Công nghệ hàn điện nóng chảy - Chương 3: Công nghệ hàn thép hợp kim tháp

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi 1 CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ HÀN THÉP HỢP KIM THẤP 3.1 Đặc điểm và tính hàn của thép hợp kim thấp 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram 3.3 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp chịu nhiệt 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2 N g ô Lê Thông, B/ m Hàn CN K L, ĐH B K Hanoi 2 3.1 Đặc điểm và tính hàn của thép hợp ki m thấp • Phân loạ i: – AI SI: thép hợp ki m thấp ≤ 8 % nguyên tố hợp ki m. – L B Nga: thép hợp ki m thấp 4÷5 %; thép hợp kim trung bình 8÷9 % nguyên tố hợp ki m. – C húng ta tìm hiểu các loại: thép hợp kim thấp chịu nhiệt; thép độ bền cực cao nồng độ cacbon trung bình. • So vớ i các loại thép đã biế t: – Cần sử dụng các biện pháp công nghệ đặc biệt khi hàn . – Lý do: nồng độ cacbon và các nguyên tố hợp ki m lớn hơn nhiều, vùng ảnh hưởng nhiệt rất nhạy cảm vớ i chu trình nhiệt hàn (chế độ hàn). – Để giảm tốc độ nguộ i của vùng ảnh hưởng nhiệt, cần sử dụng các biện pháp công nghệ đặc biệt khi hàn . Ch ỉ thay đổ i chế độ hàn: không đủ . Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi 3 Động học quá trình phân hủy austenit khi hàn 3.1 Đặc điểm và tính hàn của thép hợp kim thấp Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 4 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi 4 3.1 Đặc điểm và tính hàn của thép hợp kim thấp Từ động học quá trình phân hủy austenit: • Xuất hiện hai xu hướng đối lập: – Nếu tốc độ nung khi hàn nhỏ và t’+t” dài: hạt austenit tăng tính ổn định và kích thước. Đặc trưng cho thép không chứa hoặc chứa lượng nhỏ các nguyên tố tạo cacbit (Cr, Mo, V, v.v.). Hệ quả: khu vực tôi không hoàn toàn sẽ dịch chuyển về phía có tốc độ nguội nhỏ (hạt thô, suy giảm tính dẻo, độ dai va đập vùng ảnh hưởng nhiệt). – Ngược lại, nếu tốc độ nung khi hàn lớn và t’+t” ngắn: mức độ đồng nhất hóa và tính ổn định của austenit giảm. Đặc trưng cho thép chứa các nguyên tố tạo cacbit. Hệ quả: khu vực tôi không hoàn toàn sẽ dịch chuyển về phía có tốc độ nguội lớn (vùng ảnh hưởng nhiệt bị giòn do mactenzit, có thể nứt) Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 5 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi 5 3.1 Đặc điểm và tính hàn của thép hợp kim thấp Có tương quan giữa sự thay đổi cơ tính của kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt với tốc độ nguội và thời gian t’+t”. • Cần xác định khoảng tốc độ nguội giới hạn và chọn giá trị tính toán theo tỷ lệ phần trăm martenzit trong tổ chức kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt bảo đảm cơ tính thích hợp của nó cho mục đích sử dụng: – Khi hàn thép độ bền cao: 20 – 30% mactenzit. – Cho tới 50% mactenzit: chỉ cho phép khi hàn các kết cấu có độ cứng vững nhỏ (có thể co dãn tự do) hoặc nếu sau khi hàn có tiến hành nhiệt luyện. • Tỷ lệ martenzit được phép ? Dải tốc độ nguội cần thiết Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 6 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, ĐH B K Hanoi 6 3.1 Đặc điểm và tính hàn của thép hợp kim thấp Vớ i mỗi loại thép hợp kim thấp, có một dải tốc độ nguộ i tố i ưu ∆wo pt (từ w1 đến w2), trong