Giáo trình hàn

Xin lỗi tác giả của giáo trình nhưng hãy nên biết chia sẻ kiến thức! admin_nde

MỤC LỤC trang

Chương 1: khái niệm về hàn hồ quang tay, ưu và khuyết điểm 1.1 Thực chất đặc điểm của hàn hồ quang tay …………………… 2 1.2 Hồ quang điện ……………………………………………….. 2 1.3 Tính hàn vật liệu …………………………………………….. 3 Chương 2: Vật liệu hàn hồ quang tay 6 Chương 3: Kỹ thuật hàn 3.1 Kí hiệu và các loại liên kết hàn. …………………………… 10 3.2 Vị trí hàn ……………………………………………………… 11 3.3 Nhiệt độ trong chế độ hàn ……………………………… 12 3.4 Kỹ năng cơ bản trong các phương pháp hàn ……………… 16 3.5 Chế độ hàn …………………………………………… 24 3.6 Các phương pháp hàn thông dụng khác 27 Chương 4: Ứng suất và biến dạng hàn 4.1 Khái niệm ứng suất và biến dạng hàn …………………...... 30 4.2 Nguyên nhân gây ra ứng suất và biến dạng hàn ……………… 31 4.3 Các loại ứng suất và biến dạng hàn ………………………….. 32 4.4 Các biện pháp giảm ứng suất và biến dạng hàn ……………… 36 Chương 5: Khuyết tật mối hàn và phương pháp khắc phục 41 Tài liệu tham khảo ……………………………………………………… 48

page 1 of 47


CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VỀ HÀN HỒ QUANG TAY 1.1 Thực chất đặc điểm của phương pháp hàn hồ quang tay: Hàn hồ quang tay là một trong những phương pháp hàn nóng chảy, dùng nhiệt của hồ quang để nung nóng kim loại chỗ nối đến trạng thái chảy, sau khi kết tinh nó sẽ tạo thành mối hàn nối liền các chi tiết với nhau tạo thành khối không thể tháo dời. Vì trong quá trình hàn, tất cả các thao tác như: gây hồ quang, dịch chuyển que hàn để duy trì hồ quang bảo đảm chiều rộng cũng như để hàn hết chiều dài mối hàn đều do tay người thợ thực hiện, nên phươpng pháp hàn này có một số đặc điểm cơ bản sau đây:

- Có thể hàn được tất cả các mối hàn ở mọi tư thế trong không gian - Năng suất hàn thấp do cường độ dòng điện hàn bị hạn chế… - Kích thước và hình dạng của mối hàn không đều do tốc độ hàn (tốc độ dịch

chuyển của hồ quang) góc nghiêng của que hàn, chiều dài hồ quang thay đổi.

- Điều kiện làm việc của thợ hàn không tốt vì ảnh hưởng của ánh sáng và nhiệt độ hồ quang.

Mặc dù có khá nhiều nhược điểm, song đối với các chi tiết có chiều dày không lớn lắm, đối với các mối hàn ở vị trí đứng và đặc biệt hàn trần, cho đến nay hàn hồ quang vẫn là phương pháp thích hợp nhất đồng thời nó cũng là phương pháp hàn chủ yếu để chế tạo kết cấu hàn. Vì vậy hầu hết các nước trên thế giới hiện nay, kể cả một số nước có nền công nghiệp phát triển nhất, hàn hồ quang tay vẫn chiếm tỷ lệ lớn trong tổng số các phương pháp hàn. 1.2. Hồ quang điện: Hồ quang điện là hiện tượng phóng điện mạnh và liên tục trong môi trường khí giữa hai điện cực, kèm theo toả nhiệt và ánh sáng. Để gây hồ quang khi hàn người thợ có thể thực hiện bằng hai cách sau:

- Cho que hàn tiếp xúc với vật hàn theo phương thẳng đứng khoảng 1/10s rồi nhấc lên khỏi vật hàn một doạn 2 – 5 mm thì hồ quang sẽ hình thành

- Đặt nhiêng que hàn so với bề mặt vật hàn một góc nào đó, cho mặt đầu que hàn chuyển động tiếp xúc với bề mặt vật hàn một đoạn ngắn sau đó đưa que hàn về vị trí thẳng góc vật hàn hồ quang cũng hình thành.

Sau khi hình thành hồ quang sự cháy của nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố: điện áp giữa hai điện cực, cường độ dòng điện hàn, chất lượng que hàn, chiều dài cột hồ

page 2 of 47


quang (khoảng cách giữa que hàn và vật hàn). Do đó để cho hồ quang cháy ổn định trong suốt quá trình hàn cần phải giữ cho chiều dài cột hồ quang luôn luôn không đổi, điều này quyết định chủ yếu bởi trình độ tay nghề của người thợ hàn. Cột hồ quang có thể xem như dây dẫn bằng khí có độ dẻo cao, dưới tác dụng của các lực khác nó có thể bị kéo dài ra và dịch chuyển đi, tức là bị thổi lệch ra khỏi vị trí bình thường của nó. những yếu tố ảnh hưởng đến sự thổi lệch hồ quang ảnh hường của từ trường dòng điện hàn, ảnh hưởng của góc nghiêng que hàn, ảnh hưởng của vật liệu sắt từ…. Khi cột hồ quang bị thổi lệch thì chất lượng mối hàn sẽ bị ảnh hưởng. 1.3 Tính hàn của vật liệu 1.3.1 Khái niệm tính hàn Dùng khái niệm tính hàn để chỉ mức độ dễ hàn hay khó hàn đối với vật liệu cơ bản nào đó, nói cách khác tính hàn là tổ hợp các tính chất của kim loại hay hợp kim cho phép nhận được liên kết hàn thoả mãn các yêu cầu và chất lượng cần thiết. 1.3.2 Phân loại tính hàn 1. Vật liệu có tính hàn tốt: Bao gồm các loại vật liệu cho phép hàn đựoc bằng nhiều phương pháp khác nhau, chế độ hàn có thể điều chỉnh trong phạm vi rộng, không cần sử dụng các công nghệ phức tạp mà vẫn đảm bảo được chất lưọng cao. 2. Vật liệu có tính hàn trung bình: Nhóm này chỉ thích hợp với một số phương pháp hàn nhất định, các thông số 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 như nung nóng sơ bộ, giảm tốc độ nguội và sử lý nhiệt sau khi hàn có thể được áp dụng. 3. Vật liệu có tính hàn hạn chế: Gồm những loại vật liệu cho phép nhận được mối hàn mong muốn trong điều kiện phải áp dụng các biện pháp công nghệ cao. Thường phải áp dụng biện pháp sử lý nhiệt trước khi hàn hoặc hàn trong môi trường có khí bảo vệ, chế độ hàn nằm trong phạm vi hẹp. Tuy nhiên liên kết hàn có khuynh hướng bị nứt. Phần lớn các loại thép các bon cao, thép hợp kim cao nằm trong nhóm này. 4. Vật liệu có tính hàn xấu: Thường phải hàn bằng công nghệ đặc biệt, phức tạp và tốn kém. Tổ chức kim loại mối hàn tồi, dễ bị nứt nóng và nứt nguội. Cơ tính và khả năng làm việc của mối hàn thấp hơn so với vật liệu cơ bản. Ví dụ gang và một số hợp kim đặc biệt nằm trong loại vật liệu này. 1.3.2 Đánh giá tính hàn của kim loại và hợp kim

page 3 of 47


Tính hàn của kim loại và hợp kim được đánh giá thông qua các chỉ tiêu như là: - Cơ tính và thành phần hoá học của kim loại mối hàn, của vùng ảnh hưởng

nhiệt của mối hàn. - Khả năng chống nứt nóng và nứt nguội và ăn mòn tinh giới hạt.

