02 180

138

- Qua bảng thông số của hai chế độ hàn ở cƣờng độ dòng điện I= 160 A và I=

180 A, tác giả thấy tốc độ hàn ở dòng điện I= 180 A tăng hơn so với dòng điện I=

160 A,cụ thể 160 mm/phút so với 148,5 mm/phút trong khi điện áp hàn ở hai dòng

điện tăng không đáng kể, năng lƣợng đƣờng đƣờng dƣờng nhƣ không tăng. Qua

phân tích trên, tác giả chọn chế độ qui trình hàn với dòng điện I= 180 A là qui trình

năng suất hàn đạt năng suất cao nhất. Đây là qui trình áp dụng cải tiến năng suất hàn

cho 2 loại thép cacbon A516 Gr65 với thép không rỉ austenit A240 316L có chiều

dày 10mm bằng phƣơng pháp hàn TIG.

139

Chƣơng 5

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ

5.1 KẾT LUẬN

Qua quá trình nghiên cứu luận văn đã hoàn thành đƣợc các mục tiêu:

1. Nghiên cứu công nghệ hàn hai vật liệu thép cacbon A516 Gr65 với thép

không rỉ austenit A240 316L bằng phƣơng pháp hàn TIG. Từ nhƣng nghiên cứu về

ứng xử của thép cacbon và thép không rỉ khi hàn TIG và tính hàn của hai vật liệu

này tác giả đã đề xuất một số biện pháp quan trọng để thực hiện quá trình hàn.

2. Đƣa ra các thông số hàn để thực hiện thành công quá trình hàn hai vật liệu

thép cacbon – thép không rỉ. Cụ thể tác giả đã tìm ra đƣợc các thông số chế độ hàn

nhƣ: cƣờng độ dòng điện hàn, điện áp hàn, vận tốc hàn hợp lý để khống chế nhiệt độ

giữa các đƣờng hàn và năng lƣợng đƣờng không vƣợt quá giới hạn cho phép.

3. Chọn đƣợc vật liệu đắp (dây hàn phụ) phù hợp cho hàn hai vật liệu thép

cacbon thấp A516 Gr65 và thép không rỉ austenit A240 316L.

4. Kiểm tra đánh giá mẫu hàn bằng phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ , siêu

âm tổ hợp pha, thử cơ tính băng phƣơng pháp kéo và uốn mối hàn .

Các kết quả mới và thực tế

1. Từ qui trình công nghệ đã đề xuất đã chế tạo thành công các mẫu hàn

không có khuyết tật .

2. Đề tài đã cải tiến thành công các thông số hàn tối ƣu để đạt đƣợc năng

suất hàn cao nhất trên hai vật liệu khác nhau.

3. Các thông số của quy trình hàn phù hợp trong thực tế.

4. Chi phí chế tạo mẫu thấp, công nghệ chế tạo mẫu phù hợp với điều kiện

công nghệ tại Việt Nam.

140

5.2 KIẾN NGHỊ

Đề tài còn bỏ ngỏ một số vấn đề chƣa triển khai nghiên cứu:

1. Các mẫu hàn sau khi chế tạo xong chỉ dừng lại đánh giá bằng kỹ thuật

kiểm tra không phá hủy và phá hủy .

2. Do số lƣợng mẫu, số lần thực nghiệm hạn chế và mẫu hàn chỉ kiểm tra

không phá hủy và phá hủy cho nên chƣa đƣa ra đƣợc các thông số chế độ hàn tối ƣu.

3. Kích thƣớc khuyết tật chỉ dừng lại ở kích thƣớc theo chiều dài, chƣa đề

cập đến kích thƣớc chiều cao, chiều rộng và dung sai của khuyết tật (hạn chế về công

nghệ và thiết bị đo kiểm)

Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo:

1. Cần đa dạng hơn trong kiểm ra, đánh giá mẫu hàn (va đập, độ cứng) từ đó

tìm ra các thông số chế độ hàn tối ƣu cho liên kết hai vật liệu này.

2. Nghiên cứu sự khác nhau về tổ chức tế vi của thép cacbon thấp và thép

không gỉ, từ đó đề xuất các biện pháp công nghệ phù hợp để kiểm tra liên kết hàn

này bằng phƣơng pháp kiểm ra siêu âm tổ hợp pha (phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ

không có sự khác biệt nhiều khi kiểm tra đối với hai vật liệu này).

3. Ứng dụng tự động hóa và cơ giới hóa vào quá trình chế tạo mẫu hàn và

mẫu hàn nhằm hạn chế sự phụ thuộc vào tay nghề ngƣời thợ.

141

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TS. Ngô Lê Thông.Công nghệ hàn điện nóng chảy. NXB Khoa Học và Kỹ

TIẾNG VIỆT

[2] PGS, TS. Hoàng Tùng, PGS, TS. Nguyễn Thúc Hà, TS. Ngô Lê Thông, KS.

Thuật, 2005.

[3] Trần Văn Niên, Trần Thế San.Thực hành kỹ thuật Hàn – Gò. NXB Đà Nẵng,

Chu Văn Khang.Sổ tay hàn. NXB Khoa học Kỹ thuật, 2007.

[4] GS, TS.Trần Văn Địch, PGS, TS. Ngô Trí Phúc.Sổ tay thép thế giới. NXB

2001.

[5] Nguyễn Văn Dán, Nguyễn Ngọc Hà, Đặng Vũ Ngoạn, Trƣơng Văn Trƣờng.

Khoa học Kỹ thuật, 2006.

[6] Nguyễn Đức Thắng (chủ biên). Đảm bảo chất lƣợng hàn. NXB Khoa Học Và

Vật liệu kỹ thuật. NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, 2002.

[7] Tổng cục Tiêu chuẩn – Đo lƣờng – Chất lƣợng. Tuyển tập các tiêu chuẩn quốc

Kỹ Thuật Hà Nội, 2009

[8] PGS, TS. Nguyễn Thúc Hà, TS.Bùi Văn Hạnh, Ths. Võ Văn Phong.Giáo trình

gia về hàn, hàn đồng và hàn vảy, 2010.

[9] Phan Văn Toản. Nghiên cứu qui trình công nghệ chế tạo các chi tiết mẫu có

công nghệ hàn. NXB Giáo Dục Việt Nam, 2009.

[10] Trần Đình Toại. Nghiên cứu công nghệ hàn liên kết nhôm – thép bằng quá

khuyết tật hàn. Luận văn thạc sĩ, 2013.

trình hàn TIG. Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí, 2013.

[11] Kobeco Welding Handbook, Kobe Steel, Ltd. Welding Company.

[12] Vikas Chauhan, Dr. R. S. Jadoun. Parametric Optimization of Migwelding for

TIẾNG NƢỚC NGOÀI

Steel (ss-304) Andlow Carbon Steel Using Taguchi

Stainless Designmethod,1stInternational Conference on Research in Science,

Engineering & Management (IOCRSEM 2014)

[13] Pawan Kumar, Dr.B.K.Roy, Nishant. Parameters Optimization for Gas Metal

142

Arc Welding of AusteniticStainless Steel (AISI 304) & Low Carbon Steel using

Taguchi’s Technique,International Journal of Engineering and Management

[14] K. Krishnaprasad, Raghu V.Prakash. Fatigue Crack Growth Behavior in

Research, Vol.-3, Issue-4, August 2013

Dissimilar Metal Weldment of Stainless Steel and Carbon Steel,World

[15] Wichan Chuaiphan, Somrerk Chandra – ambhom, Satian Nitawach, Banleng

Academy of Science, Engineering and Technology, Vol:3 2009-08-22

Sonil. Dissimilar WeldingBetween AISI 304 Stainless Steel and AISI 1020

Carbon Steel Plate,Aplied Mechanics and Materials Vols. 268-270 (2013) pp

[16] Standard codes AWS D1.1 2010, AWS D1.6 2016, AWS A3.0, AWS A5.1, AWS

283-290.

[17] Standard codes ASME IX 2010, ASME B31.8-2010

[18] International Atomic Energy Agency. Guidebook for the Fabrication of Non-

A5.15, AWS A5.18, AWS D 9.1.

Destructive Testing (NDT) Test Specimens - Training Course Series No. 13.

[19] The Avesta Welding Manual Practice and Products for Stainless Steel Welding

[20] John E. Bringas, Handbook of Comparative World Steel Standards, 3rd

IAEA, 2001

Edition. ASTM International, 2004.

[21] http://ijater.com/Files/f2f70254-bbb7-48e5-a19e-

WEBSITE

[22] http://www.kskct.cz/images/materialy/en/avesta.pdf (truy xuất tháng 10

32738b18_IOCRSEMME_43.pdf (truy xuất tháng 10 năm 2014).

[23] http://www.ssina.com/download_a_file/weldingbook.pdf (truy xuất tháng

năm 2014).

[24] http://www.steel-plate-sheets.com/steelgrade/.(truy xuất tháng 3 năm 2015).

[25] http://maymoccongnghiep.com.vn/nguyen-ly-hoat-dong-cua-may-han-tig.html

11 năm 2014).

143

[26] http://weldingdesign.com/processes/mechanical-weld-backing-methods

(truy xuất tháng 3 năm 2015).

[27] http://www.millerwelds.com/resources/articles/alloy-pipe-welding-TIG-

(truy xuất tháng 5 năm 2015).

[28] http://www.bocworldofwelding.com.au/media/pdf/welding%20consumab

les-stainless%20steel.pdf

GTAW-alloyed-/ (truy xuất tháng 5 năm 2015).

144

PHẦN PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1 Bảng Tổng Hợp Các Thông Số Của Chế Độ Hàn Mẫu TC1-TS1 ,TC2-TS2 Và

TC3-TS3

Dây hàn phụ Dòng điện

Điện áp Tốc độ hàn Ampe Đƣờng hàn Đƣờng kính Ký hiệu Phƣơng pháp hàn Năng lƣợng đƣờng (Vôn) (mm/phút) Cực tính (A) (mm) (KJ/mm)

1 TIG ER309L 1,6 DCEN 130 14,2 153 0,72

2 TIG ER309L 1,6 DCEN 130 14,2 124 0,89

3 TIG ER309L 1,6 DCEN 135 14,4 123 0,94

4 TIG ER309L 1,6 DCEN 130 14,2 161 0,68

5 TIG ER309L 1,6 DCEN 135 14,4 170 0,67

6 TIG ER309L 1,6 DCEN 135 14,4 128 0,91

7 TIG ER309L 1,6 DCEN 135 14,4 158 0,73

8 TIG ER309L 1,6 DCEN 135 14,4 125 0,93

145

PHỤ LỤC 2 Bảng tổng hợp các thông số trung bình của chế độ hàn mẫu TC4 - TS4, TC5 - TS5

và TC6 - TS6

Dây hàn phụ Dòng điện

Điện áp Tốc độ hàn Ampe Đƣờng hàn Đƣờng kính Ký hiệu Phƣơng pháp hàn Năng lƣợng đƣờng (Vôn) (mm/phút) Cực tính (A) (mm) (KJ/mm)

1 TIG ER309L 2,4 DCEN 140 15,6 154 0,85

2 TIG ER309L 2,4 DCEN 145 15,8 160 0,86

3 TIG ER309L 2,4 DCEN 150 16 156 0,92

4 TIG ER309L 2,4 DCEN 145 15,8 122 1,12

5 TIG ER309L 2,4 DCEN 150 16 127 1,13

6 TIG ER309L 2,4 DCEN 150 115 1,25 16

7 TIG ER309L 2,4 DCEN 150 135 1,06 16

8 TIG ER309L 2,4 DCEN 150 152 0,94 16

9 TIG ER309L 2,4 DCEN 150 126 1,14 16

146

PHỤ LỤC 3 Bảng tổng hợp các thông số trung bình của chế độ hàn mẫu TC7 - TS7, TC8 - TS8

và TC9 - TS9

Dây hàn phụ Dòng điện

Điện áp Tốc độ hàn Năng lƣợng đƣờng Đƣờng hàn Phƣơng pháp hàn Đƣờn g kính Am pe Ký hiệu (Vôn) (mm/phút) Cực tính (KJ/mm) (mm) (A)

TIG ER309L 3,2 DCEN 140 15,6 154 0,85 1

TIG ER309L 3,2 DCEN 175 17 172 1,03 2

TIG ER309L 3,2 DCEN 200 18 171 1,26 3

TIG ER309L 3,2 DCEN 215 18,6 169 1,41 4

TIG ER309L 3,2 DCEN 225 18,8 165 1,53 5

TIG ER309L 3,2 DCEN 175 17 172 1,03 6

TIG ER309L 3,2 DCEN 175 17 167 1,06 7

TIG ER309L 3,2 DCEN 225 18,8 170 1,49 8

TIG ER309L 3,2 DCEN 175 17 161 1,10 9

147

PHỤ LỤC 4 Bảng tổng hợp các thông số trung bình của chế độ hàn mẫu TC10 - TS10, TC11 -

TS11 và TC12 - TS12

Dây hàn phụ Dòng điện

Điện áp Tốc độ hàn Ampe Năng lƣợng đƣờng Đƣờng hàn Đƣờng kính Ký hiệu Phƣơng pháp hàn (Vôn) (mm/phút) Cực tính (A) (KJ/mm) (mm)