đó không xuất hiện nứ t vùng ảnh hưởng nhiệt và cơ tính được coi là đạt yêu cầu. • Giá trị ∆wopt thường được áp dụng cho 500÷600 o C (vùng ít ổn định nhất của austenit). – K hi w > w2: vùng ảnh hưởng nhiệt bị tôi mạnh, tính dẻo giảm. – K hi w < w1: xảy ra hiện tượng tăng kích thước hạt vùng ảnh hưởng nhiệt, tính dẻo và độ dai va đập của nó bị suy giảm. • Biện pháp thường dùng nhất để bảo đảm ∆wo pt là nung nóng sơ bộ Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 7 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CN KL, ĐH B K Hanoi 7 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram • Kim loạ i cơ bản: cấu trúc mactenzit. (so với thép HSLA: chủ yếu có cấu trúc ferit, peclit). – Giới hạn chảy 350÷1240 M Pa, trạng thái tôi và ram (QT steel), chứa từ 0,10÷0,25% C. – Mn, Si, Cr, Ni, Mo, V, Ti, B, Cu, Nb (để tạo tổ chức mactenzit và bainit dưới có độ bền và độ dai va đập tốt). – Được tôi đặc biệt trong nước từ 815÷870 oC và ram ở 540÷595 oC. • Các mác thép tiêu biểu: – AST M A537 cấp Gr. B (thiết bị áp lực). – AST M A514/517: ví dụ T-1(xe công trình, cầu, tòa nhà, thiết bị xưởng cán, thiết bị áp lực và đường hầm dẫn nước). – AST M A543: ví dụ HY-80, H Y-100; H Y-130 (kết cấu ngoài khơi). • Công nghệ hàn: – Biện pháp công nghệ đặc biệt nhằm khống chế tốc độ nguội của kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt và của cả kim loại mố i hàn. – Không cần nhiệt luyện bổ sung sau khi hàn, trừ khi thật cần thiết ram khử ứng suất dư. Tại sao? Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 8 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi 8 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram • Thí dụ hàn thép A537 Gr. B: – Cấu trúc hạt mịn, được tôi và ram để có độ bền và độ dai va đập cao (20J tại – 60 oC) cho chiều dày đến 100 mm. Cr, Ni, Mo, V cải thiện tính nhiệt luyện của thép. – Ứng dụng: bể chứa, bình chứa áp lực và các kết cấu nhiệt độ thấp. 2222Độ dãn dài tương đối [%] 410345Giới hạn chảy [MPa] 550÷690480÷620Độ bền [MPa] 0,24 C (tiêu biểu max 0,20); 0,70÷1,35 Mn (tiêu biểu min 1,00); max 0,035 P; max 0,040 S; 0,15÷0,50 Si; Al để tạo hạt m ịn; max 0,35 Cr; max 0,25 Ni; max 0,25 Cu; max 0,08 Mo. Thành phần hóa học [%] A537 B (Q &T)A537 A (thường hóa)Tính chất Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 9 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, ĐH B K Hanoi 9 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram • Thí dụ hàn thép A537 Gr. B: – Vậ t liệu hàn chứa ít hydro. – Nung nóng sơ bộ: theo chiều dày tấm, nhiệt độ bên ngoài và mức độ cứng vững của liên kết (40÷100 oC). – Kim loại mố i hàn: cần có độ bền, độ dai va đập ở nhiệt độ thấp như của kim loại cơ bản. – Que hàn: • A W S E8018 C1 (chứa 2% Ni) hoặc E8018 C2 (chứa 3 % Ni): mọ i tư thế hàn. • E8018C3 (chứa 1% Ni) chỉ đáp ứng các yêu cầu về độ dai va đập cho hàn ở tư thế hàn sấp. Tại sao? – Hàn dưới lớp thuốc: • Hàn nhiều lớp với tốc độ cao hay hàn ít lớp với tốc độ thấp? • Dây hàn 2,5Ni-Cu hoặc Ni-M n- Mo (MIL-1005 C1 với %: 0,04 C; 1,6 M n; 0,30 Si; 0,30 Mo; 1,7 Ni và 0,005 S; 0,005 P). Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 10 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi 10 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram • Thí dụ hàn thép tôi và ram nồng độ cacbon thấp T-1 (thép ASTM A514/A517): – được hợp kim hóa bằng nhiều nguyên tố và có chứa bo (B). – giới hạn chảy tối thiểu là 690 MPa. – kết cấu xe công trình, các thiết bị di động và cầu, tòa nhà, bình chứa áp lực, bể chứa, đường hầm dẫn nước, tàu biển, v.v. – ở trạng thái tôi và ram có cấu trúc bainit ram và mactenzit ram (tôi trong nước từ 890 oC và ram ở tối thiểu 620 oC). Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 11 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CN KL, ĐH B K Hanoi 11 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram • Thí dụ hàn thép tôi và ram nồng độ cacbon thấp T-1 (thép AST M A514/A517): Các mác thép: – M n-Si-Cr-Mo-Zr-B (A517 A), – M n-Cr-M o-V-B (A517 B), – M n- Mo-B (A517 C), – Cr-Mo-Cu-Ti-B (A517 D), – Cr-Mo-Cu-Ti-B (A517 E), – M n-Ni-Cr-Mo-Cu-V-B (A517 F), – M n-Si-Cr-Mo-Zr-B (A517 G), – M n-Ni-Cr-Mo-V-B (A517 H), – M n- Mo-B (A517 J), – M n- Mo-B (A517 K), – Cr-Mo-Cu-Ti-B (A517 L), – M n-Ni-M o-B (A517 M). Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 12 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CN KL, ĐH B K Hanoi 12 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram • Thí dụ hàn thép tôi và ram nồng độ cacbon thấp T-1 (thép AST M A514/A517): thép tiêu biểu T-1 (A514 Gr.B và A517 Gr.B). –0,01÷0,03–Ti Tối thiểu 0,00050,0005÷0,0050,002÷0,006B ––0,15÷0,50Cu 0,03÷0,080,03÷0,080,03÷0,08V 0,20÷0,300,15÷0,250,40÷0,60Mo 0,40÷0,650,40÷0,650,40÷0,65Cr 0,30÷0,70–0,70÷1,00Ni 0,20÷0,350,20÷0,350,15÷0,35Si 0,95÷1,300,70÷1,000,60÷1,00Mn 0,12÷0,210,12÷0,210,10÷0,20C T-1 loại BT-1 loại AT-1[%] Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 13 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi 13 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram • Thí dụ hàn thép tôi và ram nồng độ cacbon thấp T-1 (thép ASTM A514/A517): thép tiêu biểu T-1 (A514 Gr.B và A517 Gr.B). – Trang thái kim loại cơ bản: • Sau cán nóng: ferit trước cùng tích và mactenzit cacbon cao với giới hạn chảy tương đối thấp (550 MPa cùng độ dai va đập thấp ở – 46 oC). • Sau khi tôi: các sản phẩm phân hủy austenit ở nhiệt độ thấp, tức là mactenzit và bainit. Giới hạn chảy và độ dai va đập cao hơn nhiều. • Ram ở nhiệt độ trên 593 oC: giới hạn chảy và giới hạn bền giảm đáng kể, nhưng độ dãn dài tương đối lại tăng gần 2 lần, và độ dai va đập tăng đáng kể. – Vật liệu hàn cần bảo đảm độ bền, tính dẻo và độ dai va đập tương đương với kim loại cơ bản: • Que hàn theo AWS A5.5 loại E 11018-M hoặc E 11018-G (E 10018-M; E 10018-G). • E 11015 hoặc E 11016 cũng được sử dụng. • Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 14 N gô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, ĐH B K Hanoi 14 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ra m • Thí dụ hàn thép tôi và ram nồng độ cacbon thấp T-1 (thép AST M A 514/A517): thép tiêu biểu T-1 (A514 Gr.B và A517 Gr.B). 