1556CuNiVMoCrMn +

+++

+

Để đánh giá sơ bộ tính hàn của thép theo thành phần của nó theo các công thức sau: % CE = C + (%)

Thông qua giá trị CE có thể đánh giá tính hàn của thép thuộc loại nào. Theo kinh nghiệm sản xuất người ta có thể đánh giá gần đúng tính hàn của thép

theo thành phần hoá học bằng cách so sánh tổng lượng các nguyên tố hợp kim với hàm lượng của các bon có trong thép C(%)

Tính hàn của thép theo % C Tổng % HK (Mn, Si, Cr, Ni, …

Tốt Trung bình Hạn chế Xấu

∠ 1.0 1.0 – 3.0 ≥ 3.0

∠ 0.25 ∠ 0.2 ∠ 0.18

0.25 – 0.35 0.2 – 0.3 0.18 – 0.28

0.35 – 0.45 0.3 – 0.4 0.28– 0.38

≥ 0.45 ≥ 0.4 ≥ 0.38

Nhiệt độ nung nóng sơ bộ Tp : Đối với thép các bon trung bình và cao, cũng như các loại thép hợp kim thường phải nung nóng sơ bộ trước khi hàn. Nhiệt độ nung nóng trước khi hàn có thể tính như sau :

Tp = 350 25.0−Ce (oC) 1.3.3 Ảnh hưởng các nguyên tố đến tính hàn của thép - Các bon (C) : thép có hàm lượng các bon tới 0.25% có tính hàn tốt. Hàm lượng các bon càng cao tính hàn càng kém vì nó làm tăng khả năng thấm tôi của kim loại mối hàn và vùng lân cận mối hàn và như vậy tăng khả năng nứt. Khi cháy cacbon dễ tạo ra lượng lớn các rỗ khí. - Mangan (Mn) : Với hàm lượng nhỏ (dưới 1%) mangan không ảnh tới tính hàn của thép. Khi hàm lượng Mn lớn hơn tính thấm tôi sẽ tăng làm kim loại mối hàn dễ bị nứt. - Silíc (Si) : Hàm lượng Si tăng sẽ khó hàn do tính chảy loãng của kim loại lớn và tạo thành SiO2 dưới dạng rỗ xỉ.

page 4 of 47


- Niken (Ni) : Hàm lượng Ni tong thép có thể thay đổi giới hạn lớn. Ni có tác dụng làm nhỏ hạt tăng độ dẻo, độ bền của thép. Ni có tác dụng tốt tới tính hàn của thép tuy nhiên nó dễ bị oxy hoá bởi vậy cần bảo vệ tốt chống tác động của Oxy. - Molipđen (Mo) : Có trong thành phần của tất cả các thép hợp kim chịu bền nhiệt. Nó làm thép có hạt nhỏ, giữ độ bền ở nhiệt độ cao, nhưng làm giảm tính hàn và là nguyên nhân gây nứt ở mối hàn và vùng lân cận. - Phốt pho (P) : là thành phần có hại trong thép vì làm tăng khả năng nứt nguội. - Lưu huỳnh (S): là thành phần có hại trong thép vì làm tăng khả năng nứt nóng

page 5 of 47


CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU HÀN HỒ QUANG TAY 2.1 Ký hiệu và đặc tính các loại que hàn: Chương này chỉ giới thiệu kí hiệu que hàn theo tiêu chuẩn Mỹ. Tiêu chuẩn được sử dụng phổ biến trên thế giới hiện nay. Que hàn điện theo qui phạm do hiệp hội hàn Mỹ ( AWS American Welding Society ) chỉ rõ các thông số cơ bản sau:

- Loại dòng điện mà que hàn có thể được áp dụng ( dòng AC hoặc DC ). - Loại thuốc bọc của que hàn - Vị trí hàn mà que hàn có thể được áp dụng. - Cơ tính của mối hàn.

Chủng loại que hàn được thể hiện đầy đủ trên bao bì cũng như trên phần đuôi của mỗi que hàn, bao gồm: E X 1X 2 Y 1Y2

E X 1X 2 Y 1Y2 – Z Trong đó chỉ thị của các chữ và số như sau: E chỉ thị điện cực hàn hồ quang nóng chảy

X 1X 2: chỉ thị giới hạn độ bền kéo (nhỏ nhất) đơn vị ksi, của mối hàn khi mối hàn đó được thực hiện dựa trên qui trình (WPS) đã được hợp cách. Y 1Y2 chỉ thị vị trí hàn mà que hàn được sử dụng, chủng loại thuốc bọc trên que hàn, dạng dòng điện mà que hàn có thể được áp dụng. Y1 chỉ thị vị trí que hàn được sử dụng có thể là 1, 2 hoặc 4 1 - được hàn ở mọi vị trí 2 - Chỉ hàn được vị trí đứng và ngang 4 – Hàn được mọi vị trí, nhưng chỉ hàn được DOWN khi hàn ngang. Z có thể là A1, … B1 biểu thị hàm lượng trung bình của các nguyên tố hợp kim có trong kim loại đắp. Bảng 2.1- 01 thành phần các nguyên tố hợp kim trong que hàn hợp kim

A1 B1 B2 B3 B4L B5 C1 C2 C3 D1 D2 D3 M % Mo

0.5 0.5 0.5 1 0.5 1 0.5 0.3 0.5 0.25 – 0.5

% Cr 0.5 1 2 2 0.5 0.35 - 0.65 % V 1 0.5 % Ni 2.5 3.5 1 1.25 – 2.5 %Mn 1.5 1.75 1.5 0.6 – 2.25

page 6 of 47


Theo ASME section II part C, tiêu chuẩn do hiệp hội các kỹ sư cơ khí Mỹ ban hành (The American Scociety of Mechanical Engineers). Qui định đặc tính kỹ thuật của các loại dây hàn, que hàn và kim loại điền đầy cho công việc hàn các cấu kiện, thiết bị chịu áp lực chỉ rõ ở các bảng sau:

Bảng 2.1-02 Chỉ thị lớp thuốc bọc và dòng điện sử dụng của que hàn Kí hiệu Dòng điện sử dụng Loại thuốc bọc

E XX 10

E XX 11

E XX 12

Chỉ sử dụng DC+

AC or DC +

AC or DC -

Natri, xenlulô cao

Kali, xenlulô cao

Natri, titan

E XX 13

E XX 14

E XX 15

AC or DC (+, -)

AC or DC (+, -)

Chỉ sử dụng DC +

Hệ titan

Hệ titan, có bột sắt (30%)

Hệ hydro thấp

E XX 16

E XX 18

E XX 20

AC or DC +

AC or DC +

AC or DC +, -

Hệ hydro thấp

Hệ hydro thấp, có bột sắt (25%)

Oxit sắt cao

E XX 24

E XX 27

E XX 28

AC or DC +, -

AC or DC +, -

AC or DC +

Hệ titan, có bột sắt (50%)

Oxit sắt cao, có bột sắt (50%)

Hydro thấp, có bột sắt (50%)

page 7 of 47


BẢNG 2.1-03 QUE HÀN THÉP CACBON VÀ HỢP KIM THẤP

Mã hiệu AWS

Loại thuốc bọc que hàn Vị trí hàn được áp dụng

Loại dòng điện có thể được áp dụng

E6010 Natri, xenlulô cao F,V,OH,H Dcep E6011 Kali, xenlulô cao F,V,OH,H Ac hoặc dcen E6012 Natri, titan F,V,OH,H Ac hoặc dcen E6013 thuốc hệ titan F,V,OH,H Ac hoặc dcep hoặc dcen

H-fillets Ac hoặc dcen E6020

Oxit sắt cao F Ac hoặc dcep hoặc dcen

E6022 Oxit sắt cao F,H AC hoặc DCEN H-fillets AC hoặc DCEN

E6027 Oxit sắt cao, có thêm bột sắt

F AC hoặc DCEP hoặc DCEN

E7014 Hệ titan có thêm bột sắt F,V,OH,H AC hoặc DCEP hoặc DCEN

E7015 Natri, thấp hydro F,V,OH,H DCEP E7016 Kali, hàm lượng thấp hydro F,V,OH,H AC hoặc DCEP E7018 Kali, hàm lượng thấp hydro

có thêm bột sắt F,V,OH,H AC hoặc DCEP

E7018 M Kali, hàm lượng thấp hydro có thêm bột sắt

F,V,OH,H DCEP

E7024 Hệ titan có thêm bột sắt bổ xung

F, H-fillets AC, DCEP hoặc DCEN

F AC,DCEP hoặc DCEN E7027

Oxit sắt cao có bột sắt bổ xung H-fillets AC hoặc DCEN

E7028 Kali, lượng thấp hydro có thêm bột sắt

F, H-fillets AC hoặc DCEP

E7048 Kali, thấp hydro có thêm bột sắt

F,V- down,OH,H AC hoặc DCEP

Chú thích: F: chỉ thị vị trí hàn sấp ( flat) H: chỉ thị vị trí hàn ngang (horizontal) H – fillet chỉ vị trí những mối hàn góc ở vị trí hàn ngang V- down: chỉ vị trí hàn đứng nhưng được hàn theo chiều từ trên xuông V: chỉ thị vị trí hàn đứng (Vertical ) OH: chỉ thị vị trí hàn ngửa

page 8 of 47


AC: chỉ thị chiều của dòng điện hàn là xoay chiều DC: chỉ thị chiều của dòng điện hàn là một chiều.