1 TIG ER309L 2,4 DCEN 140 15,6 154 0,85

2 TIG ER309L 2,4 DCEN 150 16 163 0,88

3 TIG ER309L 2,4 DCEN 160 16,4 158 0,99

4 TIG ER309L 2,4 DCEN 155 16,2 142 1,06

5 TIG ER309L 2,4 DCEN 160 16,4 147 1,07

6 TIG ER309L 2,4 DCEN 155 16,2 139 1,08

7 TIG ER309L 2,4 DCEN 160 16.4 146 1,07

8 TIG ER309L 2,4 DCEN 160 16,4 154 1,02

9 TIG ER309L 2,4 DCEN 150 16 134 1,07

148

PHỤ LỤC 5 Bảng 5.11: Bảng tổng hợp các thông số trung bình của chế độ hàn mẫu TC13-TS13,

TC14-TS14 và TC15-TS15

Dây hàn phụ Dòng điện

Điện áp Tốc độ hàn Năng lƣợng đƣờng Đƣờng hàn Đƣờng kính Amp e Ký hiệu Phƣơng pháp hàn (Vôn) (mm/phút) Cực tính (KJ/mm) (mm) (A)

1 TIG ER309L 2,4 DCEN 140 15,6 154 0,85

2 TIG ER309L 2,4 DCEN 165 16,2 168 0,95

3 TIG ER309L 2,4 DCEN 175 16,6 165 1,05

4 TIG ER309L 2,4 DCEN 180 16,8 158 1,14

5 TIG ER309L 2,4 DCEN 180 16,8 161 1,12

6 TIG ER309L 2,4 DCEN 165 16,2 155 1,03

7 TIG ER309L 2,4 DCEN 160 16 159 0,96

8 TIG ER309L 2,4 DCEN 180 16,8 164 1,10

9 TIG ER309L 2,4 DCEN 160 16 156 0,98

149

PHỤ LỤC 6 Bảng 5.13: Bảng tổng hợp các thông số trung bình của chế độ hàn mẫu :

TC16-TS16, TC17-TS17và TC18-TS18:

Dây hàn phụ Dòng điện

Điện áp Tốc độ hàn Ampe Năng lƣợng đƣờng Đƣờng hàn Đƣờng kính Ký hiệu Phƣơng pháp hàn (Vôn) (mm/phút) Cực tính (A) (KJ/mm) (mm)

1 TIG ER309L 2,4 DCEN 140 15,6 154 0,85

2 TIG ER309L 2,4 DCEN 170 16,8 171 1,00

3 TIG ER309L 2,4 DCEN 180 17,2 165 1,12

4 TIG ER309L 2,4 DCEN 190 17,6 163 1,23

5 TIG ER309L 2,4 DCEN 200 18,0 166 1,30

6 TIG ER309L 2,4 DCEN 175 17,0 153 1,16

7 TIG ER309L 2,4 DCEN 175 17,0 162 1,10

8 TIG ER309L 2,4 DCEN 200 18,0 172 1,25

9 TIG ER309L 2,4 DCEN 160 16,4 151 1,04

150

PHỤ LỤC 7 HÌNH ẢNH THÉP TẤM ĐỂ THÍ NGHIỆM

151

PHỤ LỤC 8 HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM HÀN

152

PHỤ LỤC 9 HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM KÉO MỐI HÀN

153

PHỤ LỤC 10 HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM UỐN MỐI HÀN

154

PHỤ LỤC 7 HÌNH ẢNH SIÊU ÂM MỐI HÀN

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến năng suất hàn khi hàn thép không gỉ với thép cacbon

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN

NĂNG SUẤT HÀN KHI HÀN THÉP KHÔNG GỈ

VỚI THÉP CACBON

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP HÀ ANH HUY

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN

NĂNG SUẤT HÀN KHI HÀN THÉP KHÔNG GỈ

VỚI THÉP CACBON

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

PGS.TS. ĐẶNG THIỆN NGÔN

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƢỢNG

VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.3. Kết cấu của luận văn “Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến năng suất

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Giữa mối hàn

Đầu mối hàn

Chân mối hàn

Cạnh mép vát

Các phƣơng pháp hàn phổ biến hiện nay có thể dẫn đến khuyết tật ngậm xỉ

Trên mối hàn Hình 3.21. Các vị trí thƣờng xuất hiện vết nứt dọc

THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ

TC1

TS1

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHẦN PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1 Bảng Tổng Hợp Các Thông Số Của Chế Độ Hàn Mẫu TC1-TS1 ,TC2-TS2 Và

Có thể bạn quan tâm

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA

Hỗ trợ

Hướng dẫn sử dụng

Đăng ký tài khoản VIP

093 303 0098

support@tailieu.vn

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi

Facebook

Youtube

TikTok