27 tại – 51 o C Không cần27 tại – 51 o C 27 tại – 51 o C Không cầnĐộ dai va đập Charpy-V tối thiểu [J] 2016162015Độ dãn dài tối thiểu [ %] 607600600672665Giới hạn chảy [ MPa] 690690690760760Độ bền [ M Pa] 0,10 0,75÷1,70 0,030 0,030 0,60 1,40÷2,10 0,35 0,25÷0,50 0,05 – 1,0 min – – 0,80 min 0,50 min 0,30 min 0,20 min 0,10 min 0,15 1,65÷2,0 0,030 0,040 0,80 – – 0,25÷0,40 – 0,10 1,30÷1,80 0,030 0,030 0,60 1,25÷2,50 0,40 0,25÷0,50 0,05 – 1,0 min – – 0,80 min 0,50 min 0,30 min 0,20 min 0,10 min [ %] C M n P S Si Ni Cr M o V E10018- ME10018-GE11018-D2E11018- ME11018-GTính chất • Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 15 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, ĐH B K Hanoi 15 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram • Thí dụ hàn thép tôi và ram nồng độ cacbon thấp T-1 (thép ASTM A514/A517): thép tiêu biểu T-1 (A514 Gr.B và A517 Gr.B). – qd nhỏ , Tp tương đối thấp. Que hàn bazơ ít hydro phải được sấy kỹ với độ ẩm dưới 0,2%. – Hàn dưới lớp thuốc: dây hàn Mn-Ni-Cr-Mo với thuốc hàn trung tính hoặc dây hàn thép cacbon thấp kết hợp với thuốc hàn gốm dùng riêng cho thép T-1. – Hàn trong môi trường khí bảo vệ Ar+O 2 bằng điện cực nóng chảy, dây hàn Mn-Ni-Cr-M o. – Phải cân đối giữa yêu cầu hạn chế qd và lượng hydro hòa tan trong kim loại mối hàn. Cân đối thế nào? Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 16 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi 16 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram • Thí dụ hàn thép tôi và ram nồng độ cacbon thấp T-1 (thép ASTM A514/A517): thép tiêu biểu T-1 (A514 Gr.B và A517 Gr.B). – Không ram sau khi hàn vì • Ram khử ứng suất dư ở 510÷694 oC làm giảm độ dai va đập của kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt, đặc biệt khi vật hàn được làm nguội chậm. • Có thể tạo nên nứt giữa các tinh thể trong khu vực hạt thô của vùng ảnh hưởng nhiệt (xảy ra ở ngay giai đoạn đầu khi nung, trước khi khử được ứng suất dư (hiện tượng nứt do ram). – Nếu thực sự cần thiết tiến hành nhiệt luyện khử ứng suất dư để ổn định hóa kích thước trong quá trình gia công cơ tiếp theo hoặc để chống ăn mòn dưới ứng suất: • Nhiệt độ ram khử ứng suất dư không đưọc vượt quá nhiệt độ ram trước khi hàn (620 oC đối với thép T-1), hoặc dưới nhiệt độ đó khoảng 30 oC để tránh giảm độ bền của thép. Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 17 N gô Lê Thông, B/ m Hàn CN K L, ĐH B K Hanoi 17 3.3 Công nghệ hàn thép hợp ki m thấp ch ịu nhiệt 3.3.1 Kim loại cơ bản – Vận hành lâu dài ≤ 600 o C. Chế tạo thiết bị các nhà máy nhiệt điện, nhà m áy sản xuất phân hóa học và nhà m áy hóa dầu. – Khả năng chống oxi hóa cao, chống ăn mòn cao trong môi trường sulphit, có độ bền nhiệt cao – Thép Cr – Mo (0,5 hoặc 1 % M o tùy % Cr) và thép Cr – M o – V có cấu trúc peclit. – Ví dụ: 0,5Cr-0,5 M o; 1Cr-0,5 M o; 1,25Cr-0,5 M o; 2Cr- 0,5 M o; 2,25Cr-1 Mo; 3Cr-1 M o; 5Cr-0,5 M o; 5Cr-0,5 M o Si; 5Cr-o,5M o Ti; 7Cr-0,5 M o; 8Cr-1 M 0; 12 X M; 15 X M ; 12 X1 MΦ ; 15 X 1 M 1Φ ; 12 X2 MΦC P; 12 X1 MΦБ ; – Trạng thái cung cấp: ủ hoặc thường hóa và ram. Khi hàn: tôi trong không khí → tính dẻo, độ dai va đập giảm. – Do đó cần ra m sau khi hàn (ram mactenzit và khử ứng suất dư). Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 18 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi 18 3.3 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp chịu nhiệt 3.3.3 Vật liệu hàn, công nghệ và kỹ thuật hàn – Quá trình hàn: • Hàn hồ quang, hàn điện xỉ. – Yêu cầu với vật liệu hàn: • Ít hydro. Nung sơ bộ và ram sau khi hàn. Tp tăng theo chiều dày tấm, giảm khi hydro khuyếch tán giảm. • Kim loại mối hàn: độ bền và tính dẻo cần thiết (chứa các nguyên tố tạo cacbit mạnh nhằm ngăn khuyếch tán KLCB – KLMH). –Vì vậy yêu cầu thành phần mối hàn gần giống KLCB: • max. 0,15% C; và max. 0,5% Si; 1,5% Mn; 1,5% Cr; 2,5% Ni; 0,5% V; 1,0% Mo và 0,5% Nb. Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 19 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi 19 3.3 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp chịu nhiệt 3.3.3 Vật liệu hàn, công nghệ và kỹ thuật hàn – Công nghệ hàn: • Ram khử ứng suất dư (liên tục với nung sơ bộ và hàn). • Tuy nhiên thép có max 2,25%Cr có thể được làm nguội đến 25oC rồi ram. • Nếu không liên tục được, phải để hydro thoát hết (ở 427oC và 3 min/25mm rối mới giảm xuống 25oC và ram sau đó). 680÷7609Cr-1Mo 680÷7607Cr-0,5Mo 680÷7605Cr-0,5MoTi 680÷7605Cr-0,5MoSi 680÷7605Cr-0,5Mo 680÷7603Cr-1Mo 680÷7602,25Cr-1Mo 680÷7602Cr-0,5Mo 590÷7451,25Cr-0,5Mo 590÷7301Cr-0,5Mo 590÷7000,5Cr-0,5Mo Nhiệt độ ram khử ứng suất dư [oC] Loại thép Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 20 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi 20 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình • Thiết bị áp lực, chịu tải trọng lớn, có độ bền cao (980÷1900 MPa hoặc hơn) và tính dẻo cao sau nhiệt luyện (tài liệu của Nga gọi là thép hợp kim trung bình có nồng độ cacbon trung bình). • Max. 0,5% C, 5÷9% hợp kim. Cr, Mo, Ni làm bền hóa pha ferit và tăng tính thấm tôi của thép. Thành phần tiêu biểu: 33X3HBΦMA, 43X3CHBΦM A, 30XH2MΦA • Cơ tính cần thiết: sau khi tôi và ram cao hoặc ram thấp. • Do tính thấm tôi mạnh, khi hàn bằng các chế độ hàn thông thường, kể cả sử dụng các biện pháp giảm tốc độ nguội, như nung nóng sơ bộ, tại vùng ảnh hưởng nhiệt bao giờ cũng chứa một lượng lớn mactenzit, gây giảm cơ tính và nứt. • Có tính hàn kém, chỉ hàn khi thật cần thiết theo công nghệ đặc biệt mà không nung nóng sơ bộ. Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 21 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi 21 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình Xác định chế độ hàn: – Không nung nóng sơ bộ khi hàn. – Biện pháp công nghệ: • Tăng thời gian lưu kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt trong khoảng nhiệt độ Ac3÷TMs • Để vùng ảnh hưởng nhiệt của lớp hàn “tự ram” bởi nguồn nhiệt hàn của các lớp tiếp theo. Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 22 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi 22 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình • Xác định chế độ hàn: 2 điểm 1 và 2 nằm gần chân mối hàn và bề mặt mối hàn. nc nc Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 23 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, ĐH B K Hanoi 23 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình • Xác định chiều dài phân đoạn hàn ( )202 2 4 TTvc qkl b c −= ρδπλ l: chiều dài phân đoạn hàn bảo đảm vùng ảnh hưởng nhiệt của lớp trước chỉ nguội đến Tb kc: hệ số cháy của hồ quang (thời gian có hồ quang/tổng thời gian hàn đoạn đó), 0,6 – 0,8 cho hàn hồ quang tay, 0,8 – 0,9 cho hàn tự động và bán tự động Tb = TMs + (50 đến 100 oC)λ = 0,09 cal/cm.s.oC; cρ = 1,25 cal/cm 3.oC; δ = [cm] chiều dày tấm v = [cm/s] tốc độ hàn •Tự đọc ở nhà. Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 24 N gô Lê Thông, B/ m Hàn CN K L, ĐH B K Hanoi 24 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình • X ác định chiều dài phân đoạn hàn ( )202 22 37,0 TTv qkkl b c −= δ k3: hệ số hiệu chỉnh theo kiểu liên kết hàn; 1,5: hàn giáp mố i; 0,9: hàn chữ T và hàn chồng; 0,8: hàn chữ thập. •Tự đọc ở nhà. Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 25 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, ĐH B K Hanoi 25 • Xác định thời gian tb lưu kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt trên nhiệt độ Tb 1. Tì m công suất tính toán của hồ quang 2. Tính nhiệt độ tương đối 3. Tính khoảng cách tương đối của vùng ảnh hưởng nhiệt 4. Tính thờ i gian tác động tương đối của nguồn nhiệt 5. Tính thờ i gian nung vùng ảnh hưởng nhiệt lớp thứ nhất (cao hơn nhiệt độ Tb) 6. Tính thờ i gian nung vùng ảnh hưởng nhiệt lớp trên cùng (cao hơn nhiệt độ Tb) 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình • Tự đọc ở nhà. Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 26 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, ĐH B K Hanoi 26 1. Tì m công suất tính toán của hồ quang qkkq qct = qt: công suất tính toán, [cal/s] kc: hệ số cháy của hồ quang, [-] kq: hệ số quy đổi công suất nhiệt theo kiểu liên kế t hàn, (1: cho liên kế t hàn giáp mố i; 0,60 cho liên kết hàn chữ T và hàn chồng) 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình 1. Tự đọc ở nhà. Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 27 N g ô Lê Thông, B/ m Hàn CN K L, ĐH B K Hanoi 27 2. Tính nhiệt độ tương đố i ( )0/2 TTq abl t −= λδθ qt: công suấ t tính toán, [cal/s] b: = 2α /cρδ, hệ số tính đến sự tản nhiệt bề m ặ t, [1/s] a: = λ /cρ, hệ số dẫn nhiệt độ , [c m 2/s] 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình • Tự đọc ở nhà. Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 28 N g ô Lê T hô n g, B/ m H à n C N K L, ĐH B K H a n oi 28 3 . T ính kh oảng cách tươn g đố i của v ù n g ản h hưởn g n hiệ t đến tâ m nguồn nhiệ t hàn xab /1 =ρ |x| : k h oảng cách tính toán từ nguồn nhiệ t phẳng đến v ù ng ảnh hưởn g nhiệ t (= ½ ch iều rộng rãnh hàn tại bề m ặ t trên đố i vớ i mố i hàn giáp mố i ; = ½ cạnh mố i hàn góc) b: = 2 α /cρδ, hệ số tính đến sự tản n hiệ t bề mặ t, [1/s] a: = λ /cρ, hệ số dẫn nhiệ t độ , [c m 2/s] 3 .4 C ô n g n g hệ hàn thép độ bền cực cao có nồn g độ cacbo n trun g bìn h • Tự đọc ở nhà. Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 29 N g ô Lê Thông , B/ m Hàn C N K L, ĐH B K Hanoi 29 4. Tính thờ i gian tác động tương đố i của nguồn nhiệt (tổng thờ i gian hàn đầy toàn bộ đoạn hàn, kể cả thờ i gian gián đoạn): ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +−= 11 c c k n v lbbt b: = 2 α /cρδ, hệ số tính đến sự tản nhiệt bề m ặ t , [1/s] kc: hệ số cháy của hồ quang, [-] n: tổng số lớp hàn v: tốc độ hàn [c m/s] l: chiều dài đoạn hàn [c m] 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình • Tự đọc ở nhà. Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 30 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHBK Hanoi 30 5. Xác định thời gian nung tương đối btb bằng tra bảng từ các giá trị r1, q, btc: 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình • Tự đọc ở nhà. Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 31 N gô Lê Thông, B/m Hàn C N K L, ĐH B K Hanoi 31 5. X ác định thời gian nung tương đố i btb bằng tra bảng từ các giá trị r1, q, btc: • Tính thờ i gian nung vùng ảnh hưởng nhiệt của lớp thứ nhất lên nhiệt độ T cao hơn T b: 6. Tính thờ i gian nung vùng ảnh hưởng nhiệ t của lớp trên cùng lên nhiệt độ T cao hơn T b: ( ) b btt bb =1 ( ) ( ) c c bnb tvk ltt −+= 1 Vớ i tc: thờ i gian hàn toàn bộđoạn khảo sát mối hàn nhiều lớp, kể cả thời gian gián đoạn 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình • Tự đọc ở nhà. Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 32 N gô Lê Thông, B/ m Hàn CN K L, ĐH B K Hanoi 32 • Các thờ i gian (tb)1 và (tb)n đã tính phải lớn hơn thời gian phân hủy đẳng nhiệt ở nhiệ t độ đó đối vớ i mác thép đang khảo sát. • Tuy nhiên, nếu martenzit vẫn xuất hiện (do không thể đáp ứng hoàn toàn đ iều kiện trên), không được để các thay đổi thể tích do xuất hiện martenzit tạo ra nứ t vùng ảnh hưởng nhiệt (trước khi tiến hành ra m ): – Từ lúc hàn xong đến lúc ram, nhiệt độ vùng ảnh hưởng nhiệt không được tụt xuống dướ i 120 – 150 oC 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 33 N g ô Lê Th ôn g, B/ m H à n C N K L, ĐH B K H a n oi 3 3 – N hiệ t h à n của các lớp tiếp theo cần bảo đảm “tự n hiệ t lu yện” (ra m) v ù n g ản h hưởn g nhiệ t đã b ị tôi của các lớp đã hàn trước : • N hiệ t độ tạ i đó p hả i đạ t tớ i 600 – 7 0 0 oC • K ế t quả là sẽ hình thàn h tổ chức troostit h oặc hỗn hợp troostit và sorbit, có độ cứn g H B 3 6 0 - 41 0 – Để đạ t được đ iều này , có thể sử dụn g chế độ hàn nh iều lớp trên cơ sở sơ đồ tính toán sau: 3 .4 C ô n g ng hệ hàn thép độ bền cực cao có nồn g độ cacb o n trun g bình Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 34 N g ô Lê T hô n g, B/ m H à n C N K L, ĐH B K H a n oi 34 – K hi hàn đườn g 1: hìn h thàn h vùng tôi 4 – K hi hàn đườn g 2: hìn h thàn h vùng tôi 4 và v ù n g ra m 3 (trùn g mộ t phần vớ i vù n g tôi 4 của đườn g hàn 1) 1: đườn g hàn thứ nhấ t 2: đườn g hàn thứ hai 3: vùng ra m của đườn g hàn 2 4: vùng tôi của 1 và 2 3.4 C ô n g n g hệ hàn thép độ bền cực cao có nồn g độ cacbo n trun g bìn h Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 35 N gô Lê Thông , B/ m Hàn C N K L, ĐH B K Hanoi 35 – Tốc độ hàn đường hàn thứ ba (5) chậm hơn tốc độ hàn các đường hàn trước đó sẽ đủ tạo ra vùng ra m (6) khu vực đã bị tôi bởi nhiệt hàn của các đường (1) và (2). 5: đường hàn thứ ba 6: ra m vùng tôi của đường hàn thứ nhất và thứ hai 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 36 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, ĐH B K Hanoi 36 – Chế độ hàn đường thứ tư (7) phải bảo đảm ram toàn bộ các vùng đã bị tôi bởi các đường hàn trước đó 7: đường hàn thứ tư 8: vùng ram do đường hàn thứ ba và thứ tư tạo ra 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 37 N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi 3 7 • C á c h tín h to á n : – K h o ản g cá c h tớ i t â m n g uồn n hiệ t (cρ = 1,2 5 ) : – N h iệ t độ tố i đ a k hi h à n giá p m ố i : – K h o ản g cá c h y sẽ l à: max 433,0 vT qr = yvc qT 2 484,0 max ρδ= maxmax 193,0 2 484,0 Tv q Tvc qy δρδ == 3. 