DCEP (DC+) chỉ thị que hàn chỉ sử dụng được máy hàn một chiều và điện cực hàn được nối với cực dương của máy hàn DCEN (DC-) chỉ thị que hàn chỉ sử dụng được máy hàn một chiều và điện cực hàn được nối với cực âm của máy hàn.

BẢNG 2.1 – 04

Que hàn thép cacbon thấp theo AWS 5.1 Giới hạn kéo (Min) Giới hạn chảy (Min) Mã hiệu

AWS Ksi MPa Ksi MPa Độ giãn dài (%)

E6010 60 414 48 331 22

E6011 60 414 48 331 22

E6012 60 414 48 331 17

E6013 60 414 48 331 17

E6019 60 414 48 331 22

E6020 60 414 48 331 22

E6022 60 414 48 331 Không chỉ thị

E6027 60 414 48 331 22

E7014 70 482 58 339 17

E7015 70 482 58 339 22

E7016 70 482 58 339 22

E7018 70 482 58 339 22

E7024 70 482 58 339 17

E7027 70 482 58 339 22

E7028 70 482 58 339 22

E7048 70 482 58 339 22

E7018M 70 482 53-72* 365 – 496* 24

Chú ý: Đối với các loại que hàn có thuốc bọc hệ bazơ trước khi sử dụng que hàn phải được sấy ở nhiệt độ từ 3000 C đến 4000 C trong thời gian ít nhất là 1 giờ.

page 9 of 47


CHƯƠNG 3 KỸ THUẬT HÀN 3.1 Kí hiệu và các loại liên kết hàn mối hàn: 3.1.1 Vị trí kí hiệu

page 10 of 47


3.1.2 Phân loại mối hàn

Ghi chú: từng chủng loại, các kí hiệu của mối hàn được xem ở phần phụ lục 1.

3.2 Vị trí hàn Vị trí hàn theo AWS được phân loại theo các qui phạm sau: Đối với mối hàn giáp mối có - Vị trí 1G, 2G, 3G, 4G tương úng với các mối hàn giáp mối ở các vị trí

hàn sấp, hàn ngang, hàn đứng và hàn ngửa. - Đối với các kết cấu hàn giáp mối là ống có các vị trí 1G (hàn khi ống xoay),

2G, 5G, 6G và 6GR. Tương ứng với khi hàn giáp mối ống ở các vị trí ống cố định mà trục ống vuông góc với mặt phắng ngang hoặc nghiêng theo phương đứng 15 độ, trục ống song song với mặt phẳng ngang, trục ống xiên 45 độ theo phương ngang và trục trục ống xiên 45 độ theo phương ngang nhưng có vòng gân lân cận ở vị trí hàn.

- Đối với các mối hàn góc ta có các vị trí 1F, 2F, 3F và 4F tương ứng với các mối hàn góc ở vị trí hàn sấp, ngang,đứng và trần.

Theo qui phạm ASME section IX cho việc hợp cách thợ hàn như sau: - Các thợ hàn đạt chứng chỉ ở các vị trí 2G hoặc 3G hoặc 4G chỉ đựoc phép hàn ở vị trí đó và ở vị trí 1G, Nếu thợ hàn đồng thời đạt 03 chứng chỉ cho 03 vị

page 11 of 47


trí thì được phép hàn ở vị trí 6G. Tuy nhiên nếu thợ hàn đã đạt được chứng chỉ 6G có thể được phép hàn ở mọi vị trí loại trừ vị trí 6GR.

Miền vị trí của các loại vị trí mối hàn

Loại mối hàn Viết tắt tiếng Anh

Kí hiệu biểu đồ

Độ nghiêng trục (Độ)

Góc quay bề mặt (Độ)

Bằng (sấp) F (flat) A 0 – 15 150 – 210

Ngang H(horizontal) B 0 – 15 125 – 150 210 – 235

Trần O.H (overhead) C 0 – 80

0 – 125

235 – 360

Đứng V (vertical) D E

15 – 80 80 – 90

125 – 235 0 – 360

page 12 of 47


Vị trí của các mối hàn giáp mối cho ống , thép tấm và các mối hàn góc

3.3 Nhiệt độ trong chế độ hàn Khi hàn các mối hàn chịu áp lực cao nhiệt độ trước, trong và sau qua trình hàn

được đặc biệt chú ý. Các thông số sau phải được đưa vào qui trình hàn và luôn kiểm soát trong quá trình hàn. Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng tới tổ chức của kim loại hàn, ứng suất, biến dạng sau khi hàn và các khuyết tật như nứt, rỗ trong mối hàn.

page 13 of 47


3.3.1 Nhiệt độ trước khi hàn và sau mỗi lớp hàn: Tương ứng đối với mỗi loại vật liệu hoặc các nhóm vật liệu tương đương sẽ có chế độ nhiệt phù hợp. Theo tiêu chuẩn ANSI/AWS D1.1 cho phép các miền nhiệt độ tương ứng với các nhóm vật liệu như sau:

Bảng 3.3 -01 Nhiệt độ trước khi hàn và được phép khi hàn các lớp kế tiếp

Vật liệu Nhóm

(Grade) Vật liệu

Nhóm

(Grade)

P.Pháp

hàn

Chiều dày

tại điểm

hàn hàn

Nhiệt độ

nhỏ nhất

(độ C)

ASTM A36 ASTM A516

ASTM A53 B ASTM A524 đến 19mm

Không áp

dụng

ASTM A106 B ASTM A529

Grade I & II

ASTM A131 A,B, CS, D,

DS, E ASTM A570

tất cả các

nhóm

từ 19 đến

38 mm 66

ASTM 139 B ASTM 573 Grade 65

ASTM A381 Y35 ASTM A709 Grade 65

từ 38 đến

63 mm 107

ASTM A500 A, B API 5L Grade B.

Grade E

ASTM A501 ABS

Grade A,

B,D,CS,DS

Grade E Hàn

hồ

quan

g ta

y sử

dun

g qu

e hà

n kh

ông

phảI

que

thấp

hyd

ro

lớn hơn 63

mm 150

ASTM A36 ASTM A570 Tất cả

ASTM A53 Grade B ASTM A572 Grade 42,50

ASTM A106 ASTM A573 Grade 65

ASTM A131

Grade A,B,

CS, D, DS, E,

AH 32 & 36

DH 32 & 36

EH 32 & 36

ASTM A588

đến 19mm

Không áp

dụng

ASTM 139 Grade B ASTM 595 Grade A,B,C

ASTM 242 ASTM 606

ASTM A381 Grade Y35

ASTM A607 Grade 45,50,

55 Hàn

hồ

quan

g ta

y vớ

I que

hàn

co

hydr

o thấp

,

hàn

hồ q

uang

chì

m, h

àn b

án tự độ

ng c

ó kh

í

từ 19 đến

38 mm

10

page 14 of 47


ASTM A441 ASTM A618

ASTM 500 Grade A

Grade B ASTM 633

Grade A, B,

C, D

ASTM 501

ASTM 709 Grade 36,

50, 50W

ASTM A516 Grade 55 &

60; 65 & 70 ASTM A808

từ 38 đến

63 mm 66

ASTM A524 Grade I & II

API 5L Grade B

Grade X42

ASTM 529 API Spec. 2H Grade 42,50

ASTM A537

Class I & II ABS Grade A,B,

CS, D, DS,

E, AH 32 &

36

DH 32 & 36

EH 32 & 36

lớn hơn 63

mm 107

Ghi chú: 1. Khi nhiệt độ môi trường ở nhiệt độ -180 C, công tác hàn sẽ không được thực hiện. Khi nhiệt độ trên bề mặt kim loại thấp hơn so với yêu cầu được ghi trong bảng điều kiện bắt buộc phải gia nhiệt trước khi hàn. Việc gia nhiệt mục đích ngăn ngừa khả năng nứt trong kết cấu mối hàn. Đối với vật liệu A514, A517, và A709 grades 100 và 100W nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ trước khi hàn các lớp kế tiếp không được vượt quá 2050 C, đối với thép có chiều dày lớn hơn 38 mm thì không được phép lớn hơn 2300 C. 2. Khi nhiệt độ của kim loại thấp hơn 00 C, kim loại cơ bản được gia nhiệt tới

nhiệt độ lớn nhất là 210 C. 3. Gia nhiệt trước khi hàn có thể tính theo công thức : Tp = 350 25.0−Ce (oC)

3.3.2 Ủ khử ứng suất sau khi hàn: - Các mối hàn có thể phải yêu cầu khử ứng suất sau khi hàn bằng phương pháp nhiệt, công tác gia công cơ khí trên bề mặt mối hàn sẽ được thực hiện thích hợp nhất sau khi mối hàn đã được sử lý nhiệt. - Nguyên công ủ khử ứng suất sẽ được thực hiện theo các yêu cầu sau:

page 15 of 47


Bước 1: Nhiệt độ của lò ủ không được phép vượt quá 315 độ C tại thời điểm đặt mối ghép hàn vào. Bước 2: Tăng nhiệt độ của lò nằm trong khoảng từ 5900C – 6500C, tuy nhiên tốc độ nung nóng không được phép vượt quá 2000C trong 01 giờ. Bước 3: Vật hàn sẽ được ủ trong lò với thời gian được chỉ trong bảng sau:

Thời gian tối thiểu mà vật hàn cần được giữ trong lò

Chiều dày của vật liệu tới 6.4 mm từ 6.4 đến 50.8mm lớn hơn 50.8mm

15 phút 1giờ / 25.4 mm 2 giờ + 15 phút đối với mỗi 25.4mm chiều dày trên 50.8mm

Bước 4: Làm nguội sau khi thời gian ủ đã hoàn thành. Có thể làm nguội trong lò hoặc ở ngoài không khí tốc độ nguội

3.4 Kĩ năng cơ bản trong các phương pháp hàn 3.4.1 Phương pháp hàn nóng chảy hồ quang tay vị trí 2G 1- Vị trí que hàn: (xem hình 3.4.1-1)

khi hàn vị trí hàn ngang góc nghiêng của que hàn nằm trong mặt phẳng nghiêng với mặt phẳng ngang với góc từ 5 – 100 và tạo với đường thẳng vuông góc với hướng hàn một góc từ 150 đến 200 theo hướng hàn. 2- Kĩ năng xếp lớp và cách di chuyển (Xem hình 3.4.1-2 & 3.4.1-3) : khi hàn mối hàn nhiều lớp trình tự xắp xếp các lớp được mô tả như hình 3.4.1-2 & 3.4.1-3. Độ nghiêng của que hàn được mô tả như hình 3.4.1-4, khi hàn que hàn được dao động theo hình 3.4.1-1

page 16 of 47


Hình số 3.4.1-1

Vị trí que hàn ở vị trí hàn ngang và kiểu di chuyển của que hàn.

Hình số 3.4.1-2 Mối hàn nhiều lớp trong liên kết hàn chữ T

page 17 of 47


Hình số 3.4.1-3

Sắp xếp trình tự các lớp trong mối hàn nhiều lớp

page 18 of 47


Hình số 3.4.1-4 Góc nghiêng của điện cực hàn 3.4.2 Phương pháp hàn nóng chảy hồ quang tay vị trí 3G

Hình 3.4.2-4 Độ nghiêng que hàn khi hàn 3G

1- Vị trí que hàn: (xem hình 3.4.2-1) Khi hàn ở vị trí hàn 3G que hàn nằm trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng hàn và que hàn tạo với đường nằm ngang một góc là 15 – 30 độ (khi hàn xuống) và 10 đến 15 độ khi hàn lên. 2- Kĩ năng xếp lớp và cách di chuyển: khi hàn mối hàn nhiều lớp trình tự xắp xếp các lớp được mô tả như hình 3.4.2-3 . Độ nghiêng của que hàn được mô tả như hình 3.4.2.1, khi hàn que hàn được dao động theo hình 3.4.2-2. Chiều rộng của bể hàn phụ thuộc vào phương pháp dao động que ở mức độ trung bình thì chiều rộng của bể hàn xấp xỉ bằng 02 lần đường kính que.

Hình 3.4.2-2 Các phương pháp di chuyển que

page 19 of 47


Hình 3.4.2-3 xếp lớp hàn cho mối hàn nhiều lớp

3.4.3 Phương pháp hàn nóng chảy hồ quang tay vị trí 4G 1- Vị trí que hàn: (xem hình 3.4.3-1)

page 20 of 47


Khi hàn ở vị trí hàn 4G que hàn nằm trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng hàn và que hàn tạo với trục đứng một góc là 10 – 15 độ.

Hình 3.4.3-1 Góc độ que hàn khi hàn 4G 2- Kĩ năng xếp lớp và cách di chuyển: khi hàn mối hàn nhiều lớp trình tự xắp xếp các lớp được mô tả như hình 3.4.3-2 cho mối hàn 4F (que hàn nghiêng góc 450), hình 3.4.3-3 mô tả trình tự sắp xếp các lớp cho mối hàn 4G. Dao động que hàn theo hình 3.4.3-4.

page 21 of 47


Hình 3.4.3-2 Sắp xếp các lớp hàn cho vị trí hàn 4F

page 22 of 47


Hình 3.4.3-3 Sắp xếp các lớp hàn cho vị trí hàn 4G

Hình 3.4.3-4 Dao động que hàn khi hàn 4G

page 23 of 47


3.5 Chế độ hàn 3.5.1 Đường kính của que hàn Que hàn được dùng trong thực tế thường có đường kính từ 2.0 – 5mm. Lựa chọn đường kính que hàn dựa vào chiều dày, liên kết hàn hoặc cạnh của mối hàn tiêu chuẩn ANSI/AWS D1.1 đưa ra phạm vi sử dụng đường kính que hàn như sau Đường kính lớn nhất cho phép của que hàn sẽ là:

- 8mm cho tất cả các mối hàn ở vị trí hàn 1G loại trừ mối hàn lót. - 6.4 mm cho mối hàn 2F. - 6.4 mm cho lớp lót của mối hàn góc 1F và 1G khi liên kết hàn có khe hở là

6mm và được đệm. - 4.0 mm cho những mối hàn sử dụng que EXX14 và que thấp hydro ở vị trí

3G & 4G. - 4.8 mm cho lớp lót của mối hàn giáp mối và các vị trí khác mà không được

liệt kê ở trên. Trong sản xuất có thể tính đường kính que hàn theo công thức sau: D = S/2 + 1 mm cho mối hàn giáp mối D = K/2 +2 mm cho mối hàn góc Trong đó: - S là chiều dày của vật hàn mm - K là cạnh mối hàn mm 3.5.2 Dòng điện hàn Theo loại dòng điện chia ra:

- Hàn hồ quang tay bằng dòng xoay chiều AC ( Alternating Curent). - Hàn hồ quang tay bằng dòng một chiều DC ( Direct Curent)

Hàn dòng xoay chiều có ưu điểm thiết bị đơn giản, dễ bảo quản sửa chữa, giá thành tương đối thấp nhưng khó gây hồ quang, hồ quang cháy không ổn định, do đó đạt chất lượng mối hàn không cao. Hàn dòng một chiều có ưu khuyết điểm ngược lại. khi hàn dòng một chiều được phân ra 02 cách nối dây:

- Nối thuận: nối cực dương của nguồn điện hàn vói vật hàn và âm cực của nguồn điện hàn với que hàn. Trong các tài liệu bằng tiếng Anh nối thuận kí

page 24 of 47


hiệu là DCSP ( Direct Current Strainght Polarity ) hoặc DCEN ( D.C Electrode Negative ).

- Nối nghịch: Cực dương của nguồn điện hàn nối với điện cực hàn, cực âm của nguồn điện hàn nối với vật hàn. Trong tiếng Anh nối nghịch kí hiệu được kí hiệu là DCRP (DC Reverse Polarity ).

Khi hàn bằng điện cực nối thuận điện cực có nhiệt lượng lớn hơn so với vật hàn do vậy điện cực nóng chảy với tốc độ nhanh nhưng chiều sâu ngấu lại thấp vì thế sử dụng phương pháp nối thuận để hàn các chi tiết có chiều dày mỏng với vật liệu cơ bản có nhiệt độ nóng chảy thấp, dùng hàn đắp, hàn gang …

Trong trường hợp hàn hồ quang trong môi trường khí trơ ( TIG ) bằng điện cực không nóng chảy thì sự phân bố nhiệt lại ngược lại so với hàn hồ quang tay, tức là nếu nối thuận thì nhiệt lượng tập trung ở điện cực lại thấp hơn so với ở vật hàn bởi vậy thường sử dụng nối thuận để tăng tuổi thọ của điện cực. Chiều sâu ngấu khi sử dụng nối thuận trong phương pháp hàn này cũng lớn hơn so với nối nghịch.

Cường độ dòng điện hàn là một trong yếu tố chính quyết định chất lượng mối hàn, ứng với mỗi đường kính của que hàn sẽ có khoảng cường độ dòng điện phù hợp. Trên mác của mỗi loại que hàn đều có ghi khoảng cường độ dòng điện được áp dụng. Mặt khác ta có thể chọn dòng điện theo các công thức gần đúng sau đây:

Ih = K d (1) K = 35 - 40 Ih = K1 d1.5 (2) K1 = 20 - 25 Ih = (α + βd )d (3) α = 20, β = 6

Trong đó d là đường kính que hàn (mm). K, K1, α, và β là hệ số thực nghiệm Kinh nghiệm cho thấy khi hàn bằng que có đường kính D = 4 – 5 mm nên sử dụng công thức (1). Với đường kính nhỏ hơn nên dùng công thức (2) còn lớn hơn dùng công thức (3). Cần chú ý rằng các công thức trên chỉ tính cho khi hàn ở vị trí hàn sấp. Khi hàn ở các vị trí khác cần phải hiệu chỉnh như sau:

- Khi hàn đứng và hàn ngang dòng điện hàn sẽ giảm từ 10 – 15%. - Hàn trần dòng điện giảm 15 – 20%. - Khi hàn các chi tiết có chiều dầy S ≤ 1.5 d giảm dòng 10 – 15%. - Khi hàn các chi tiết lớn hơn 3d hay hàn các liên kết chữ T tăng 10 – 15% Nếu dòng điện hàn lớn quá sẽ làm tăng chiều sâu ngấu nhưng mối hàn cũng dễ

xảy ra khuyết tật, dòng điện mà nhỏ thì không ngấu ….. ảnh hưởng của dòng điện tối

page 25 of 47


khuyết tật của mối hàn sẽ được nêu cụ thể ở chương “ Khuyết tật và các phương pháp kiểm tra mối hàn”. 3.5.3 Chiều dài của hồ quang hàn Chiều dài hồ quang là khoảng cách từ đầu mút que hàn tới bề mặt của bể hàn phân biệt:

- Hồ quang bình thường nếu L = 1.1d (d đường kính que hàn) - Hồ quang ngắn nếu L nhỏ hơn 1.1d. - Hồ quang dài nếu lớn hơn 1.1d

Chú ý: Nếu chiều dài hồ quang lớn thì quãng đường dịch chuyển của các giọt kim loại

lỏng từ que hàn vào vũng hàn dài do đó dễ bị tác động xấu của môi trường không khí, mặt khác, hàn với hồ quang dài điện áp hồ quang sẽ tăng, chiều sâu ngấu giảm, kim loại bắn toé, bề mặt mối hàn gồ ghề và dễ bị khuyết tật cháy chân. Nếu chiều dài hồ quang ngắn thì sự cháy của hồ quang không ổn định, dòng điện có hiện tượng chập mạch thường xuyên, điện áp hồ quang giảm, chiều rộng mối hàn giảm, bề mặt mối hàn không mịn. 3.5.4 Tốc độ hàn Tốc độ hàn là tốc độ dịch chuyển que hàn dọc trục theo trục mối hàn. Nếu tốc độ hàn quá lớn mối hàn sẽ hẹp, chiều sâu ngấu giảm, không phẳng và mối hàn có thể bị gián đoạn. Ngược lại, nếu tốc độ hàn quá nhỏ sẽ dễ bị hiện tượng cháy chân, kim loại cơ bản bị nung nóng quá mức, vùng ảnh hưởng nhiệt lớn chiều rộng và chiều sâu ngấu của mối hàn tăng.... Tốc độ hàn hồ quang phụ thuộc vào loại que hàn, cường độ dòng điện hàn và tiết diện ngang của mối hàn. Tốc độ hàn hợp lý được tính theo công thức sau: Vh = αd * Ih / 3600 * γ*Fd.

Trong đó: - Vh là tốc độ hàn (cm/s) - αd là hệ số đắp ( αd = 7 – 11 g/A.h) - Ih là cường độ dòng điện hàn (A) - γ Khối lượng riêng của kim loại đắp (g/cm3).

- Fd. là diện tích thiết diện ngang của kim loại tính cho một lớp hàn tương ứng.

3.5.5 Sắp xếp các lớp hàn trong mối hàn nhiều lớp:

page 26 of 47


Số lớp hàn tối thiểu khi hàn các mối hàn nhiều lớp được tính toán như sau: N = (Fd – Fl )/Fn + 1 Trong đó :

- N là số lớp tối thiểu. - Fđ là diện tích thiết diện kim loại đắp (mm) - Fl là diện tích thiết diện lớp lót. - Fn là diện tích thiết diện các lớp kế tiếp. Diện tích thiết diện ngang của kim loại đắp sau một lớp hàn phụ thuộc đường kính que hàn. Theo kinh nghiệm mối quan hệ đó được xác định như sau: Fl = (6 – 8)d (mm2) – d là đường kính của que hàn Fn = (8 – 12)d (mm2)

Sắp xếp các lớp hàn trong liên kết hàn giáp mối phụ thuộc vào chiều dày của kim loại hàn. Tiêu chuẩn ANSI/AWS D1.1 cho phép chiều dày các lớp trong phương pháp hàn hồ quang tay như sau:

- Chiều dày lớn nhất của lớp hàn lót trong liên kết hàn giáp mối cho phép là: 6mm

- Cạnh của mối hàn góc lớn nhất cho phép khi hàn lớp lót của mối hàn góc cho phép là:

o 10 mm đối với vị trí hàn sấp ( 1G) . o 8 mm đối với vị trí hàn ngang và ngửa ( 2G & 4G ). o 13 mm ở vị trí hàn đứng (3G)

- Chiều dày của các lớp hàn kế tiếp với lớp lót của mối hàn giáp mối và mối hàn góc la:

o 3mm đối với vị trí hàn là 1G o 5mm đối với vị trí hàn là 2G, 3G và 4G.

3.6 Các phương pháp hàn thông dụng khác 3.6.2 Hàn MIG 3.6.2.1 Khái niệm cơ bản về hàn MIG

Hàn MIG là phương pháp hàn hồ quang có điện cực nóng chảy, trong đó nhiệt được cung cấp bởi hồ quang được tạo thành điện cực và vũng hàn, vùng hồ quang có nhiệt độ rất cao . Vùng hồ quang được bảo vệ bằng khí trơ (Ar hoặc He) nếu vùng hồ quang được bảo vệ bằng khí hoạt tính như CO2 thì gọi là hàn MAG, hàn MIG được

page 27 of 47


áp được áp dụng rộng dãi trong công nghiệp hiện đại. Nó có thể hàn các loại hợp kim màu như đồng, nhôm, hợp kim mangan … thép không gỉ và các kết cấu chịu áp lực cao. Phương pháp hàn này có thể hàn đựoc mọi vị trí trong không gian với chiều dày đến 25 – 30 mm. Các yếu tố chính trong phương pháp hàn này cần quan tâm bao gồm:

Dây hàn, khi hàn MIG dây hàn có đường kính từ 0.8 – 2.4mm thường dây được mạ đồng. Khi hàn sử dụng nguồn DC nối nghịch,nguồn AC sử dụng cho phương pháp này là không thích hợp. Đặc tính ngoài của nguồn điện hàn thông thường là đặc tính cứng (điện áp không đổi). Khi hàn MIG lựa chọn dây hàn khi hàn các kết cấu chịu áp lực dựa theo tiêu chuẩn ASME section II (đã nêu rất rõ tại chương 2 của tài liệu này) tuy nhiên nguyên tắc cơ bản của sự lựa chọn là kim loại điền đầy có thành phần cơ lý tính giống như kim loại cơ bản.

Khí hàn, khí hàn có thể là argon, helium có độ tinh khiết 99.99% hoặc hỗn hợp 02 khí đó. Tuy nhiên hiện nay thường sử dụng khí argon , tốc độ khí trong khi hàn thường là từ 15 – 200 lít/phút. Lựa chọn chế độ hàn theo bảng dưới đây. 3.6.2.2 Chế độ hàn MIG Dòng điện, đường kính dây điền đầy, điện cực, tốc độ khí bao phủ và tốc độ hàn được lựa chọn theo bảng 3.6.2-01

page 28 of 47


Bảng 3.6.2-01 Chế độ hàn MIG

page 29 of 47


CHƯƠNG 4 ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG HÀN 4.1 Khái niệm ứng suất và biến dạng hàn

Hình 4.1-01

page 30 of 47


Khi có ngoại lực tác động, trong vật thể sẽ xuất hiện một trạng thái ứng suất, đồng thời hình dạng kích thước của vật thể đó cũng thay đổi so với khi không có tải. Nếu như trạng thái ứng suất và biến dạng vượt qua một giới hạn cho phép thì vật thể có thể bị phá huỷ hoặc mất khả năng làm việc tiếp theo. Bây giờ xét trường hợp hàn đắp lên một mép của tấm thép hình chữ nhật và khảo sát sự xuất hiện ứng suất và biến dạng tồn tại sau khi hàn xong.

Trước khi hàn tấm có dạng hình chữ nhật như ở hình 4.1-01a. Sau khi nguội hoàn toàn tấm bị võng xuống từ phía có mối hàn như hình 4.1-01b với trạng thái ứng suất dư như trên biểu đồ hình 4.1-01c. để giải thích điều này, ta giả sử khi hàn tấm thép thành 2 vùng A và B. Vùng A chứa mối hàn, khi hàn nung nóng tới nhiệt độ cao vùng B được truyền nhiệt từ A sang nhưng nhiệt độ trung bình thấp. Khi đó Vùng A bị dãn ra, còn vùng B cũng bị dãn ra nhưng không đáng kể vì nhiệt độ tăng ít, tức là vùng B sẽ cản trở sự giãn của vùng A (H.4.1-01d). Sự cản trở này không phải là tuyệt đối, nên độ dãn dài ở vùng A vẫn lớn hơn và làm cho tấm thép bị uốn về phía có mối hàn. Tuy nhiên trong vùng A do không thực hiện được sự giãn nở hoàn toàn nên trong nó sẽ tồn tại ứng suất nén, còn ở vùng B xuất hiện ứng suất kéo. Nếu chiều rộng của tấm lớn, ở mép nhoài có thể xuất hiện ứng suất nén. Sau khi hàn kết thúc và chi tiết hàn nguội về trạng thái ban đầu, trạng thjái vùng A có nhiệt độ cao hơn sẽ co lại nhiều hơn so với vùng B. Nhưng sự co lại đó cũng khôngđược thực hiện một cách tự do vì sự cản trở từ phía vùng B, nên sẽ tồn tại trạng thái ứng suất kéo ở vùng A và nén ở vùng B. Điều đó chứng tỏ rằng trạng thái ứng suất và biến dạng trong giai đoạn nung nóng và làm nguội hoàn toàn trái ngược nhau. Sau khi hàn biểu đồ ứng suất dọc có dạng như hình 4.1-01g. Ứng suất dư trong vùng A có thể đạt tới giới hạn chảy.

Qua ví dụ trên đã nêu ra ta thấy rằng: Ứng suất và biến dạng hàn là trạng thái ứng suất và biến dạng do quá trình hàn gây ra và tồn tại trong kết cấu sau khi hàn. Việc tìm ra nguên nhân và phương pháp đề phòng, hạn chế khả năng tồn tại ứng suất và biến dạng là điều cần thiết khi chế tạo các kết cấu hàn. 4.2 Nguyên nhân gây ra ứng suất và biến dạng hàn Có thể kể ra 3 nguyên nhân gây ra ứng suất và biến dạng hàn:

1. Nung nóng đồng đều kim loại ở vật hàn. 2. Độ ngót của kim loại nóng chảy ở mối hàn sau khi kết tinh. 3. Sự thay đổi tổ chức của vùng kim loại lân cận mối hàn.

page 31 of 47


Nung nóng không đồng đều kim loại vật hàn làm cho vùng ở xa nguồn nhiệt không hoặc rất ít bị biến dạng nhiệt, chúng sẽ cản trở sự biến dạng ở vùng lân cận mối hàn. Do vậy sẽ suất hiện ứng suất trong mối hàn và vùng lân cận mối hàn, trường ứng suất này tồn tại cả khi kết thúc mối hàn và kim loại đã về trạng thái nguội hoàn toàn.

Kim loại lỏng ở mối hàn bị giảm thể tích do kết quả đông đặc tương tự như vật đúc. Do sự co ngót đúc của kim loại trong mối hàn xuất hiện các lực nén theo phương dọc cũng như phương ngang so với trục mối hàn và tạo ra trường ứng suất dư trong đó.

Những thay đổi tổ chức kim loại trong vùng lân cận mối hàn là những thay đổi về kích thước và vị trí sắp xếp của tinh thể kim loại, đồng thời kènm theo sự thay đổi thể tích của kim loại trong vùng ảnh hưởng nhiệt. Sự thay đổi cục bộ như vậy dẫn đến việc tạo thành nội ứng suất. Khi hàn các thép hợp kim và thép các bon cao có khuynh hướng tôi thì các ứng suất này có thể đạt đén giá trị rất cao.

Ứng suất dư trong vật hàn kết hợp với ứng suất sinh ra do ngoại lực tác dụng khi làm việc có thể làm giảm khả năng làm việc của kết cấu và làm suất hiện các vết nứt, gãy. Biến dạng hàn làm sai lệch hình dáng, kích thước của các kết cấu hàn. 4.3 Các loại ứng suất và biến dạng hàn 4.3.1 Ứng suất và biến dạng dọc Ứng suất dọc là ứng suất tác dụng tác dụng sông song với dọc trục của mối hàn và xuất hiện do sự co dọc trục của mối hàn (H.4.3-01). Như đã nói ở trên, kimloại ở khu vực lân cận mối hàn có ứng suất dọc là ứng suất kéo. Giá trị ứng suất kéo là rất lớn, có thể đạt tới giới hạn chảy của vật liệu. Ở các phần còn lại ứng suất dọc là ứng suất là ứng suất nén. Ứng suất dọc giống nhau trên mọi mặt cắt của mối hàn (trừ phần đầu và cuối của liên kết). Sau khi hàn tấm sẽ bị ngắn một đoạn ∆ld (co dọc) và giảm chiều rộng một lượng ∆ln (co ngang). Khi hàn các kết cấu mà trọng tâm mặt cắt ngang của liên kết không trùng với trục của mối hàn, thì ngoài ứng suất biến dạng dọc và ngang vật hàn còn bị uốn với độ võng dư f nhất định.

page 32 of 47


Hình 4.3-01 Ứng suất và biến dạng góc a: Liên kết hàn giáp mối với đường hàn đối xứng, b: Liên kết hàn giáp mối với

đường hàn không đối xứng, c: liên kết hàn chữ T

page 33 of 47


4.3.2 Ứng suất và biến dạng ngang

Hình 4.3 -02

Ứng suất ngang xuất hiện do hiện tượng co ngang và co dọc mối hàn và đồng

thời do sự kẹp chặt của chi tiết khi hàn. Xét liên kết hàn giáp mối trên hình 4.3 -02a. Giả sử sau khi hàn, tiến hành cắt liên kết dọc trục theo trục của mối hàn, khi đó ta sẽ được hai tấm chữ nhật có một nửa mối hàn ở cạnh biên, tương tự như hàn đắp lên mép tấm đã giới thiệu ở trên hình 7-3, có nghĩa chúng sẽ bị uốn như hình 4.3 -02b do hiện tượng co dọc gây ra. Trong thực tế hiện tượng này không thể thực hiện được được do chúng cùng nằm trong một liên kết liền khối. Vì vậy trong liên kết hàn sẽ tồn tại ứng suất ngang có phương vuông góc với trục mối hàn. Ứng suất do co ngang trong những điều kiện bất lợi có thể suất hiện các vết nứt dọc theo trục của mối hàn.

page 34 of 47


Độ lớn và sự phân bố ứng suất ngang phụ thuộc vào chiều dày kim loại cơ bản, tính chất gá kẹp các chi tiết trong khi hàn, kĩ thuật và thứ tự trình bày các mối hàn. Cùng với việc tăng chiều dày kim loại và số lớp mối hàn, ứng suất ngang cũng tăng lên. 4.3.3 Biến dạng góc và sự mất ổn định cục bộ do hàn

Hình 4.3 -03 biến dạng góc của liên kết giáp mối và liên kết chữ T Các biến dạng góc do có độ co ngang không đồng đều của kim loại theo chiều dày của liên kết. Giả sử có liên kết giáp mối, vát mép chữ V như trên hình vẽ 4.3 -03 a. Ta có thể chia mối hàn thành nhiều lớp có chiều dài khác nhau phụ thuộc vào vị trí

page 35 of 47


của chúng so với bề mặt của mối hàn. Khi nguội các lớp này sẽ co lại với những giá trị khác nhau tương ứng với chiều dài của chúng. Kết quả phần trên của mối hàn độ co ngang lớn hơn so với phần dưới và sẽ làm quay chi tiết hàn một góc β nào đó. Đó chính là biến dạng góc của liên kêt do quá trình hàn gây ra. Khi hàn các liên kết giáp mối với kiểu vát mép hình chữ V, các biến dạng góc có thể đạt đến β = 3-7 độ với chiều dày tấm 6 -12mm và lớn hơn 7 độ với chiều dày 13 – 20 mm. Sử dụng kiểu vát mép đối xứng sẽ hạn chế tối đa biến dạng này. 4.4 Các biện pháp giảm ứng suất và biến dạng hàn 4.4.1 Các biện pháp trước khi hàn Một trong các biện pháp đầu tiên là lựa chọn kim loại cơ bản, vật liệu hàn hợp lý khi tính toán thiết kế. Kimloại cơ bản không có khguynh hướng dễ tôi khi nguội trong môi trường không khí, còn vật liệu hàn bổ xung phải có khả năng tạo mối hàn có tính dẻo như kim loại cơ bản. Ngoài ra cũng phải thực hiện các biện pháp sau đây: 1 Để tránh ứng suất phẳng hay ứng suất khối không nên thiết kế các mối hàn tập trung hay giao nhau. 2. Không nên thiết kế các mối hàn khép kín có kích thước nhỏ vì chúng sinh ra ứng suất phẳng lớn. 3. Cố gắng giảm tối đa ssố lưọng mối hàn trong kết cấu, các mối hàn nên bố trí đối xứng với trọng tâm của thiết diên để tạo ra biến dạng ngược chiều có tác dụng triệt tiêu nhau. 4. Các gân tăng cường cần sắp xếp sao cho khi hàn kim loại cơ bản sẽ cùng được nung nóng ở hai phía của một khu vực để giảm sự co ngang và ứng suất khối của toàn kết cấu 5. Khi hàn giáp mối nếu chiều dầy của kết cấu không bằng nhau thì phải vát bớt tấm dầy hơn tránh sự tập trung ứng suất ở vùng mối hàn. 6. Khi thiết kế các kết cấu hàn phức tạp, cần tính khả năng chế tạo từng bộ phận sau đó sẽ tổ hợp thành kết cấu lớn. Như vậy sẽ giảm bớt ràng buộc hạn chế sự co ngang của mối hàn và giảm bớt trạng thái ứng suất phẳng. 7. Trong các kết cấu dạng hình hộp có những đường khép kín, để hạn chế biến dạng cục bộ thì cần đặt các gân tăng cứng. 4.4.2 Các biện pháp công nghệ trong khi hàn

page 36 of 47


1. Khi hàn các loại vật liệu dễ bị tôi, vật liệu có độ dày thì cần xem xét việc nung nóng sơ bộ trước khi hàn, đồng thời giảm bớt cường độ dòng điện hàn để tránh xuất hiện vết nứt. Nung nóng sơ bộ vật hàn sẽ làm giảm ứng suất và biến dạng hàn. 2. Khi mối hàn bị kẹp chặt dễ sinh ra ứng suất lớn. Do đó trình tự thực hiện các mối hàn trong kết cấu phải làm sao cho vật hàn luôn ở trạng thái tự do, nhất là đối với hàn giáp mối, là loại mối hàn có độ co ngang lớn. Khi hàn phải hàn theo một chiều hoặc hàn từ giữa ra hai phía, không nên hàn từ hai đầu vào ví dụ chỉ ra trong hình 4.4-01 và 4.4-02 3. Các mối hàn đối xứng, song song nên hàn đồng thời bằng nhiều thợ hoặc thực hiện xen kẽ đối xứng. 4. Chế độ hàn chọn sao cho vùng ảnh hưởng nhiệt càng nhỏ càng tốt. 5. Hàn theo phương pháp phân đoạn nghịch sẽ giảm được biến dạng vì nội lực sinh ra chỉ ở từng khu vực nhỏ và hướng về vùng lân cận đối diện. 6. Để khử biến dạng góc thường dùng phương pháp tạo biến dạng ngược khi hàn

page 37 of 47


Hình 4.4-01

Hình 4.4-02

page 38 of 47


4.4.2 Các biện pháp công nghệ sau khi hàn Thông thường sau khi hàn trong vật hàn vẫn tồn tại trạng thái ứng suất và biến dạng dư. Để khắc phục tình trạng đó nhằm nâng cao chất lượng của kết cấu hàn, người ta thường dùng một số biện pháp sau.

1. Ủ, ủ vật hàn có thể trừ bỏ được ứng suất dư sau khi hàn. Nhiệt độ ủ phụ thuộc vào vật liệu, với thép thường trong khoảng từ 560 – 660 độ C. Sau khi đã giữ nhiệt trong thời gian phù hợp thì cho nguội một cách tự nhiên.

2. Nắn nguội. Biện pháp chủ yếu là đánh giãn hay cán những phần bị co, cong vênh để đạt kích thước và hình dáng như thiết kế. Song biến pháp này thường sinh ra biến cứng và tăng ứng suất dư làm cho vật hàn dễ bị nứt, thậm chí có thể bị gẫy. nên nắn nguội ít dùng.

3. Nắn nóng. Nắn nóng là phương pháp được dùng rộng rãi vì đơn giản và kinh tế. Nung nóng cục bộ rồi cho nguội tự do có mục đích là làm co lại những khu vực đã bị giãn ra do tác động của quá trình gây nên. cần chú ý việc chọn khu vực nung. Vì nếu chế độ nung không hợp lý làm cho biến dạng thêm phức tạp hình 4.4-03 giới thiệu một số ví dụ về vị trí nung nóng nhằm giảm biến dạng hàn.

page 39 of 47


Hình 4.4-03

page 40 of 47


CHƯƠNG 5 KHUYÊT TẬT VÀ PHƯƠNG PHÁP KHẮC PHỤC

5.1 Các dạng khuyết tật chính và biện pháp khắc phục 5.1.1 Nứt

Nứt có thể xuất hiện trên bề mặt mối hàn, trong mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn. Nứt có nứt nóng xuất hiện ở nhiệt độ trên 1000 độ C, nứt nguội xuất hiện ở nhiệt độ thấp hơn. Hình 5.1-01 mô tả các loại nứt xuất hiện trên mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt.

Bảng 5.1-01 Các dạng nứt, nguyên nhân và cách khắc phục Dạng vết

nứt Phương pháp kiểm tra Nguyên nhân Giải pháp công nghệ

Nứt dọc

1. Visual (bằng mắt) 2. . PT (thẩm thấu 3. MT (bột từ) 4. UT (siêu âm) 5. RT (chụp phim)

1. sử dụng vật liệu hàn chưa đúng.

2. Tồn tại ứng suất dư lớn trong liên kết hàn.

3. Tốc độ nguội cao. 4. Liên kết hàn không hợp

lý. 5. Bố trí các mối hàn

không hợp lý

1. Sử dụng vật liệu hàn phù hợp.

2. Giải phóng các lực kẹp chặt cho liên kết hàn. Tăng khả năng điền đầy của vật liệu hàn.

3. Gia nhiệt cho vật hàn, giữ nhiệt cho liên kết hàn để giảm tốc độ nguội.

4. Sử dụng các liên kết hàn hợp lý, vát mép , giảm khe hở giữa các vật hàn.

5. Bố trí sole các mối hàn.

Nứt ở vùng gây

và kết thúc hồ quang

- nt -

1. Vị trí kết thúc hồ quang bị lõm, tồn tại nhiều tạp chất.

2. Hồ quang không được bảo vệ tốt.

1. Sử dụng thiết bị hàn phù hợp, có chế độ riêng cho lúc gây và kết thúc hồ quang.

2. Sử dụnh các bản nối công nghệ ở các điểm đầu và kết thúc hồ quang.

Nứt ngang - nt - 1. Sử dụng vật liệu hàn chưa đúng. 2. Tốc độ nguội cao.

1. Sử dụng vật liệu cho phù hợp. 2. Tăng dòng điện và kích

page 41 of 47


3. Mối hàn quá nhỏ so với liên kết hàn.

thước điện cực hàn. 3. Gia nhiệt trước khi hàn

Hình 5.1-01 Các dạng nứt thường xuất hiện ở mối hàn

page 42 of 47


Rỗ khí

Rỗ khí có thể sinh ra ở bên trong hoặc 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 bố tập trung hoặc nằm dời rạc trong mối hàn.

Bảng 5.1-02 Rỗ khí, nguyên nhân và cách khắc phục

Dạng khuyết

tật

Phương pháp kiểm tra

Nguyên nhân Giải pháp công nghệ

Rỗ khí

1.Visual (bằng mắt)

2. . PT (thẩm thấu

3. MT (bột từ) 4. UT (siêu âm) 5. RT (chụp

phim)

1. Hàm lượng cac bon trong kim loại cơ bản hoặc trong vật liệu quá cao.

2. Vật liệu hàn bị ẩm, bề mặt dính sơn, dầu, mỡ, gỉ, hơi nước,…

3. Chiều dài cột hồ quang lớn, tốc đọ hàn quá cao.

1. Dùng vật liệu hàn có % Cacbon thấp.

2. Vật liệu hàn được sấy khô, bề mặt được làm sạch.

3. Giữ chiều dài hồ quang ngắn, giảm tốc độ hàn

4. Đối với hàn MIG, TIG, MAG sử dụng khí bảo vệ phù hợp, lựa chọn khoảng cách giữa chụp khí với vật hàn. Kiểm tra lưu lượng khí.

5. Đối với hàn SAW đảm bảo thuốc không bị ẩm (sấy trước khi hàn)

page 43 of 47


page 44 of 47

Hình 5.1-02 Rỗ khí Lẫn xỉ (kẹt xỉ). xem hình 5.1-03

Lẫn xỉ là loại khuyết tật dễ xuất hiện trong mối hàn. Xỉ hàn và tạp chất có thể tồn tại trong mối hàn, cũng có thể nằm trên bề mặt mối hàn, chỗ giáp ranh giữa kim loại mối hàn và phàn kim loại cơ bản. Lẫn xỉ ảnh hưởng đến độ bền, độ dai va đập và tính dẻo của kim loại mối hàn, giảm khả năng làm việc của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng động.

Nguyên nhân - Dòng điện hàn yếu, không đủ nhiệt để cung cấp cho kim loại nóng chảy và

xỉ khó thoát lên bề mặt bể hàn. - Mép hàn chư được làm sạch hoặc khi hàn đính hay hàn nhiều lớp chư gõ

sạch gỉ hàn. - Góc độ que hàn chưa hợp lý, tốc độ hàn quá lớn. - Làm nguội mối hàn quá nhanh làm cho xỉ hàn không kịp thoát.

Biện pháp phòng tránh: - Tăng dòng điện hàn cho thích hợp. Hàn bằng hồ quang ngắn và tăng thời

gian dừng lại của hồ quang. - Làm sạch vật hàn trước khi hàn, gõ sạch xỉ hàn trước khi hàn lớp kế tiếp. - Thay đổi góc độ và phương pháp đưa điện cực cho hợp lý. Giảm tốc độ hàn,

tránh để xỉ hàn chảy trộn lẫn vào trong vũng hàn hoặc chảy về phía trước vùng nóng chảy.


Hình 5.1-03 Lẫn xỉ

Không ngấu (xem hình 5.1-04) Hàn không ngấu sinh ra ở góc mối hàn, mép hàn hoặc giữa các mối hàn (xem hình

Nguyên nhân - Mép hàn chuẩn bị không hợp lý góc vát nhỏ. - Dòng điện hàn quá nhỏ hoặc tốc độ hàn nhanh. - Góc độ điện cực hàn và cách đư điện cực không hợp lý. - Chiều dài hồ quang lớn. - Điện cực chuyển động không lớn theo trục mối hàn.

Biện pháp phòng tránh: - Làm sạch liên kết trước khi hàn, tăng góc vát và khe hở hàn. - Tăng dòng điện hàn và khe hở hàn, …

Cháy chân và chảy loang xem hình 5.1-05 Cháy chân

Cháy chân là phần bị lẹm (lõm, khuyết) thành rãnh dọc theo ranh giới giữa kim loại cơ bản và kim loại đắp. Cháy chân làm giảm tiết diện làm việc của mối hàn, tạo sự tập chung ứng suất cao và có thể dẫn đến sự phá huỷ của kết cấu trong quá trình sử dụng.

Nguyên nhân: - Dòng điện hàn quá lớn - Chiều dài hồ quang lớn - Góc độ que hàn và dao động que chưa hợp lý - Sử dụng chưa đúng kích thước điện cực hàn.

Chảy loang Chảy loang là hiện tượng kim loại lỏng chảy loang trên bề mặt của liên kết hàn (bề mặt kim loại cơ bản – vùng không nóng chảy). Chảy loang tạo ra sự tập trung ứng suất, làm sai lệch hình dạng của liên kết hàn

Nguyên nhân

page 45 of 47


- Góc nghiêng que hàn không hợp lý - Dòng điền hàn quá cao - Tư thế hàn và cách đặt vật hàn không hợp lý.

Hình 5.1-04 Không ngấu

page 46 of 47


Hình 5.1-05 Cháy chân và chảy loang

page 47 of 47

Documents

Giáo trình hàn