4 C ô n g n g h ệ h à n th é p độ bền cực c a o có nồn g độ ca c b o n tr un g b ìn h Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 38 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, ĐHB K Hanoi 38 • Cần tránh để hydro làm nứt vùng đường chảy: – Kim loại mối hàn phải có khả năng biến dạng cao hơn và độ bền thấp hơn kim loại cơ bản. Kim loại mối hàn:chứa ít cacbon (max. 0,15%) và nguyên tố hợp kim hơn kim loại cơ bản Nhiệt độ chuyển biến martenzit: T = 550 – [360C + 40(Mn + Cr) + 20Ni + 28 Mo] xảy ra ở nhiệt độ cao hơn so với của kim loại cơ bản 26.10-534.10-90,20,9100 26.10-218.10-30,754,0500 FeritAustenitFeritAustenit cm3 Hydro/m m2.hcm3 Hydro/100gNhiệt độ oC 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 39 N gô Lê Thông, B/m Hàn CN K L, ĐH B K Hanoi 39 • Lựa chọn vật liệu hàn:Vật liệu hàn phải tạo kim loại mối hàn có khả năng biến dạng cao và giảm xuống tối thiểu lượng hydro thâm nhập vào mối hàn. – Que hàn thép hợp kim thấp loại vỏ bọc hệ bazơ (chứa ít hydro) hoặc (tốt hơn hết là) – Vậ t liệu hàn austenit để tạo kim loại mối hàn có cấu trúc thép austenit Cr-Ni hoặc Cr-Ni-Mn (dây hàn 08X20 H 9Г7T, 08X21 H10Г6, thuốc hàn hệ xỉ bazơ , hoặc que hàn austenit ЭA-1Г6). 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 40 N g ô L ê T h ô n g, B/ m H à n C N K L , Đ H B K H a n oi 4 0 • Đặ c đ iểm cô n g ng hệ và kỹ th uậ t h à n: – H à n hồ q u a n g tay: q u e hà n 1 0 X 1 6 H 2 5 Ю M 6ЭA - 3 M Φ 1 3 X 2 5 H 1 8ЭA - 2Г6 0 8 X 2 1 H 1 0Г6, 0 8 X 2 0 H 9Г7ЭA - 1Г6 T h à n h phần mố i hàn N h ó m 3 .4 C ô n g n g hệ h à n th é p độ bền cực ca o có nồn g độ cac b o n trun g bìn h Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 41 N g ô Lê T hô n g, B/ m H à n C N K L, ĐH B K H a n oi 41 • Đặc đ iểm côn g nghệ và kỹ thuậ t hàn: – H à n hồ q uang tay: • K h ô n g n u n g nó n g sơ bộ nhưn g kiểm soát chặ t thờ i gian từ lúc hàn xon g (T m i n = 12 0 – 200 oC tạ i vù n g ảnh hưởn g nhiệ t) đến lúc n hiệ t luyện sau khi hàn, kỹ thuậ t hàn bậc thang (trườn g hợp có thể nhiệ t luyện sau k hi hàn) • H à n đắp lớp ló t lên m ép vát bằn g que hàn austenit hoặc que hợp ki m thấp vỏ bọc bazơ . C hiều dày lớp ló t phả i bảo đảm đố i vớ i vùn g ảnh hưởn g nhiệ t T m ax ≤ Tram (trườn g hợp khô n g thể nhiệ t lu yện sau khi hàn) 3.4 C ô n g n g hệ hàn thép độ bền cực cao có nồn g độ cacbo n trun g bìn h Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 42 N gô Lê Thông, B/ m Hàn CN K L, ĐH B K Hanoi 42 • Đặc đ iểm công nghệ và kỹ thuậ t hàn: – H àn dướ i lớp thuốc: • D ây hàn 08 X 21 H 10Г6 và 08 X 20H 9Г7 T, thuốc hàn hệ x ỉ bazơ loại dùng cho hàn thép hợp ki m cao austenit • C hế độ hàn phả i bảo đảm lượng ki m loại cơ bản tha m gia vào mố i hàn là tối thiểu, bảo đảm hình dạng và kích thước mố i hàn. 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 43 N g ô Lê Thông, B/ m H à n C N K L, ĐH B K H a noi 43 • Đặc đ iểm công nghệ và kỹ thuậ t hàn: – H à n trong m ôi trường khí bảo vệ : • K hí trơ (cũng có thể pha khí hoạ t tính) • D â y hàn thép hợp ki m thấp, cacbon thấp 10 XГC H 2 M T, 03 XГH 3 MД • D â y austenit 08 X 2 0 H 9Г7 T, 10 X 16 H 2 5 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình