Giáo trình Công nghệ Hàn điện nóng chảy - Chương 1: Khái niệm chung về Hàn thép

197 trang huongle 3620

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Công nghệ Hàn điện nóng chảy - Chương 1: Khái niệm chung về Hàn thép", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_cong_nghe_han_dien_nong_chay_chuong_1_khai_niem_c.pdf

Nội dung text: Giáo trình Công nghệ Hàn điện nóng chảy - Chương 1: Khái niệm chung về Hàn thép

Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆ M CHUNG VỀ HÀN THÉP 1.1 Phân loạ i thép dùng cho chế tạo kết cấu hàn 1.2 Tính hàn của thép 1.3 Nứt và độ lành lặn của liên kết hàn thép 1.4 Tiêu chí lự a chọ n công nghệ và chế độ nhiệt cho hàn thép Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 1 Đ HBK Hanoi 1
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.1 PHÂN LOẠ I THÉP DÙNG CHO CHẾ T Ạ O K Ế T CẤ U HÀN •Thép được phân loại theo nhữ ng tiêu chí nào: –Công nghệ hàn điện nóng chả y. Nguyễ n Vă n Tự 1980, Ngô Lê Thông 2005. Lư u ý ảnh hưởng củ a các thay đổi trong công nghệ luyệ n thép đến chất lượng thép. Phân loại: theo IIW, theo AISI, v.v. 1.1 Thép cacbon 1.2 Thép kết cấu hợ p kim thấ p 1.3 Thép hợ p kim thấp 1.4 Thép hợ p kim cao Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 2 Đ HBK Hanoi 2
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.1 PHÂN LOẠ I THÉP DÙNG CHO CHẾ T Ạ O K Ế T CẤ U HÀN 1.1.1 Thép cacbon (TCVN 1765 : 1975 Thép cacbon kết cấ u thông thường – Mác thép và yêu cầ u kỹ thuật; TCVN 1766 : 1975 Thép cacbon kết cấ u chất lượng tốt – Mác thép và yêu cầ u kỹ thuật) • Định nghĩa: •Cơ tính củ a thép phụ thuộ c vào: • Thép cacbon thấ p/cự c thấ p: • Thép cacbon thấ p đ ã nhiệt luyệ n: • Thép cacbon – mangan: • Thép cacbon trung bình: • Thép cacbon cao: • Thép cacbon cự c cao: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 3 Đ HBK Hanoi 3
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.1 PHÂN LOẠI THÉP DÙNG CHO CHẾ T Ạ O K Ế T CẤ U HÀN • 1.1.2 Thép kết cấu hợp kim thấp (thép hợp kim thấp độ bền cao) • Định nghĩa: •Thép kết cấu bền ăn mòn khí quyển: • Thép cán có kiể m soát (CR): • Thép ít perlit: •Thép hợp kim vi lượng: •Thép ferit hình kim: •Thép 2 pha ferit –mactenzit: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 4 Đ HBK Hanoi 4
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.1 PHÂN LOẠI THÉP DÙNG CHO CHẾ TẠO KẾT CẤU HÀN • 1.1.3 Thép hợp kim thấp • Định nghĩa: •Thép tôi vàram nồng độ cacbon thấp: •Thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình: •Thép chịu nhiệt Cr – Mo/ Cr – Mo – V: • Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 5 ĐHBK Hanoi 5
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.1 PHÂN LOẠ I THÉP DÙNG CHO CHẾ T Ạ O K Ế T CẤ U HÀN • 1.1.4 Thép hợ p kim cao • Định nghĩa: • Thép không gỉ crom (F và M/F-M) • Thép không gỉ austenit (A) • Thép không gỉ duplex (F-A) • Thép không gỉ biến cứ ng kết tủa • Thép maraging: • Thép austenit mangan: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 6 Đ HBK Hanoi 6
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.2 TÍNH HÀN CỦ A THÉP VÀ CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢ N C Ủ A TÍNH HÀN 1.2.1 Một số khái niệm cơ bản 1.2.2 Chu trình nhiệt hàn và tính chất vùng ảnh hưởng nhiệt 1.2.3 Giản đồ phân hủy của austenit vùng ảnh hưởng nhiệt và kim loại mối hàn Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 7 Đ HBK Hanoi 7
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.2.1 Một số khái niệm cơ bản về tính hàn • Định nghĩa AWS: •ISO 581:1980: 1. Mối hàn lành lặn, không nứt 2. Cơ tính thích hợp 3. Duy trì tính chất khi vận hành •Các chỉ tiêu đánh giá tính hàn: 1. . (liên quan đến chế độ nhiệt) 2. . (liên quan đến khả năng nứt) 3. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 8 Đ HBK Hanoi 8
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.2.2 Chu trình nhiệt hàn và tính chất vùng ảnh h ưởng nhiệt • Định nghĩa (hình vẽ minh họa): • Ý nghĩa của việc tính toán: •Khi nào cần xác định chu trình nhiệt hàn: 1. Thép (loại nào): Thông số thời gian nguội 800 – 500 o C là gì: Giá trị tiêu biểu cho từng loại quá trình hàn: 2. Hợ p kim titan Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 9 Đ HBK Hanoi 9
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.2.3 Giả n đồ phân hủ y củ a austenit vùng ảnh h ưởng nhiệt và kim loại mố i hàn •Các loại thép có chuyể n biến pha ở trạng thái rắn •Giả n đồ phân hủ y củ a austenit (tại khu vự c nào của liên k ết hàn) khi hàn có ý nghĩa gì? •Giả n đồ phân hủ y không đẳng nhiệt cho hàn (CCT diagrams). Ý nghĩa. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 10 Đ HBK Hanoi 10
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.3 NỨ T VÀ ĐỘ LÀNH LẶ N CỦ A LIÊN KẾ T HÀN THÉP 1.3.1 Khái niệm, phân loại nứ t: liên quan đến khái niệ m khuyết tật 2 chiề u, 3 chiề u. Chủ y ế u: thép. 1.3.2 Nứt nóng: thời gian và nhiệt độ hình thành. 1.3.3 Nứt nguộ i: thời gian và nhiệt độ hình thành:. 1.3.4 Nứt tầ ng: y ế u tố tính chất và hướng chịu tải. 1.3.5 Nứt do ram mố i hàn: thời gian hình thành. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 11 Đ HBK Hanoi 11
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.3.1 Khái niệm, phân loại nứt • Tính hàn đòi hỏi: liên kết hàn lành lặn, có tính chất đáp ứng yêu cầu vận hành. • Độ lành lặn: đánh giá chủ yếu thông qua khả năng hình thành nứt. •Các loại tính hàn: –Tốt –Bảo đảm –Kém •Phân loại nứt chủ yếu theo dải nhiệt độ xuất hiện (như trang trước). Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 12 Đ HBK Hanoi 12
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.3.2 Nứt nóng •Nơ i xuấ t hiệ n •Chỗ xuất hiệ n •Nguyên nhân: • Đặc điểm chung: 1. Dải nhiệt độ: 2. Khả nă ng biế n dạ ng: 3. Dạ ng tồ n tại: •Cơ chế hình thành: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 13 Đ HBK Hanoi 13
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.3.2 Nứt nóng •Các yế u tốảnh hưởng đến nứt nóng •Các dạ ng nứt nóng: 1. Trong kim loại mối hàn: 2. Trong vùng ả nh hưởng nhiệt: • Đ ánh giá khả nă ng nứt nóng: •Biệ n pháp phòng chố ng: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 14 Đ HBK Hanoi 14
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.3.3 Nứt nguội •Nơi xuất hiện: •Chỗ xuất hiện: • Nguyên nhân: • Điều kiện hình thành: 1. Lượng hydro khuyếch tán: 2. Tổ chức kim loại nhạy cả m: 3. Sự tồn tại của ứng suất kéo: 4. Nhiệt độ thấp: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 15 Đ HBK Hanoi 15
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.3.3 Nứt nguội • Đ ánh giá khả năng hình thành •Các biện pháp hạn chế: 1. Kiể m soát nồng độ hydro: 2. Kiể m soát tổ chức tế vi: 3. Kiể m soát độ cứng vững: 4. Kiể m soát nhiệt độ: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 16 Đ HBK Hanoi 16
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.3.4 Nứt tầng •Nơi xuất hiện: •Hình dạng: •Nguyên nhân: 1. Tính chất thép theo hướng chiều dày: 2. Công nghệ và chế độ hàn: 3. Kết cấu: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 17 Đ HBK Hanoi 17
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.3.4 Nứt tầng • Đ ánh giá khả năng hình thành: 1. Thử mẫu: 2. Tính toán: •Các biện pháp hạn chế: 1. Chọ n kim loại cơ bản: 2. Hàn đắp lớ p lót: 3. Vật liệu hàn thích hợ p: 4. Kiể m soát nhiệt độ: 5. Biện pháp kết cấu: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 18 Đ HBK Hanoi 18
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.3.5 Nứt do ram mối hàn •Phạ m vi xuất hiệ n (loại kết cấ u, kim loại cơ bả n): •Phân loại và biệ n pháp phòng chố ng: 1. Nứ t trong dải 200 – 300 o C: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 19 Đ HBK Hanoi 19
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.3.5 Nứt do ram mối hàn •Phân loại và biệ n pháp phòng chố ng: 2. Nứ t trong vùng quá nhiệt của vùng ả nh hưởng nhiệt: 3. Nứ t dưới mối hàn đắp: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 20 Đ HBK Hanoi 20
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.4 CHỈ TIÊU LỰ A CHỌ N CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ ĐỘ NHIỆ T CHO HÀN THÉP 1.4.1 Thép cán trước khi hàn và không nhiệt luyện sau khi hàn •Chỉ tiêu : – Độ dai va đập tối thiểu cần thiết: tốc độ nguội tối ưu. –Hiệ n tượng hóa già: nồ ng độ O, N, H. –Nứt nóng: nồ ng độ Mn, S. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 21 Đ HBK Hanoi 21
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.4 CHỈ TIÊU LỰ A CHỌ N CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ ĐỘ NHIỆ T CHO HÀN THÉP 1.4.2 Thép thường hóa hoặ c thép tôi và ram cao trước khi hàn và nhiệ t luyệ n sau khi hàn •Chỉ tiêu : –Yêu cầ u về độ b ề n và cơ tính –Chế độ hàn: chố ng nứt nguội. Tố c độ nguội cho phép cao nhất. –Chố ng suy giảm độ b ề n tại khu vự c ram cao củ a vùng ả nh h ưởng nhiệt Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 22 Đ HBK Hanoi 22
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.4 CHỈ TIÊU LỰ A CHỌ N CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ ĐỘ NHIỆ T CHO HÀN THÉP 1.4.3 Thép thường hóa hoặc ram cao trước khi hàn và không nhiệt luyện sau khi hàn •Chỉ tiêu : –Loại kết cấu –Yêu cầu về khả năng chố ng phá hủ y giòn –Chế độ hàn: chố ng nứt nguội khi không ram và tránh tă ng kích thước hạt. Tố c độ nguội trong khoả ng tối ư u. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 23 Đ HBK Hanoi 23
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 1.4 CHỈ TIÊU LỰ A CHỌ N CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ ĐỘ NHIỆ T CHO HÀN THÉP 1.4.4 Thép ủ trước khí hàn và nhiệt luyện sau khi hàn •Chỉ tiêu: –Loại vật liệu cơ bản –Yêu cầu giống như tại 1.4.2 (tốc độ nguội cho phép cao nhất): bảo đảm không nứt nguội trước khi ram vật hàn. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 24 Đ HBK Hanoi 24
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ HÀN THÉP CACBON VÀ THÉP KẾ T CẤ U HỢ P KIM THẤ P 2.1 Công nghệ hàn thép cacbon thấp và thép kết cấu hợ p kim thấp 2.2 Công nghệ hàn thép hợp kim vi lượng 2.3 Công nghệ hàn thép cacbon trung bình và thép cacbon cao Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 1 Đ HBK Hanoi 1
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP CACBON THẤ P VÀ THÉP KẾ T CẤ U HỢ P KIM THẤ P 2.1.1 Thành phầ n và tính chất kim loại cơ bản 2.1.2 Sự hình thành mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt 2.1.3 Công nghệ hàn thép cacbon thấ p và thép kết cấ u hợ p kim thấp 2.1.4 Công nghệ hàn một số loại thép kết cấu hợ p kim thấ p điể n hình Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 2 Đ HBK Hanoi 2
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP CACBON THẤ P VÀ THÉP KẾ T CẤ U HỢ P KIM THẤ P 2.1.1 Thành phần và tính chất kim loại cơ bản •Nồng độ cacbon trong thép cacbon: 0,06÷0,9% (chế tạo máy); • Thép cacbon kết cấu thông thường: <0,25% • Thép sôi: max. 0,07%Si. Thép lặng min. 0,12%Si. 1. Thép cacbon kết cấu thông thường (thép thông dụng): 2. Thép cacbon kết cấu chất lượng tốt (thép chất lượng cao): 3. Thép kết cấu hợp kim thấp (thép hợp kim thấp ít cacbon, thép hợp kim thấp độ bền cao): Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 3 Đ HBK Hanoi 3
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP CACBON THẤ P VÀ THÉP KẾ T CẤ U HỢ P KIM THẤ P 2.1.2 Sự hình thành mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt M ối hàn a) Tổ chức thô đại kim loại cơ bản và kim loại mối hàn b) Một phần tổ chức kim loại mối hàn 1 – Vùng hạt mịn phát triển theo lớp (bề mặt kết tinh phẳng); 2 – Kết tinh dạng hình kim; 3 – Kết tinh dạng hình kim – nhánh cây; 4 – Các hạt kim loại nóng chảy bị quá nhiệt. Cấu trúc kim loại mối hàn khi kết tinh Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 4 Đ HBK Hanoi 4
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP CACBON THẤ P VÀ THÉP KẾ T CẤ U HỢ P KIM THẤ P 2.1.2 Sự hình thành mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt Vùng ảnh hưởng nhiệt càng hẹp càng tốt. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 5 Đ HBK Hanoi 5
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP CACBON THẤ P VÀ THÉP KẾ T CẤ U HỢ P KIM THẤ P 2.1.3 Công nghệ hàn thép cacbon thấp và thép kết cấu hợp kim thấp: •Tính hàn tốt. •Cơ tính liên kết hàn phụ thuộc vào: –Thành phần hóa học mối hàn Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 6 Đ HBK Hanoi 6
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP CACBON THẤ P VÀ THÉP KẾ T CẤ U HỢ P KIM THẤ P 2.1.3 Công nghệ hàn thép cacbon thấp và thép kết cấu hợp kim thấp: • Tính hàn tốt. •Cơ tính liên kết hàn phụ thuộc vào: –Tổ chức kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt –Chế độ nhiệt khi hàn: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 7 Đ HBK Hanoi 7
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP CACBON THẤ P VÀ THÉP KẾ T CẤ U HỢ P KIM THẤ P 2.1.3 Công nghệ hàn thép cacbon thấp và thép kết cấu hợp kim thấp: • Đặc điể m công nghệ và kỹ thuật hàn –Sử dụng đồ gá hàn hoặc hàn đính để gá lắp hàn. Xem lại phần hàn đính (học kỳ trước). –Làm sạch trước khi hàn. –Sử dụng các loại quá trình hàn nóng chảy: chú ý tỷ lệ tham gia của kim loại cơ bản vào mối hàn khi hàn thép kết cấu hợp kim thấp. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 8 Đ HBK Hanoi 8
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP CACBON THẤ P VÀ THÉP KẾ T CẤ U HỢ P KIM THẤ P 2.1.3 Công nghệ hàn thép cacbon thấ p và thép kế t c ấ u hợ p kim thấ p: • Công nghệ hàn hồ quang tay: –Kết cấ u thông thường từ thép cacbon thấ p: –Vớ i thép kết cấu hợ p kim thấ p: –Vớ i kết cấ u quan trọ ng từ cả 2 loại thép đ ó: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 9 Đ HBK Hanoi 9
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP CACBON THẤP VÀ THÉP KẾT CẤU HỢP KIM THẤP 2.1.3 Công nghệ hàn thép cacbon thấp và thép kết cấu hợp kim thấp: •Công nghệ hàn hồ quang tay: Kim loại cơ bản Mác que hàn -Loại que hàn Thép cacbon thấp OZS-4 GOST E46 (AWS E6013, ISO E433R25, DIN E4330R3) OZS-3 GOST E46 (AWS E7024, ISO E432RR16046, DIN E4320RR11160, EN E38ARR74) OZS-4I GOST E46 (AWS E6012, ISO E433AR24, DIN E4330AR7, EN E38AR12) MR-3M GOST E46 (AWS E6012, ISO E433AR24, DIN E4330AR7, EN E38AR12) OZS-12I GOST E46 (AWS E6012, ISO E433AR24, DIN E4330AR7) OZS-6 GOST E46 (AWS E6020, ISO E430RR12023, DIN E4300RR11120, EN E38ARR32) Thép kết cấu hợp UONI-13/45 GOST E42A (ISO E434B20, DIN E4340B10,EN E35AB22H10) kim thấp OZS-33 GOST E50A (AWS E7016, ISO E514B24, DIN E5140B10, EN E38AB12H10) Thép cacbon thấp MR-3 GOST E46 (AWS E6013, ISO E433R23, EN E38AR12) cho kết cấu quan OZS-12 GOST E46 (AWS E6013, ISO E432R12, DIN E4330R3, EN E38AR12) trọng UONI-13/55K GOST E46A (ISO E433B20H, DIN E4330B10H, EN E38AB22H10) UONI-13/55 GOST E50A (AWS E7015, ISO E514B20, DIN E5140B10, EN E380B22H10) Thép kết cấu hợp UONI-13/55K GOST E46A (ISO E433B20H, DIN E4330B10H, EN E38AB22H10) kim thấp cho kết UONI-13/55 GOST E50A (AWS E7015, ISO E514B20, DIN E5140B10, EN E380B22H10) cấu quan trọng Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 10 ĐHBK Hanoi 10
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP CACBON THẤ P VÀ THÉP KẾ T CẤ U HỢ P KIM THẤ P 2.1.3 Công nghệ hàn thép cacbon thấ p và thép kết cấ u hợ p kim thấp: •Công nghệ hàn hồ quang dưới lớp thuốc: – Thép cacbon thấp: –Với thép kết cấu hợ p kim thấp: –Lư u ý chế độ nhiệt hàn đối với các loại thép khác nhau: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 11 Đ HBK Hanoi 11
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP CACBON THẤ P VÀ THÉP KẾ T CẤ U HỢ P KIM THẤ P 2.1.3 Công nghệ hàn thép cacbon thấp và thép kết cấ u hợ p kim thấp: • Hàn trong môi trường khí bả o vệ: – Thành phầ n khí: –Tạ p chất trong CO2 ảnh hưởng đáng kể đến tính chất kim loại m ối hàn. – Khi hàn bán tự động trong CO2 , dây hàn nhỏ (tối đa 1,2 hoặc 1,6 mm). Dây hàn thường là dây thép hợ p kim Cв-08Г C, Cв- 08Г 2C – Khi hàn thép hợ p kim thấp loại 14XГ C, 10XCHД, 15XCHД, cũ ng như thép cacbon thấp Cт 1 và Cт 2 (thép lặng), có thể dùng dây hàn Cв-12Г C. –Khi điện áp hồ quang tăng, các nguyên tố hợ p kim sẽ bị oxy hóa nhiều hơ n, làmNgô gi Lêả mThông, cơ B/m tính Hàn mCNKL,ối hàn. 12 Đ HBK Hanoi 12
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP CACBON THẤ P VÀ THÉP KẾ T CẤ U HỢ P KIM THẤ P 2.1.3 Công nghệ hàn thép cacbon thấp và thép kết cấu hợp kim thấp: •Hàn điện xỉ: –Sử dụng rộng rãi cho hàn các kết cấu tấ m dày từ thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp. – Độ bền mối hàn: thông qua hợp kim hóa từ dây hàn và kim loại cơ bản. –Nhiệt luyện sau khi hàn: giả m ứng suất dư, cải thiện tổ chức kim loại và tính chất liên kết hàn. – Dây hàn và thuốc hàn: chọn theo thành phần và tính chất kim loại cơNgô b ảLên. Thông, B/m Hàn CNKL, 13 Đ HBK Hanoi 13
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP CACBON THẤ P VÀ THÉP KẾ T CẤ U HỢ P KIM THẤ P 2.1.4 Công nghệ hàn thép kết cấu hợ p kim thấp điển hình: •Hàn thép kết cấu bền ăn mòn khí quyển COR-TEN (thép ASTM A374/375), 10XCHД, 15XCHД, SM490A, Fe 355W (TCVN 6521: 1999) – Độ bền tối thiểu 480 MPa, Cr và Cu (Ni): chống ăn mòn cao trong khí quyển. Nhà cao tầng và cầu. Thành phần % tiêu biểu: max. 0,12C; 0,25÷0,75Si; max 0,60Mn; max 0,05S; 0,07÷0,15P; 0,30÷1,25Cr; 0,25÷0,55Cu; max 0,65Ni. –Chọ n vật liệu hàn: • Thép cacbon thấp chịu lạnh, thép chịu lạnh chứa 2,25%;3,5%; 5%; 9% Ni; thép cốt bê tông (TCVN 3104:1979 và TCXD 227:1999). Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 14 Đ HBK Hanoi 14
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP HỢ P KIM VI LƯỢNG 2.2.1 Thành phầ n và tính chất kim loại cơ bả n –AISI: gọi là thép HSLA. –Thự c chất chỉ là thép cacbon thấ p chứ a một lượng nhỏ Nb, Ti, V, Al, Ta, và Zr (dạ ng cacbit, nitrit hoặ c cacbonitrit). TCVN 6259-7 : 1997 gọi là thép cacbon thấ p cường độ cao. –Tổ ng lượng các nguyên tố h ợ p kim vi lượng không vượt quá 0,15% (chúng làm tă ng tính dẻ o và giả m nhiệt độ chuyể n tiế p củ a thép). –Không có quy định chặt chẽ đối với thành phầ n hóa họ c củ a chúng –Tiêu biểu: C tối đ a 0,22%; Mn 1,0÷1,5%; Si khoả ng 0,3%; S, P tối đ a 0,04% từ ng nguyên tố. Loại thép Độ b ề n Giới hạ n chả y Độ dãn dài tương Đặc điể m hợ p kim hóa [MPa] [MPa] đối min., 5d [%] Class 36 540÷638 353 22 Al, hoặ c V, Nb, Zr, Ti Class 40 540÷687 392 20 Al, Nb, V, Ti Class 45 569÷736 441 20 Al, Nb, V, Ti Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 15 Đ HBK Hanoi 15
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP HỢ P KIM VI LƯỢNG 2.2.1 Thành phần và tính chất kim loại cơ bản – Cacbon: tăng tỷ lệ peclit và độ bền; làm giả m độ dai va đập. Max. 0,20%. Mn làm mịn hạt perclit nhưng cũng có giới hạn trên nhất định. –Ferit được bền hóa bằng dung dịch rắn: –Ferit được bên hóa bằng pha phân tán: –Bề n hóa thép thông qua làm mịn hạt (cán có kiể m soát hoặc thường hóa): Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 16 Đ HBK Hanoi 16
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP HỢ P KIM VI L ƯỢNG 2.2.2 Tính hàn củ a thép hợ p kim vi lượng –Khóhàn hơ n so với thép cacbon thấ p: Mn C = C + + 3 .Nb v ới thép hợ p kim vi lượng Nb w 10 Mn V C = C + + + 3 .N v ới thép hợ p kim vi lượng V-N w 10 3 •Cw = 0,35÷0,45, cầ n có qd ≤ 35 kJ/cm khi hàn dưới lớ p thuố c và hàn trong môi trường CO2 . •Khi Cw > 0,45, chỉ nên hàn bằ ng quá trình hàn hồ quang tay b ằ ng các que hàn có độ b ề n và độ dai va đập tương đương với kim loại cơ bả n. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 17 Đ HBK Hanoi 17
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP HỢ P KIM VI LƯỢNG 2.2.3 Công nghệ hàn thép hợ p kim vi lượng •Không cần nung nóng sơ bộ khi chiều dày nhỏ •Sử dụng mọi loại quá trình hàn hồ quang V ật liệu tấ m ASTM A572, cấp thép Loại que hàn theo AWS Gr. 42, 45 E 7016, E 7018 Gr. 50, 55 E 7016, E 7018 Gr. 60, 65 E 8016-C3, E 8018-C3 SAW: dây hàn nồng độ Mn trung bình. FCAW: dây hàn E 70T-1, E 70T-4 GMAW: dây hàn E 70S-3 và E 70S-1B Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 18 Đ HBK Hanoi 18
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP CACBON TRUNG BÌNH VÀ THÉP CACBON CAO 2.3.1 Công nghệ hàn thép cacbon trung bình •Vai trò của cacbon đối với nứt khi hàn: •Các biện pháp vật liệu, công nghệ, kết cấu: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 19 Đ HBK Hanoi 19
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 2.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP CACBON TRUNG BÌNH VÀ THÉP CACBON CAO 2.3.2 Công nghệ hàn thép cacbon cao • Không nên hàn. Tuy nhiên có thể hàn sửa chữa: o 1. Tp và Tip 200÷315 C, nguội chậ m sau khi hàn. 2. Các quá trình hàn ít hydro. 3. Các biện pháp giả m lượng kim loại cơ bản hòa tan vào mối hàn. 4. Thép cacbon cao cần được hàn ở trạng thái ủ, sau đó cần được nhiệt luyện giả m ứng suất dư Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 20 Đ HBK Hanoi 20
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ HÀN THÉP HỢP KIM THẤP 3.1 Đặc điểm và tính hàn của thép hợp kim thấp 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram 3.3 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp chịu nhiệt 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 1 ĐHBK Hanoi 1
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.1 Đặc điểm và tính hàn của thép hợp kim thấp •Phân loại: –AISI: thép hợp kim thấp ≤ 8% nguyên tố hợp kim. –LB Nga: thép hợp kim thấp 4÷5%; thép hợp kim trung bình 8÷9% nguyên tố hợp kim. – Chúng ta tìm hiểu các loại: thép hợp kim thấp chịu nhiệt; thép độ bền cực cao nồng độ cacbon trung bình. •So với các loại thép đã biết: –Cần sử dụng các biện pháp công nghệ đặc biệt khi hàn. –Lý do: nồng độ cacbon và các nguyên tố hợp kim lớn hơn nhiều, vùng ảnh hưởng nhiệt rất nhạy cả m với chu trình nhiệt hàn (chế độ hàn). – Để giảm tốc độ nguội của vùng ảnh hưởng nhiệt, cần sử dụng các biện pháp công nghệ đặc biệt khi hàn. Chỉ thay đổi chế độ hàn: không đủ. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 2 Đ HBK Hanoi 2
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.1 Đặc điểm và tính hàn của thép hợp kim thấp Động học quá trình phân hủy austenit khi hàn Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 3 ĐHBK Hanoi 3
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.1 Đặc điểm và tính hàn của thép hợp kim thấp Từ động học quá trình phân hủy austenit: •Xuất hiện hai xu hướng đối lập: –Nếu tốc độ nung khi hàn nhỏ và t’+t” dài: hạt austenit tăng tính ổn định và kích thước. Đặc trưng cho thép không chứa hoặc chứa lượng nhỏ các nguyên tố tạo cacbit (Cr, Mo, V, v.v.). Hệ quả: khu vực tôi không hoàn toàn sẽ dịch chuyển về phía có tốc độ nguội nhỏ (hạt thô, suy giảm tính dẻo, độ dai va đập vùng ảnh hưởng nhiệt). –Ngược lại, nếu tốc độ nung khi hàn lớn và t’+t” ngắn: mức độ đồng nhất hóa và tính ổn định của austenit giảm. Đặc trưng cho thép chứa các nguyên tố tạo cacbit. Hệ quả: khu vực tôi không hoàn toàn sẽ dịch chuyển về phía có tốc độ nguội lớn (vùng ảnh hưởng nhiệt bị giòn do mactenzit, có thể nứt) Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 4 ĐHBK Hanoi 4
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.1 Đặc điểm và tính hàn của thép hợp kim thấp Có tương quan giữa sự thay đổi cơ tính của kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt với tốc độ nguội và thời gian t’+t”. •Cần xác định khoảng tốc độ nguội giới hạn và chọn giá trị tính toán theo tỷ lệ phần trăm martenzit trong tổ chức kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt bảo đảm cơ tính thích hợp của nó cho mục đích sử dụng: – Khi hàn thép độ bền cao: 20 – 30% mactenzit. –Cho tới 50% mactenzit: chỉ cho phép khi hàn các kết cấu có độ cứng vững nhỏ (có thể co dãn tự do) hoặc nếu sau khi hàn có tiến hành nhiệt luyện. •Tỷ lệ martenzit được phép Æ Dải tốc độ nguội cần thiết Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 5 ĐHBK Hanoi 5
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.1 Đặc điểm và tính hàn của thép hợp kim thấp V ới mỗi loại thép hợp kim thấp, có một dải tốc độ nguội tối ưu ∆w opt (từ w 1 đến w 2), trong đó không xuất hiện nứt vùng ảnh hưởng nhiệt và cơ tính được coi là đạt yêu cầu. o •Giátrị ∆ w opt thường được áp dụng cho 500÷600 C (vùng ít ổn định nhất của austenit). –Khi w > w2: vùng ảnh hưởng nhiệt bị tôi mạnh, tính dẻo giảm. –Khi 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 ∆w opt là nung nóng sơ bộ Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 6 Đ HBK Hanoi 6
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram •Kim loại cơ bản: cấu trúc mactenzit. (so với thép HSLA: chủ yếu có cấu trúc ferit, peclit). –Giới hạn chảy 350÷1240 MPa, 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 o C và ram ở 540÷595 o C. • Các mác thép tiêu biểu: –ASTM A537 cấp Gr. B (thiết bị áp lực). –ASTM A514/517: vídụ T-1(xe công trình, cầu, tòa nhà, thiết bị xưởng cán, thiết bị áp lực và đường hầm dẫn nước). –ASTM A543: vídụ HY-80, HY-100; HY-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 mối hàn. –Không cần nhiệt luyện bổ sung sau khi hàn, trừ khi thật cần thiết ram khửứng suất dư. Tại sao? Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 7 Đ HBK Hanoi 7
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram •Thídụ 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. Tính chất A537 A (thường hóa) A537 B (Q&T) Thành phần hóa học [%] 0,24 C (tiêu biểu max 0,20); 0,70÷1,35 Mn (tiêu biểu min 1,00); max 0,035 P; max 0,040 S; 0,15÷0,50 Si; Al để tạo hạt mịn; max 0,35 Cr; max 0,25 Ni; max 0,25 Cu; max 0,08 Mo. Độ bền [MPa] 480÷620 550÷690 Giới hạn chảy [MPa] 345 410 Độ dãn dài tương đối [%] 22 22 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 8 ĐHBK Hanoi 8
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram •Thídụ hàn thép A537 Gr. B: –Vật 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 o C). –Kim loại mối hàn: cần có độ bền, độ dai va đập ở nhiệt độ thấp như của kim loại cơ bản. –Que hàn: • AWS E8018 C1 (chứa 2% Ni) hoặc E8018 C2 (chứa 3% Ni): mọi 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-Mn-Mo (MIL-1005 C1 với %: 0,04 C; 1,6 Mn; 0,30 Si; 0,30 Mo; 1,7 Ni và 0,005 S; 0,005 P). Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 9 Đ HBK Hanoi 9
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram •Thídụ hàn thép tôi và ram nồng độ cacbon thấp T-1 (thép ASTM A514/A517): – được hợp kim hóa bằng nhiều nguyên tố và có chứa bo (B). –giới hạn chảy tối thiểu là 690 MPa. –kết cấu xe công trình, các thiết bị di động và cầu, tòa nhà, bình chứa áp lực, bể chứa, đường hầm dẫn nước, tàu biển, v.v. – ở trạng thái tôi và ram có cấu trúc bainit ram và mactenzit ram (tôi trong nước từ 890 oC và ram ở tối thiểu 620 oC). Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 10 ĐHBK Hanoi 10
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram •Thídụ hàn thép tôi và ram nồng độ cacbon thấp T-1 (thép ASTM A514/A517): Các mác thép: – Mn-Si-Cr-Mo-Zr-B (A517 A), – Mn-Cr-Mo-V-B (A517 B), –Mn-Mo-B (A517 C), –Cr-Mo-Cu-Ti-B (A517 D), – Cr-Mo-Cu-Ti-B (A517 E), – Mn-Ni-Cr-Mo-Cu-V-B (A517 F), – Mn-Si-Cr-Mo-Zr-B (A517 G), – Mn-Ni-Cr-Mo-V-B (A517 H), –Mn-Mo-B (A517 J), –Mn-Mo-B (A517 K), – Cr-Mo-Cu-Ti-B (A517 L), – Mn-Ni-Mo-B (A517 M). Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 11 ĐHBK Hanoi 11
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram •Thídụ 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). [%] T-1 T-1 loại A T-1 loại B C 0,10÷0,20 0,12÷0,21 0,12÷0,21 Mn 0,60÷1,00 0,70÷1,00 0,95÷1,30 Si 0,15÷0,35 0,20÷0,35 0,20÷0,35 Ni 0,70÷1,00 – 0,30÷0,70 Cr 0,40÷0,65 0,40÷0,65 0,40÷0,65 Mo 0,40÷0,60 0,15÷0,25 0,20÷0,30 V 0,03÷0,08 0,03÷0,08 0,03÷0,08 Cu 0,15÷0,50 – – B 0,002÷0,006 0,0005÷0,005 Tối thiểu 0,0005 Ti – 0,01÷0,03 – Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 12 Đ HBK Hanoi 12
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram •Thídụ 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. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 13 ĐHBK Hanoi • 13
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram •Thídụ 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). Tính chất E11018-G E11018-M E11018-D2 E10018-G E10018-M [%] C – 0,10 0,15 – 0,10 Mn 1,0 min 1,30÷1,80 1,65÷2,0 1,0 min 0,75÷1,70 P – 0,030 0,030 – 0,030 S – 0,030 0,040 – 0,030 Si 0,80 min 0,60 0,80 0,80 min 0,60 Ni 0,50 min 1,25÷2,50 – 0,50 min 1,40÷2,10 Cr 0,30 min 0,40 – 0,30 min 0,35 Mo 0,20 min 0,25÷0,50 0,25÷0,40 0,20 min 0,25÷0,50 V 0,10 min 0,05 – 0,10 min 0,05 Độ bền [MPa] 760 760 690 690 690 Giới hạn chảy 665 672 600 600 607 [MPa] Độ dãn dài tối 15 20 16 16 20 thiểu [%] Độ dai va đập Không cần 27 tại 27 tại Không cần 27 tại Charpy-V tối –51 o C –51 o C –51 o C thiểu [J] Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 14 Đ HBK Hanoi • 14
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram •Thídụ 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+O2 bằng điện cực nóng chảy, dây hàn Mn-Ni-Cr-Mo. –Phải cân đối giữa yêu cầu hạn chế qd và lượng hydro hòa tan trong kim loại mối hàn. Cân đối thế nào? Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 15 Đ HBK Hanoi 15
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.2 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp tôi và ram •Thídụ 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 khửứng 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. •Cóthể 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 khửứng 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 khửứng suất dư không đưọc vượt quá nhiệt độ ram trước khi hàn (620 oC đối với thép T-1), hoặc dưới nhiệt độ đókhoảng 30 oC để tránh giảm độ bền của thép. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 16 ĐHBK Hanoi 16
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.3 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp chịu 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 máy sản xuất phân hóa học và nhà máy 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%Mo tùy %Cr) và thép Cr – Mo – V có cấu trúc peclit. –Ví dụ: 0,5Cr-0,5Mo; 1Cr-0,5Mo; 1,25Cr-0,5Mo; 2Cr- 0,5Mo; 2,25Cr-1Mo; 3Cr-1Mo; 5Cr-0,5Mo; 5Cr-0,5MoSi; 5Cr-o,5MoTi; 7Cr-0,5Mo; 8Cr-1M0; 12XM; 15XM; 12X1MΦ; 15X1M1Φ; 12X2MΦ CP; 12X1MΦБ; –Trạng thái cung cấp: ủ hoặc thường hóa và ram. Khi hàn: tôi trong không khí → tính dẻo, độ dai va đập giảm. – Do đócần ram sau khi hàn (ram mactenzit và khửứng suất dư). Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 17 Đ HBK Hanoi 17
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.3 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp chịu nhiệt 3.3.3 Vật liệu hàn, công nghệ và kỹ thuật hàn –Quátrình 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. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 18 ĐHBK Hanoi 18
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.3 Công nghệ hàn thép hợp kim thấp chịu nhiệt Nhiệt độ Loại thép ram khử 3.3.3 Vật liệu hàn, công nghệ ứng suất dư và kỹ thuật hàn [oC] – Công nghệ hàn: 0,5Cr-0,5Mo 590÷700 •Ram khửứng suất dư (liên 1Cr-0,5Mo 590÷730 tục với nung sơ bộ và hàn). 1,25Cr-0,5Mo 590÷745 •Tuy nhiên thép cómax 2Cr-0,5Mo 680÷760 2,25%Cr có thể được làm 2,25Cr-1Mo 680÷760 o nguội đến 25 C rồi ram. 3Cr-1Mo 680÷760 •Nếu không liên tục được, phải để hydro thoát hết (ở 5Cr-0,5Mo 680÷760 427o C và 3 min/25mm rối 5Cr-0,5MoSi 680÷760 o mới giảm xuống 25 C và 5Cr-0,5MoTi 680÷760 ram sau đó). 7Cr-0,5Mo 680÷760 9Cr-1Mo 680÷760 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 19 ĐHBK Hanoi 19
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình •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, 43X3CHBΦMA, 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. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 20 ĐHBK Hanoi 20
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình Xác định chế độ hàn: – Không nung nóng sơ bộ khi hàn. –Biện pháp công nghệ: •Tăng thời gian lưu kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt trong khoảng nhiệt độ Ac3÷TMs • Để vùng ảnh hưởng nhiệt của lớp hàn “tự ram” bởi nguồn nhiệt hàn của các lớp tiếp theo. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 21 ĐHBK Hanoi 21
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình •Xác định chế độ hàn: 2 điểm 1 và 2 nằm gần chân mối hàn và bề mặt mối hàn. nc nc Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 22 ĐHBK Hanoi 22
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình •Xác định chiều dài phân đoạn hàn k q 2 l = c 2 2 4πλ cρδ v()Tb − T0 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 o T b = TMs + (50 đến 100 C) λ = 0,09 cal/cm.s.oC; cρ = 1,25 cal/cm3.o C; δ = [cm] chiều dày tấm v = [cm/s] tốc độ hàn Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 23 Đ HBK Hanoi •Tự đọc ở nhà. 23
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình •Xác định chiều dài phân đoạn hàn k 2 k q 2 l = 0,7 3 c 2 2 δ v()Tb − T0 k 3: hệ số hiệu chỉnh theo kiểu liên kết hàn; 1,5: hàn giáp mối; 0,9: hàn chữ T và hàn chồng; 0,8: hàn chữ thập. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 24 Đ HBK Hanoi •Tự đọc ở nhà. 24
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình •Xác định thời gian tb lưu kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt trên nhiệt độ T b 1. Tìm 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 thời gian tác động tương đối của nguồn nhiệt 5. Tính thời gian nung vùng ảnh hưởng nhiệt lớp thứ nhất (cao hơn nhiệt độ T b) 6. Tính thời gian nung vùng ảnh hưởng nhiệt lớp trên cùng (cao hơn nhiệt độ Tb) Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 25 Đ HBK Hanoi •Tự đọc ở nhà. 25
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình 1. Tìm công suất tính toán của hồ quang q t = k c k q q 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 kết hàn, (1: cho liên kết hàn giáp mối; 0,60 cho liên kết hàn chữ T và hàn chồng) Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 26 Đ HBK Hanoi 1. Tự đọc ở nhà. 26
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình 2. Tính nhiệt độ tương đối 2λδ l b / a θ = ()T − T0 q t qt: công suất tính toán, [cal/s] b: = 2α/cρδ, hệ số tính đến sự tản nhiệt bề m ặt, [1/s] a: = λ/cρ, hệ số dẫn nhiệt độ, [cm2/s] Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 27 Đ HBK Hanoi •Tự đọc ở nhà. 27
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình 3. Tính khoảng cách tương đối của vùng ảnh h ưởng nhiệt đến tâm nguồn nhiệt hàn ρ 1 = b / a x |x| : khoảng cách tính toán từ nguồn nhiệt phẳng đến vùng ảnh hưởng nhiệt (= ½ chiều rộng rãnh hàn tại bề m ặt trên đối v ới mối hàn giáp mối; = ½ cạnh mối hàn góc) b: = 2α/cρδ, hệ số tính đến sự tản nhiệt bề mặt, [1/s] a: = λ/cρ, hệ số dẫn nhiệt độ, [cm2/s] Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 28 Đ HBK Hanoi •Tự đọc ở nhà. 28
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình 4. Tính thời gian tác động tương đối của nguồn nhiệt (tổng thời gian hàn đầy toàn bộ đoạn hàn, kể cả thời gian gián đoạn): l ⎛ n − 1 ⎞ ⎜ ⎟ bt c = b ⎜ + 1⎟ v ⎝ k c ⎠ b: = 2α/cρδ, hệ số tính đến sự tản nhiệt bề m ặt, [1/s] k c: hệ số cháy của hồ quang, [-] n: tổng số lớp hàn v:tốc độ hàn [cm/s] l:chiều dài đoạn hàn [cm] Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 29 Đ HBK Hanoi •Tự đọc ở nhà. 29
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình 5. Xác định thời gian nung tương đối btb bằng tra bảng từ các giá trị r1, q, btc: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 30 ĐHBK Hanoi •Tự đọc ở nhà. 30
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình 5. Xác định thời gian nung tương đối btb bằng tra bảng từ các giá trị r1, q, btc: •Tính thời gian nung vùng ảnh hưởng nhiệt của lớp thứ nhất lên nhiệt độ T cao hơn T : b bt ()t = b b 1 b 6. Tính thời gian nung vùng ảnh hưởng nhiệt của lớp trên cùng lên nhiệt độ T cao hơn Tb: l V ới tc: thời gian hàn toàn bộ ()t b n = ()t b 1 + − t c đoạn khảo sát mối hàn nhiều vk c lớp, kể cả thời gian gián đoạn Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 31 Đ HBK Hanoi •Tự đọc ở nhà. 31
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình •Các thời gian (tb)1 và (tb)n đã tính phải lớn hơn thời gian phân hủy đẳng nhiệt ở nhiệt độ đó đối với mác thép đang khảo sát. • Tuy nhiên, nếu martenzit vẫn xuất hiện (do không thể đáp ứng hoàn toàn điều kiện trên), không được để các thay đổi thể tích do xuất hiện martenzit tạo ra nứt vùng ảnh hưởng nhiệt (trước khi tiến hành ram): –Từ lúc hàn xong đến lúc ram, nhiệt độ vùng ảnh hưởng nhiệt không được tụt xuống dưới 120 – 150 oC Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 32 Đ HBK Hanoi 32
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có n ồ ng độ cacbon trung bình –Nhiệt hàn của các lớ p tiếp theo cần bảo đảm “tự nhiệt luyện” (ram) vùng ảnh hưởng nhiệt đã bị tôi của các lớp đã hàn trước: •Nhiệt độ tại đóphải đạt tới 600 – 700 o C •Kết quả là sẽ hình thành tổ chức troostit hoặc hỗn h ợ p troostit và sorbit, có độ cứng HB 360 - 410 – Để đạt được điều này, có thể sử dụng chế độ hàn nhiều lớp trên cơ sở sơ đồ tính toán sau: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 33 Đ HBK Hanoi 33
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình 1: đường hàn thứ nhất 2: đường hàn thứ hai 3: vùng ram của đường hàn 2 4: vùng tôi của 1 và 2 –Khi hàn đường 1: hình thành vùng tôi 4 –Khi hàn đường 2: hình thành vùng tôi 4 và vùng ram 3 (trùng một phần với vùng tôi 4 của đường hàn 1) Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 34 Đ HBK Hanoi 34
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình 5: đường hàn thứ ba 6: ram vùng tôi của đường hàn thứ nhất và thứ hai –Tốc độ hàn đường hàn thứ ba (5) chậ m hơn tốc độ hàn các đường hàn trước đósẽ đủ tạo ra vùng ram (6) khu vực đã bị tôi bởi nhiệt hàn của các đường (1) và (2). Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 35 Đ HBK Hanoi 35
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình 7: đường hàn thứ tư 8: vùng ram do đường hàn thứ ba và thứ tư tạo ra –Chế độ hàn đường thứ tư (7) phải bảo đảm ram toàn bộ các vùng đã bị tôi bởi các đường hàn trước đó Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 36 Đ HBK Hanoi 36
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bề n cự c cao có n ồ ng độ cacbon trung bình •Cách tính toán: –Khoả ng cách tới tâm nguồ n nhiệt (cρ = 1,25): q r = 0,433 vT max –Nhiệt độ tối đ a khi hàn giáp mối: 0,484 q T = max vc ρδ 2 y –Khoả ng cách y sẽ là: 0,484 q q y = = 0,193 vc ρδ 2T max vδ T max Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 37 Đ HBK Hanoi 37
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình •Cần tránh để hydro 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 + 28Mo] xảy ra ở nhiệt độ cao hơn so với của kim loại cơ bản Nhiệt độ cm3 Hydro/100g cm3 Hydro/mm2.h oC Austenit Ferit Austenit Ferit 500 4,0 0,75 18.10-3 26.10-2 100 0,9 0,2 34.10-9 26.10-5 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 38 ĐHBK Hanoi 38
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình •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) –Vật liệu hàn austenit để tạo kim loại mối hàn có cấu trúc thép austenit Cr-Ni hoặc Cr-Ni-Mn (dây hàn 08X20H9Г7T, 08X21H10Г6, thuốc hàn hệ xỉ bazơ, hoặc que hàn austenit ЭA-1Г6). Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 39 Đ HBK Hanoi 39
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có n ồ ng độ cacbon trung bình • Đặc điể m công nghệ và kỹ thuật hàn: – Hàn hồ quang tay: que hàn Nhóm Thành phần mối hàn Э A-1Г 6 08X21H10Г 6, 08X20H9Г 7 Э A-2Г 6 13X25H18 Э A-3MΦ 10X16H25Ю M6 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 40 Đ HBK Hanoi 40
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình • Đặc điể m công nghệ và kỹ thuật hàn: –Hàn hồ quang tay: • Không nung nóng sơ bộ nhưng kiểm soát chặt thời gian từ lúc hàn xong (Tmin = 120 –200 o C tại vùng ảnh hưởng nhiệt) đến lúc nhiệt luyện sau khi hàn, kỹ thuật hàn bậc thang (trường hợ p có thể nhiệt luyện sau khi hàn) •Hàn đắp lớp lót lên mép vát bằng que hàn austenit hoặc que hợp kim thấp vỏ bọc bazơ. Chiều dày lớp lót phải bảo đảm đối với vùng ảnh hưởng nhiệt Tmax ≤ T ram (trường hợp không thể nhiệt luyện sau khi hàn) Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 41 Đ HBK Hanoi 41
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình • Đặc điể m công nghệ và kỹ thuật hàn: –Hàn dưới lớp thuốc: •Dây hàn 08X21H10Г6 và 08X20H9Г7T, thuốc hàn hệ xỉ bazơ loại dùng cho hàn thép hợp kim cao austenit •Chế độ hàn phải bảo đảm lượng kim loại cơ bản tham gia vào mối hàn là tối thiểu, bảo đảm hình dạng và kích thước mối hàn. Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 42 Đ HBK Hanoi 42
Công nghệ hàn điện nóng chảy HK9. 2005-06 3.4 Công nghệ hàn thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình • Đặc điể m công nghệ và kỹ thuật hàn: –Hàn trong môi trường khí bảo vệ: •Khí trơ (cũng có thể pha khí hoạt tính) •Dây hàn thép hợp kim thấp, cacbon thấp 10XГ CH2MT, 03XГ H3MД •Dây austenit 08X20H9Г 7T, 10X16H25 Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 43 Đ HBK Hanoi 43
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4. CÔNG NGHỆ HÀN THÉP HỢP KIM CAO CROM 4.1 Công nghệ hàn thép không gỉ crom 4.2 Công nghệ hàn thép không gỉ austenit 4.3 Công nghệ hàn thép không gỉ duplex 4.4 Công nghệ hàn thép không gỉ biến cứng kết tủa 4.5 Công nghệ hàn thép mactenzit hóa già 4.6 Công nghệ hàn thép austenit mangan Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội1 & CNKL 1
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4. CÔNG NGHỆ HÀN THÉP HỢP KIM CAO CROM • Thép hợp kim cao: thép có tổng lượng các nguyên tố hợp kim > 8% (AISI). • Thép hợp kim cao: là các hợp kim nền sắt chứa > 45% Fe, có tổng lượng các nguyên tố hợp kim ≥ 10%, và nồng độ nguyên tố hợp kim chính ≥ 8% (GOST 5632-72). • Phân loại: – Thép không gỉ: • Thép không gỉ mactenzit. • Thép không gỉ ferit. • Thép không gỉ austenit. • Thép không gỉ duplex (còn gọi là thép 2 pha ferit – austenit). • Thép không gỉ biến cứng kết tủa. – Thép mactenzit hóa già (thép maraging). – Thép austenit mangan. Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội2 & CNKL •Thép không gỉ ferit và thép không gỉ mactenzit (kể cả thép không gỉ hỗn hợp mactenzit – ferit) còn được biết dưới tên gọi chung là thép không gỉ crom. •Thép không gỉ austenit còn được gọi là thép không gỉ Cr – Ni. •Thông thường trong thép không gỉ, nồng độ crom tối thiểu là 10,5%. •Thép không gỉ có được đặc tính không gỉ nhờ vào lớp oxit bề mặt giàu crom rất bền vững. •Các nguyên tố khác (Ni, Mo, Cu, Ti, Al, Si, Nb, N, S, Se) được đưa vào thép không gỉ nhằm cải thiện một số tính chất nhất định của thép. •Nồng độ cacbon trong thép không gỉ thường từ dưới 0,03% đến trên 1,0% (trong một số loại thép không gỉ mactenzit). 2
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM 4.1.1Thành phần và tính chất kim loại cơ bản – AISI: thép loạt 400, ví dụ 410 (11,5 ÷13,5% Cr; max 0,15% C), 430 (15÷17% Cr; max 0,12% C), 446 (27,5÷29,5% Cr; max 0,20% C). – GOST 5632-72: ký hiệu theo thành phần hóa học, ví dụ 08X13 (08 là 0,08% C, và 13% Cr). –Các chi tiết như dụng cụ mổ y tế, bộ đồ ăn, bề mặt làm việc của các loại van, bơm, ống xả xe hơi, chi tiết động cơ phản lực, v.v. Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội3 & CNKL 3
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM 4.1.1 Thành phần và tính chất kim loại cơ bản Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội4 & CNKL •Cr: lập phương thể tâm, đồng hình với α–ferit. Do đó, khi hợp kim hóa Fe bằng Cr, vùng dung dịch rắn γ–austenit bị thu hẹp, vùng α–ferit được mở rộng. •Cr ở nồng độ 12% sẽ tạo thành màng oxit (Cr2O3 có nhiệt độ nóng chảy cao) mang tính thụ động trên bề mặt thép, làm cho thép trở nên không gỉởnhiệt độ bình thường (để thép không gỉởnhiệt độ cao, nồng độ Cr ≥ 30%). •Cr có ái lực mạnh với cacbon, tạo thành cacbit Cr7C3 và Cr23C6. Cr có thể hòa tan trong cementit để thạo thành (Fe, Cr)3C hoặc tạo hỗn hợp cacbit có hòa tan Fe như (Fe, Cr)23C6. Cacbit crom có tính ổn định nhiệt cao hơn cementit: chúng bị hòa tan vào trong thép ở nhiệt độ cao hơn và quá trình hòa tan cũng xảy ra chậm hơn (ở thép cacbon bình thường, nhiệt độ A1 là 710 oC, còn với thép không gỉ crom là 900 oC). 4
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM 4.1.1 Thành phần và tính chất kim loại cơ bản L + L Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội5 & CNKL •Nồng độ trên 16% Cr và dưới 0,2% C, thép không còn chứa γ – austenit ở bất kỳ nồng độ và nhiệt độ nào nữa. •Vùng tồn tại của pha γ phụ thuộc vào nồng độ Cr, C là chính, ngoài ra còn một số nguyên tố khác nữa (Ni. Mo, v.v.) 5
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM 4.1.1 Thành phần và tính chất kim loại cơ bản s Giản đồ phân hủy đẳng nhiệt thép theo nồng độ Cr: a) 0,4% C; 0% Cr; b) 0,4% C; 3,5% Cr; c) 0,11% C; 12,2% Cr Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội6 & CNKL •Trong thép, Cr làm chậm quá trình phân hủy α→γ và làm giảm đáng kể tốc độ nguội tới hạn. •Do đóso với thép cacbon, martenzit xuất hiện ở nồng độ cabon và tốc độ nguội thấp hơn nhiều. •Khi nồng độ Cr cao, độ ổn định của austenit cao đến mức thậm chí ở 700 oC, là nhiệt độ kém ổn định nhất của austenit, nó cần đến 300 s để phân hủy (hình c). •Trong điều kiện nguội liên tục khi hàn, ở vùng nhiệt độ 800 – 650 oC, thậm chí ở tốc độ nguội 0,2% oC/s cũng xuất hiện hoàn toàn martenzit. •Cơ tính tối ưu của thép như vậy (độ bền cao + khả năng biến dạng cần thiết) chỉ có thể đạt được thông qua nhiệt luyện kép (tôi + ram). 6
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM • 4.1.1 Thành phần và tính chất kim loại cơ bản – Phân loại: •Thép M: Cr ≤ 12÷13%; C ≥ 0,05 – 0,06% • Thép M + F: Cr 13÷16%; C = 0,06% •ThépF: Cr > 16% – Tính chất: • > 12%Cr, lớp oxit bề mặt thụ động (chống ăn mòn). • > 30%Cr, chống ăn mòn ở 800÷1050 oC. •Cr cóái lực với oxi [Cr2O3] và cacbon mạnh hơn so với sắt [(Fe,Cr)3C, Cr7C3, Cr23C6, (Fe,Cr)23C6]. Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội7 & CNKL •Theo ảnh hưởng của nồng độ Cr trong sắt (thép Cr chứa cacbon), có thể chia thành các hợp kim: •Có chuyển biến pha α↔γ. (M). Thép Cr cao (10 – 12,5%) khi có thêm Mo, W, Mo, V, (Ni), sẽ trở thành thép bền nhiệt ở nhiệt độ đến 600 oC. •Không có chuyển biến pha α↔γ. (F) •Có chuyển biến pha α↔γkhông hoàn toàn. (M+F) 7
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM 4.1.1 Thành phần và tính chất kim loại cơ bản Loại Thành phần Cấu trúc Công dụng 08X13 C, Si, Mn: max. 0,08; F + M Chống ăn mòn. Thiết bị Cr: 11÷13; hóa chất, tuốc bin khí 13X11H2BMΦ C: 0,10÷0,16; Si, Mn: max. M Bền nhiệt tới 600 oC, o 0,60; Cr: 10,5÷12,0; Ni: chịu nhiệt tới 750 C. Cánh quạt, đĩa tuôc bin 1,5 1,8; W: 1,6 2,0 Mo: ÷ ÷ khí 0,35÷0,50; V: 0,18÷0,30 15X28 C: max. 0,15, Si: max. 1,0, F Chịu nhiệt tới 1100 oC. Mn: max. 0,8; Cr: 27÷30; Thiết bị làm việc trong môi trường axit Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội8 & CNKL 8
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM 4.1.2 Tính hàn của thép không gỉ crom – Tính hàn của thép phụ thuộc vào loại thép. Thép M + F gần giống thép M về mặt tính hàn. –Hiện tượng giòn ở 475 oC: nung ở nhiệt độ 400÷540 oC (chủ yếu ở 475 oC) quá lâu. –Hiện tượng giòn liên quan đến pha σ: Cr > 20÷25%; 600÷880 oC. Hiện tượng giòn ferit do nung ở nhiệt độ cao: >1150 oC , kích thước hạt tăng; chuyển biến pha α – γ khi nung, và γ – α khi nguội. –Hiện tượng ăn mòn tinh giới: 430 (17% Cr), 446 (25÷30% Cr): nhạy cảm ăn mòn tinh giới. Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội9 & CNKL •Giòn ở 475 oC: thép trở nên giòn (cả thép không gỉ crom lẫn hợp kim Cr) do bị nung ở nhiệt độ 400÷540 oC (chủ yếu ở 475 oC) quá lâu, đặc biệt thép có nồng độ 15÷70% Cr. Các nguyên tố Ti và Nb cũng có tác dụng thúc đẩy quá trình này. •Giòn do pha sigma s: ở Cr > 20÷25%, sau khi thép trải qua thời gian ở vùng nhiệt độ 600÷880 oC, sau khi nguội xuất hiện pha giòn σ (dung dịch rắn Fe–Cr có tỷ lệ nồng độ 1:1). Mn, Mo mở rộng vùng tồn tại của pha này. •Giòn do nung ferit ở nhiệt độ cao: khi thép không gỉ crom bị nung tới nhiệt độ trên 1150 oC , kích thước hạt của thép sẽ tăng. Vì thép không gỉ crom thường chứa cả cacbit, khi bị nung và nguội nhanh (trong điều kiện hàn), cacbit đang hòa tan sẽ chỉ làm cho một vùng nhỏ kim loại xung quanh hạt cacbit giàu cacbon, còn sự đồng nhất hóa toàn bộ thì lại chưa kịp xảy ra. Do vậy tại những vùng nhỏ đó, xuất hiện điều kiện cho phản ứng chuyển biến pha α – γ khi nung, và γ – α khi nguội. Các quá trình này dễ xảy ra nhất ở vùng tinh giới (biên giới hạt). Do đó, và cả do sự xuất hiện ứng suất cục bộ mà kim loại sau khi nguội nhanh sẽ có tính dẻo thấp ở nhiệt độ thường. Cách khắc phục khi hàn: tiến hành ủ, hoặc ram ở nhiệt độ 730÷790 oC (tùy thành phần thép). Còn có thể giảm sự tăng độ hạt ở nhiệt độ cao thông qua 2 biện pháp: bổ sung nitơ vào thép ferit (1% giá trị nồng độ Cr) hoặc tăng nồng độ cacbon. •Nhạy cảm ăn mòn tinh giới của thép ferit: trong mạng bcc của ferit, C khuyếch tán nhanh hơn trong fcc của austenit. Do đó, thậm chí nguội nhanh trong dải > 925 oC không ngăn được việc tiết ra cacbit crom ở gần đường chảy của vùng ảnh hưởng nhiệt. Khắc phục: giảm < 0,01% C hoặc bổ sung các nguyên tố như Ti (0,5%) và Nb (1,0%) hoặc ủ hòa tan 650÷815 oC/15÷60 min. Giải thích kỹ hơn thế nào là ăn mòn tinh giới (sentisization, weld decay). 9
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM 4.1.3 Vật liệu, công nghệ và kỹ thuật hàn •Vật liệu hàn: – Kim loại mối hàn giống kim loại cơ bản nhưng sau khi hàn phải ram cao (khó thực hiện) – Cho phép dùng kim loại mối hàn có cấu trúc A hoặc A + F. Sau khi hàn không nhiệt luyện. • Công nghệ hàn: – SMAW: que hàn có vỏ bọc hệ bazơ. –GTAW: tấm mỏng, lớp đáy của tấm dày. –GMAW: cần khử oxi đầy đủ (ví dụ thông qua thành phần dây hàn. – SAW: thuốc hàn bazơ không chứa oxi, dây15X12HMBΦБ;15X12ГHMBΦ Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội10 & CNKL •Nếu KLMH giống KLCB và sau khi hàn có thể ram cao: tính chất của liên kết hàn thép không gỉ crom sẽ tương tự như của các chi tiết được chế tạo bằng phương pháp cán hoặc rèn. Trên thực tế, điều này khó thực hiện trong điều kiện hàn lắp ráp và sửa chữa tại hiện trường. •Nếu chỉ chú ý bảo đảm KLMH có thành phần hóa học giống của KLCB mà không dùng các biện pháp công nghệ khác (nung nóng sơ bộ, nung nóng đồng thời khi hàn, ram sau khi hàn): khi liên kết hàn có độ cứng vững cao, nứt KLMH và vùng AHN; và sau khi hàn, liên kết hàn có khả năng biến dạng rất thấp. •Với KLMH = A hoặc A+F, không nên nhiệt luyện (ram) mối hàn vì tính chất kim loại mối hàn có thể bị suy giảm và gây ra sự chênh lệch lớn vềứng suất dư tại vùng gần biên nóng chảy. 10
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM 4.1.3 Vật liệu hàn, công nghệ và kỹ thuật hàn • Công nghệ hàn thép M và thép M+F crom: – Thép M: dễ nứt nguội. –Khắc phục: •Biến tính làm mịn hạt kim loại mối hàn bằng Ti, chế độ hàn cứng (giảm qd) •Giảm độ cứng vững liên kết hàn • Nung nóng sơ bộ và nung nóng đồng thời khi hàn (biện pháp triệt để nhất) Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội11 & CNKL o •Tp = 200÷450 C (cục bộ hoặc nung toàn phần, Tp tăng theo độ cứng vững của liên kết); khi hàn cần nung đồng thời 200÷250 oC. •Hàn xong, cần để mối hàn nguội chậm, tránh gió lùa. •Ngoài ra, trong một số trường hợp, có thể thông qua các biện pháp khác nhằm giảm độ cứng vững của liên kết hàn. Ví dụ, khi hàn trong môi trường CO2 bằng điện cực nóng chảy các kết cấu tấm mỏng có độ cứng vững nhỏ (thép 12X13 mỏng hơn 10 mm và thép 20X13 mỏng hơn 8 mm) thì không cần phải nung nóng sơ bộ. 11
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM • Công nghệ hàn thép martenzit và thép martenzit + ferit crom cao Hàn nhiều lớp F Nhiệt luyện F F Chu trình nhiệt vùng ảnh hưởng nhiệt thép Cr martenzit Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội12 & CNKL Ảnh hưởng của 4 chế độ hàn kết hợp với nhiệt luyện đến chu trình nhiệt hàn của kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt: 1. Hàn nhiều lớp + Tp = 380 oC (> Ms của thép). Sau đó để nguội hoàn toàn xuống 20 oC rồi ram cao. Nhược điểm: có thể nứt trước khi ram cao. 2. Hàn nhiều lớp + Tp = 380 oC (> Ms của thép). Nhưng ngay sau khi hàn thì ram cao. Ưu điểm: ngăn được sự xuất hiện mactenzit và nguy cơ nứt vùng ảnh hưởng nhiệt. Nhược điểm: hình thành cấu trúc hạt thô ferit và cacbit có độ dai va đập thấp. 3. Hàn kết hợp với nung nóng như hai chế độ trên (kết hợp nung nóng sơ bộ và nung nóng đồng thời ở 380 oC). Sau đólàm nguội đến 120÷100 oC và giữ trong 2 giờ để kết thúc chuyển biến pha austenit sang mactenzit nhưng không gây nứt vùng ảnh hưởng nhiệt. Ngay sau đó ram cao. Chế độ như vậy vừa bảo đảm độ bền và độ dai va đập cần thiết. 4. Nung nóng sơ bộ và nung nóng đồng thời khi hàn lên đến 160 oC, hàn nhiều lớp. Sau đó để nguội xuống 100 oC và lưu tại nhiệt độ đótối thiểu trong 4 giờ rồi để nguội hoàn toàn. Sau đó ram cao. Kết quả cũng tương tự như chế độ thứ ba. 12
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM • Công nghệ hàn thép martenzit và thép martenzit + ferit crom cao Thép 15X12BMФ (1: 680oC; 2: 700oC) đến độ cứng kim loại cơ bản (o) và vùng ram cao (•) khi hàn h Trạng thái h h ban đầu Chế độ ram Ảnh hưởng của chế độ nhiệt luyện trước khi hàn (1: 680 oC; 2: 700 oC) Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội13 đến& CNKLđộ cứng kim loại cơ bản ○ và vùng ram cao ● khi hàn Do đó, để bảo đảm đồng đều cơ tính liên kết hàn, sau khi hàn cần ram cao ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ đã ram trước khi hàn một khoảng 20 oC. 13
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM • Công nghệ hàn thép martenzit và thép martenzit + ferit crom cao g/m2.h Ảnh hưởng của tỷ lệ ng bề mặt thép 14X17H2 ượ không tôi (KLCB) và bị tôi i l (AHN) lên tốc độ ăn mòn ố trong dung dịch 56% HNO sôi t kh 3 ấ 1: AHN (vùng ảnh hưởng nhiệt) n th 2: KLCB (kim loại cơ bản) ổ T LKCB / ANH Tỷ lệ bề mặt Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội14 & CNKL 14
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM • Công nghệ hàn thép martenzit và thép martenzit + ferit crom cao Kim loại cơ bản Hàn hồ quang tay Hàn trong CO2 Hàn dưới lớp thuốc 12X13 10X13 08X14ГT 08X14ГT 20X13 (760 oC/4h) (700 oC/3h) Thuốc hàn axit nhẹ (750 oC/5h) 13X11B2MΦ 10X11BMΦT 15X12HMФБ 15X12HMBФ (730 oC/7h) (720 oC/2h) Thuốc hàn bazơ (750 oC/5h) Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội15 & CNKL 15
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM • Công nghệ hàn thép ferit crom cao – 13%Cr, rất ít C: 08X13; – 17%Cr, ít C: 12X17, 08X17T, 08X17MT; – 25 – 30%Cr: 15X25T – Đặc điểm: thép F dễ bị tăng kích thước hạt tại vùng nhiệt độ cao (vùng ảnh hưởng nhiệt hoặc kim loại mối hàn có thành phần giống kim loại cơ bản) – Hạt thô làm thép bị giảm tính dẻo và độ dai ở nhiệt độ thường và nhiệt độ thấp Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội16 & CNKL 16
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM • Công nghệ hàn thép ferit crom cao 2 ak , kp.m/cm Độ dai va đập thép 08X17T KLCB chiều dày 10mm theo nhiệt độ thử AHN tại vùng kim loại cơ bản (KLCB) và vùng ảnh hưởng nhiệt (AHN) Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội17 & CNKL 17
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM • Công nghệ hàn thép ferit crom cao – Khi trong thép Ti 925 oC và để phục hồi khả năng chống ăn mòn tinh giới của chúng, chỉ cần ủ thép ferit trong khoảng 650÷815 oC trong 15÷60 phút. •Do dải nhiệt độ nhạy cảm cao, vùng kim loại nằm kề mối hàn sẽ là vùng nhạy cảm (tại đócóthể xuất hiện cacbit crom), khác với thép không gỉ austenit, khi mà vùng này nằm cách mối hàn một khoảng cách nhất định. •Không như đối với thép không gỉ austenit, việc giảm hàm lượng cacbon trong thép không gỉ ferit không có tác dụng ngăn sự hình thành cacbit crom (với thép AISI 430, hàm lượng 0,009% C vẫn không bảo đảm ngăn cacbit crom xuất hiện sau khi hàn). Trong trường hợp như vậy, việc bổ sung các nguyên tố như Ti (0,5%) và Nb (1,0%) có tác dụng ngăn ngừa cacbit crom hình thành. Ngoài ra, hai nguyên tố này còn có tác dụng ngăn mactenzit hình thành tại tinh giới (chúng có tác dụng tăng tính ổn định của ferit và do đó ngăn việc hình thành austenit). •Tuy nhiên, các thép không gỉ ferit có hàm lượng crom và cacbon nâng cao (các loại AISI 430, 434, 442 và 446) có xu hướng tạo cacbit crom ở tinh giới trong vùng ảnh hưởng nhiệt (nhạy cảm với ăn mòn tinh giới). Vì vậy sau khi hàn, chúng cần được ủ để hòa tan cacbit crom và phục hồi lại khả năng chống ăn mòn. 18
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM • Công nghệ hàn thép ferit crom cao – Khi quá trình vận hành không đòi hỏi liên kết hàn có tính dẻo cao, để tránh nứt khi hàn, đặc biệt khi độ cứng vững lớn, có thể nung nóng sơ bộ và nung nóng đồng thời ở 120 – 180 oC. – Hàn hồ quang tay khi kim loại mối hàn cần có tổ chức F: que hàn thuộc nhóm vỏ bọc bazơ chứa một lượng lớn ferotitan và nhôm trong vỏ bọc (10X17T, 10X29) – Hàn bằng que hàn austenit (07X25H13, 07X25H18): kim loại mối hàn có tính chất khác xa kim loại cơ bản Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội19 & CNKL 19
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.1 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ CROM • Công nghệ hàn thép ferit crom cao – Khi hàn tự động (dưới lớp thuốc, CO2): • Độ dai của kim loại mối hàn ferit (F) không tăng thậm chí khi ram cao (mặc dù có tăng khả năng chống ăn mòn đối với thép loại 08X17T). • Phổ biến hơn cả là kim loại mối hàn từ thép Cr – Ni (A và A + F). Kim loại mối hàn phải chứa Ti hoặc Nb để bảo đảm khả ăng chống ăn mòn tương đương kim loại cơ bản (vídụ dây 08X20H15ФБЮ cho hàn CO2) – Hàn thép chịu nhiệt từ 25%Cr trở lên: • Trong kim loại mối hàn phải có lượng Cr tương ứng. • Hàn tự động thường có kim loại mối hàn A hoặc A + F (50%F) Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội20 & CNKL 20
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Thành phần và tính chất – Chứa từ 16%Cr và 7%Ni trở lên – Xu hướng thay thế Ni nếu có thể – Thép hợp kim cao Cr – Ni và hợp kim Ni có khả năng chịu nhiệt độ thấp, bền nhiệt, chịu nhiệt và chống ăn mòn cao. – Phạm vi sử dụng: ngành chế tạo máy và thiết bị hóa chất, dầu khí, năng lượng, v.v. – Thành phần hợp kim quyết định phạm vi sử dụng. – Có 3 loại: chống ăn mòn, bền nhiệt, và chịu nhiệt. Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội21 & CNKL 21
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Thành phần và tính chất – Thép chống ăn mòn (tối đa 0,12%C): • Tùy thành phần và nhiệt luyện, có khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ thường và cao (đến 800 oC) trong không khí, môi trường khí khác, dung dịch kiềm hoặc axit, kim loại lỏng • Ví dụ thành phần: 08X18H10T, 12X18H10T, 08X18H12T, 10X17H13M2T, 08X18H12Б 10X14Г14H4T. • Ví dụứng dụng: ống dẫn và khí cụ trong ngành hóa chất và dầu khí Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội22 & CNKL 22
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Thành phần và tính chất – Thép và hợp kim bền nhiệt: • Được hợp kim hóa bằng Mo, W (max. 7% mỗi nguyên tố), và B. • Ứng dụng chủ yếu: thiết bị năng lượng, như đường ống, chi tiết tuốc bin khí có nhiệt độ vận hành đến 750 oC hoặc cao hơn. • Ví dụ thành phần: 09X14NiHB2БP, XH78T Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội23 & CNKL 23
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Thành phần và tính chất – Thép chịu nhiệt: • Có khả năng chống ăn mòn bề mặt trong môi trường khí ở nhiệt độ tối đa 1100 – 1150 oC. • Al (max 2,5%) và W (max 7%) tạo khả năng chống oxi hóa, cùng với Si, chúng tạo lớp oxit bề mặt bền vững bảo vệ kim loại khỏi tác động của môi trường ăn mòn của khí ở nhiệt độ cao. • Ứng dụng: các chi tiết chịu tải trọng thấp (phần tử nung, khí cụ lò, v.v.). • Ví dụ thành phần: 20X13H28, 20X25H20C2, XH70Ю. Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội24 & CNKL 24
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Thành phần và tính chất – Sau khi tôi đồng nhất hóa tổ chức A (không phải để tạo M như trong trường hợp thép thường), thép có độ bền và tính dẻo cao Thép/ hợp kim σC σB δ [kp/mm2] [kp/mm2] [%] 08X18H10 20 48 40 Tôi 1050 – 1100 oC/không khí 10X17H13M2T 22 52 40 Tôi 1050 – 1100 oC/không khí XH67MBTЮ 55 – 75 100 – 110 20 – 30 Tôi 1200 oC/không khí; hóa già 850 oC/15h Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội25 & CNKL 25
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Thành phần và tính chất – Tổ chức kim loại phụ thuộc vào: • Thành phần hóa học (là chính) • Chế độ nhiệt luyện • Mức độ biến dạng dẻo Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội26 & CNKL 26
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Thành phần và tính chất – Thành phần hóa học - Giản đồ Schaeffler A rit Fe E Ni M F Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội27 & CNKL CrE 27
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Thành phần và tính chất – Chế độ nhiệt luyện L L + δ L γ g L on tr K Giản đồ trạng thái n ta giả 2 nguyên của òa h ạn hợp kim i h iớ 0,05%C, 18% Cr, G 8% Ni, 74% Fe thép Nguội chậm: L →δ+ γ→γ→γ+ K →α+ γ + K Nguội nhanh: L →γ+ (δ) Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội28 & CNKL 28
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Thành phần và tính chất Thay đổi cơ tính HB thép 17Cr18Ni8Ti theo mức độ biến σB dạng nguội (biến σ C cứng) (Một phần γ chuyển biến thành α tại tinh δ giới, ngăn chuyển dộng trượt mạng tinh thể) Ngô LêHB; Thông, δ %; B/m σ Hàn, σ kp/mm2 ĐHBK HàM Nứội29c độ biến dạng & CNKL C B 29
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Thành phần và tính chất – Định nghĩa ăn mòn tinh giới % Cr 12,5 % Cr 12,5 x Hạt austenit x t t ặ ặ Vùng nghèo crom Hạt austenit m m ề ề b b ừ ừ Tinh giới t mòn n n mòn t mòn n ă ă t t ấ ấ Hạt cacbit crom Vùng nghèo crom Ch Hạt cacbit crom Tinh giới Ch Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội30 & CNKL 30
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Thành phần và tính chất – Vấn đề ăn mòn tinh giới Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lên tính nhạy cảm với ăn mòn tinh giới của kim loại mối hàn thép austenit tcr t1 Thời gian Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội31 & CNKL 18-8 31
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Thành phần và tính chất – Vấn đề ăn mòn tinh giới • Khi Ti ≥ (C – 0,02) , Nb ≥ 10C, cacbon ưu tiên liên kết với Ti, Nb (dưới dạng các hạt mịn cacbit phân tán) thay vì với Cr. – Vấn đề pha σ : • Thép chứa Cr cao (16 – 25%) và Mo, Si ở 700 – 850 oC dễ tiết ra pha σ, chủ yếu theo các phản ứng γ → α → σ hoặc δ → σ. Khả năng chịu nhiệt và bền nhiệt sẽ bị suy giảm. Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội32 & CNKL 32
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Tính hàn: Tính hàn của thép A chịu ảnh hưởng của (1) việc hợp kim hóa bằng nhiều nguyên tố, (2) tính đa dạng trong vận hành liên kết hàn 1. Vấn đề nứt nóng mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt 2. Vấn đề giòn kim loại mối hàn thép chịu nhiệt và thép bền nhiệt ở nhiệt độ cao 3. Vấn đề suy giảm cơ tính do hệ số dãn nở nhiệt lớn 4. Pháhủy do ăn mòn tinh giới và 5. Nứt do ăn mòn dưới ứng suất Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội33 & CNKL 33
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Nứt nóng mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt Austenit Lớp cùng tinh (kim loại đắp) (giữa các tinh thể) Austenit (kim loại cơ bản) Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội34 & CNKL Kết tinh kim loại mối hàn 1 pha (γ) 34
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Nứt nóng mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt Austenit Lớp cùng tinh (kim loại đắp) (giữa các tinh thể) δ Ferit Austenit (kim loại cơ bản) Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội35 & CNKL Kết tinh kim loại mối hàn 2 pha (γ + δ) 35
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Nứt nóng mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt • Nứt nóng: – Thể hiện dưới dạng nứt giữa các tinh thể – Có thể xuất hiện khi hàn, nhiệt luyện và khi vận hành liên kết hàn ở nhiệt độ cao – Chủ yếu dưới dạng cấu trúc hạt thô khi các tinh thể kết tinh của lớp sau nối tiếp hướng của các tinh thể lớp trước. • Cách khắc phục: – Làm mịn các hạt tinh thể khi kết tinh; làm mất tính định hướng của chúng; giảm chiều dày lớp cùng tinh →đểkim loại mối hàn chứa một lượng nhất định δ ferit sơ cấp. – Sử dụng vật liệu hàn chứa ít S, P (dây hàn, lõi que hàn đã qua tinh luyện chân không hoặc tinh luyện điện xỉ) – Giảm: năng lượng đường, tiết diện mối hàn, lượng kim Ngô Lê Thông, loB/mạ Hàni cơ bản tham giaĐHBK vào Hà Nmội36ối hàn). & CNKL 36
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Nứt nóng mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt Đường A + M theo Schaeffler FN %Mn . Austenit (A) %N + 0,5 . % ferit (F) %C +30 . austenit + ferit = %Ni30 + E (A+F) Ni CrE = %Cr + %Mo + 1,5. %Si + 0,5. %Nb Giản đồ DeLong và chỉ số ferit FN (Ferrite Number) Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội37 & CNKL 37
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Nứt nóng mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt ) N F ( it fer ố S = Ni + 35C + 20N + 0,25Cu E Ni CrE = Cr + Mo + 0,7Nb Giản đồ WRC 1992 và chỉ số ferit FN (Ferrite Number) NgôNếu khôngLê Thông, có s B/mẵn n ồHànng độ nitơ thực, N = 0,08%ĐHBK đố Hài vớ Ni ộGMAW,i38 N = 0,12% đối với FCAW tự bảo vệ. N = 0,06% đối với các quá trình hàn khác. & CNKL 38
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Nứt nóng mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt •Trong chế tạo và vận hành: sử dụng các dụng cụ đo nhanh lượng ferit •Tiêu chuẩn AWS A4.2-74: Standard procedures for calibrating magnetic instruments to measure the delta- ferrite content of austenitic stainless steel weld-metal. • Nguyên lý hoạt động của dụng cụ: Dụng cụ đo dựa vào lực kéo của ferit trong kim số FN (Severn gauge) loại mối hàn. • Đi kèm dụng cụ đo là 8 mẫu chuẩn Ngô Lê Thông, B/m Hàn chứĐHBKa từ Hà 3 N ộđếi39n 27 FN. & CNKL 39
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Vấn đề giòn kim loại mối hàn thép chịu nhiệt và thép bền nhiệt ở nhiệt độ cao 1. Liên quan đến quá trình vận hành kết cấu hàn ở nhiệt độ cao. 2. Thép bền nhiệt cần giữ được cơ tính cần thiết ở nhiệt độ cao. 3. Tốc độ nguội khi hàn cao → các tổ chức kim loại không ổn định tại nhiệt độ cao được giữ lại. 4. Sau đó, trong quá trình vận hành ở 350 oC trở lên, do khuyếch tán, sẽ thay đổi tổ chức → suy giảm tính dẻo kim loại mối hàn. Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội40 & CNKL 40
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Vấn đề suy giảm cơ tính do hệ số dãn nở nhiệt lớn Thép austenit: hệ số giãn nở nhiệt lớn hơn nhiều so với thép thường Hàn nhiều lớp: 1.Kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt và các lớp hàn đầu tiên bị nung nhiều lần → biến dạng nhiệt (biến cứng) 2.Độ cứng vững của liên kết 3.Biến cứng cũng làm tăng lượng ferit, tức là xác suất giòn mối hàn do pha sigma Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội41 & CNKL 41
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Phá hủy do ăn mòn tinh giới (a) Ăn mòn tại vùng (b) Ăn mòn tại kim (c) Ăn mòn dạng ảnh hưởng nhiệt loại mối hàn mũi dao Các dạng ăn mòn tinh giới liên kết hàn Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội42 & CNKL A: KLCB thiếu nguyên tốổn định hóa gamma (thừa cacbon) B: tương tự như vậy đối với KLMH (KLCB chứa Nb, Ta, Ti) C: KLCB có Nb, Ta, Ti nhưng tại vùng bị nung > 1250oC, TiC, NbC bị hòa tan và không phục hồi được sau khi hàn (chỉ xuất hiện Cr23C6). 42
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Phá hủy do ăn mòn tinh giới Cách phòng chống: 1. Giảm nồng độ cacbon xuống giới hạn hòa tan trong austenit (0,02 0,03%) 2. Hợp kim hóa austenit bằng các nguyên tố tạo cacbit mạnh (Ti, Nb, Ta, V) 3. Tôi đồng nhất hóa austenit từ 1050÷1100 oC (sau đó tránh khoảng 500÷800 oC) 4. Ủổn định hóa austenit 850÷900 oC/2÷3 h 5. Bảo đảm tổ chức 2 pha A+F (chứa đến 20÷25% F, tùy ứng dụng) thông qua hợp kim hóa thêm bằng Cr, Si, Mo, Al Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội43 & CNKL 43
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Phá hủy do ăn mòn dưới ứng suất •Làtác động đồng thời của môi trường ăn mòn và ứng suất kéo. Ứng suất kéo xuất hiện do: 1. Biến cứng 2. Hàn 3. Nhiệt luyện 4. Tải vận hành •Các yếu tố làm tăng khả năng phá hủy do ăn mòn dưới ứng suất: 1. Mức ứng suất gia tăng 2. Chất ăn mòn có nồng độ cao (ví dụ crlorit và hydroxit) 3. Nhiệt độ tăng 4. Thời gian tác động tăng Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội44 & CNKL 44
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Phá hủy do ăn mòn dưới ứng suất Đặc điểm: 1. Là dạng phá hủy giòn (giữa các tinh thể hoặc xuyên tinh thể, nhưng ít gây hậu quả nghiêm trọng như phá hủy giòn thông thường (ví dụ thiết bị áp lực) 2. Có thể tác động trong vòng vài giờ, gây rò rỉ hóa chất Có thể xuất hiện tại: 1. Kim loại cơ bản (ứng suất dư do biến cứng, ứng suất tải vận hành) 2. Kim loại mối hàn 3. Vùng ảnh hưởng nhiệt thép có nồng độ C cao •Môi trường dễ xuất hiện nhất: dung dịch nước của clorit ở nhiệt độ cao > 70 oC •Tổ chức A+F chống ăn mòn loại này tốt hơn tổ chức 1 pha A. Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội45 & CNKL 45
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Phá hủy do ăn mòn dưới ứng suất Các biện pháp chống ăn mòn dưới ứng suất (thép austenit và môi trường clorit, hydroxit): 1. Khống chế môi trường ăn mòn: tuân thủ quy trình thử thủy tĩnh thép austenit, các biện pháp cách nhiệt 2. Nếu không thể được, dùng vật liệu có khả năng chống ăn mòn tốt hơn (hợp kim coban, niken) 3. Nhiệt luyện giảm ứng suất dư > 900 oC (khó thực hiện) Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội46 & CNKL 46
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn • Cùng một mác thép có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau •Do đóyêu cầu đối với tính chất liên kết cũng khác nhau •Vìvậy công nghệ hàn cũng tương ứng (vật liệu hàn, chế độ hàn, chế độ nhiệt) •Khả năng dẫn nhiệt kém (trang sau) + hệ số dãn nở nhiệt cao = chiều sâu chảy lớn và dễ biến dạng sau khi hàn • Điện trở riêng lớn gấp 5 lần so với thép thường, có thể gây nung nóng điện cực quá mức Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội47 & CNKL 47
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn Trường nhiệt độ khi hàn: * thép cacbon (hệ số dẫn nhiệt 0,096 cal/cm/s) và thép hợp kim cao (hệ số dẫn nhiệt 0,4 cal/cm/s) Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội48 & CNKL 48
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn Các biện pháp ngăn nứt nóng kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt: 1. Hạn chế lượng P, S, Pb, Sn, Bi trong kim loại cơ bản và kim loại mối hàn (đặc biệt khi hàn thép có mức độ austenit hóa cao), giảm lượng kim loại cơ bản tham gia vào mối hàn. 2. Tạo tổ chức kim loại mối hàn có 2 pha •A+F:cho 3÷5% δ ferit với thép bền nhiệt và chịu nhiệt có mức độ austenit hóa không cao,đến 15% Ni; 15÷25% δ ferit (thép chống ăn mòn) • A+K+ (pha giữa các kim loại) mịn: cho thép có mức độ austenit hóa cao (>15% Ni) 3. Các biện pháp công nghệ thay đổi hình dạng vũng hàn và hướng phát triển các hạt austenit khi kết tinh (trang sau) 4. Giảm tác dụng lực lên liên kết hàn: giảm dòng hàn, chọn dạng mối Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội49 hàn& CNKL thích hợp 49
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT Hướng kết tinh,ứng a) Nứt b) Không nứt suất kéo và khả năng nứt nóng c) Nứt d) Không nứt Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội50 & CNKL 50
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn Hàn hồ quang tay Cùng một mác que hàn, cùng một kim loại cơ bản nhưng khi thay đổi • Loại liên kết • Tư thế hàn có thể làm thay đổi chiều sâu chảy và thành phần kim loại mối hàn. Que hàn thuộc nhóm vỏ bọc bazơ: • Sấy trước khi hàn • Sử dụng năng lượng đường nhỏ, hàn không dao động ngang, chiều dài hồ quang ngắn, dòng một chiều cực nghịch. Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội51 & CNKL 51
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn Hàn hồ quang tay: Chiều dày Que hàn [mm] Cường độ [A] ở tư thế hàn tấm [mm] Đường Chiều dài Sấp Đứng Trần kính 2,0 2 150 200 30 50 - - 2,5 3,0 3 225 250 70 100 50 80 45 75 3,0 8,0 3 4 250 300 85 140 75 130 65 120 8,0 12,0 4 5 300 400 85 160 75 150 65 130 Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội52 & CNKL 52
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn Loại thép Loại que hàn Cấu trúc kim loại mối hàn Chống ăn mòn E-04Cr20Ni9 A + 2,5 7%F (chống ăn mòn 08Cr18Ni10 E-07Cr20Ni9 tinh giới) 08Cr18Ni10Ti, E-08Cr19Ni10Mn2Nb 12Cr18Ni10Ti E-02Cr19Ni9Nb A + 5,0 10%F (yêu cầu khắt 08Cr18Ni12Ti khe chống ăn mòn tinh giới) 08Cr18Ni12Nb 08Cr22Ni6Ti A + 3,0 5,0%F (chống ăn mòn E-02Cr19Ni9Nb tinh giới, nhiệt độ vận hành đến 600 oC) E-08Cr19Ni10Mn2MoNb A + 4,0 5,0%F (chống ăn mòn 10Cr17Ni13Mo2Ti E-09Cr19Ni10Mn2Mo2Nb tinh giới, nhiệt độ vận hành đến 10Cr17Ni13Mo3Ti 700 oC) 08Cr18Ni12Nb A + 4,0 8,0%F (yêu cầu khắt 08Cr21Ni6Mo2Ti E-09Cr19Ni10Mn2Mo2Nb khe chống ăn mòn tinh giới) Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội53 & CNKL 53
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn Hàn hồ quang tay Loại thép Loại que hàn Cấu trúc kim loại mối hàn Bền nhiệt 12Cr18Ni9 E-08Cr16Ni8Mo2 A + 2,0 4%F (nhiệt độ vận 12Cr18Ni10Ti E-08Cr17Ni8Mo2 hành đến 800 oC) 08Cr18Ni12Ti 10Cr23Ni18 E-10Cr25Ni13Mn2 A + 2,5%F (nhiệt độ vận hành đến 850 oC) Chịu nhiệt 20Cr20Ni14Si2 E-12Cr24Ni14Si2 A + 3,0 10%F (nhiệt độ 08Cr20Ni14Si2 vận hành đến 900 1100 oC) 20Cr25Ni20Si2 E-28Cr24Ni16Mn6 A + K (nhiệt độ vận hành 40Cr18Ni25Si2 đến 1050 oC, bền nhiệt) Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội54 & CNKL 54
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn Hàn dưới lớp thuốc So với hàn hồ quang tay: Tính ổn định cao hơn về thành phần và tính chất kim loại mối hàn: • Khi thay que hàn hồ quang tay: tốc độ hàn và tốc độ nguội thay đổi → thay đổi thành phần • Nóng chảy đều dây hàn và kim loại cơ bản dọc mối hàn (tốc độ không đổi) •Mức độ bảo vệ vùng hàn cao hơn •Tạo dáng mối hàn tốt hơn (chuyển tiếp đều vào kim loại cơ bản) • Không có bắn tóe (mà có thểảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn) Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội55 & CNKL 55
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn Hàn dưới lớp thuốc Phạm vi sử dụng: • Cho dải chiều dày 3 50 mm •Từ 3 12 mm không phải vát mép (hàn hồ quang tay: 3 5 mm) •Cóthể hàn với khe đáy lớn và không vát mép với chiều dày tấm đến 30 40 mm Lưu ý: • Khi thay đổi chiều dày tấm cần hàn, dạng vát mép và phần kim loại cơ bản tham gia mối hàn thay đổi → khó khống chế tỷ lệ ferit trong kim loại mối hàn (với cùng một tổ hợp kim loại cơ bản, dây hàn và thuốc hàn) Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội56 & CNKL 56
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn Hàn dưới lớp thuốc •Tầm với điện cực nhỏ hơn 1,5 2 lần so với hàn thép hợp kim thấp •Cần hàn các mối hàn nhiều lớp, mỗi lớp có tiết diện nhỏ • Ưu tiên hợp kim hóa mối hàn bằng dây hàn, thay vì bằng thuốc hàn •Thuốc hàn thuộc nhóm bazơ Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội57 & CNKL 57
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn Hàn dưới lớp thuốc Yêu cầu Loại thuốc hàn (mác/thành phần %) Kim loại mối hàn •ANF-16: ≤5,0 SiO2, 50 55 CaF2, 5,0 7,0 A +F MgO, 28,0 32,0 Al2O3, 0,07 S, 0,04 P Kim loại mối hàn •AN-26: ≤5,0 SiO2, 50 55 CaF2, 5,0 7,0 A +F để hàn thép MgO, 28,0 32,0 Al2O3, 0,07 S, 0,04 P có mức austenit hóa không cao Kim loại mối hàn •ANF-5: ≤2,0 SiO2, 75 80 CaF2, 0,05 S, A để hàn thép có 0,02 P mức austenit hóa •48-OF-6: ≤4,0 SiO2, ≤0,3 MnO, 52,5 CaF2, cao ≤3,0 MgO, 19,5 CaO, 23,5 Al2O3, 0,05 S, Ngô Lê Thông, B/m Hàn 0,04 P ĐHBK Hà Nội58 & CNKL 58
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn Hàn dưới lớp thuốc Loại thép Loại dây hàn Yêu cầu Chống ăn mòn 12Cr18Ni9 01Cr19Ni9; Chống ăn mòn tinh giới 12Cr18Ni10Ti 04Cr19Ni9; 08Cr18Ni9Ti 06Cr19Ni9Ti; 07Cr18Ni9TiAl 04Cr19Ni9Si2 05Cr19Ni9V3Si2 12Cr18Ni10Ti 07Cr18Ni10Nb Chống ăn mòn tinh giới. 10Cr18Ni10Ti 05Cr20Ni9VNbSi Nhiệt độ vận hành trên 08Cr18Ni12Ti 350 oC 08Cr18Ni12Nb 10Cr17Ni13Mo3Ti 08Cr19Ni10Mo3Nb Yêu cầu khắt khe với Ngô08Cr18Ni12Nb Lê Thông, B/m Hàn 06Cr20Ni11Mo3TiNbĐHBK Hà Nội59chống ăn mòn tinh giới & CNKL 59
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn Hàn dưới lớp thuốc Loại thép Loại dây hàn Yêu cầu Bền nhiệt 12Cr18Ni9 04Cr19Ni9 Chống ăn mòn tinh giới; kim loại mối hàn A +F 08Cr18Ni9Nb 08Cr18Ni8Mn2Nb Kim loại mối hàn A +F 08Cr18Ni12Ti Chịu nhiệt 20Cr23Ni13 07Cr25Ni13 08Cr20Ni14Si2 20Cr23Ni13 07Cr25Ni12Mn2Ti Nhiệt độ vận hành 06Cr25Ni12TiAl 900 1100 oC 08Cr25Ni13NbTiAl Ngô20Cr25Ni20Si2 Lê Thông, B/m Hàn 08CrNi50 ĐHBK Hà Nội60Nhiệt độ vận hành ≤1100 oC & CNKL 60
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn Hàn điện xỉ •Cóthể đạt được kim loại mối hàn austenit mà không xuất hiện nứt nóng • Kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt bị lưu lại lâu ở 1200 1250 oC có thể suy giảm cơ tính dẫn đến nứt, đặc biệt với thép chịu nhiệt trong quá trình nhiệt luyện và vận hành sau khi hàn •Với thép chống ăn mòn: trong vùng ảnh hưởng nhiệt có thể xuất hiện ăn mòn dạng mũi dao •Sử dụng thuốc hàn bazơ không chứa oxi, kết hợp với bảo vệ bằng luồng khí Ar (đặc biệt với thép bền nhiệt) để ngăn oxi hóa Ti, Mn Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội61 & CNKL 61
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn Hàn điện xỉ Chiều Điện cực, mm; Chiều Tốc Dòng hàn, A Điện áp Khe dày Thuốc hàn, % sâu bể độ hàn, V đáy, tấm, xỉ, mm điện mm mm cực, m/h 100 Dây ∅3; ANF-7: 20 25 35 330 600 800 40 42 28 32 CaO; 80 CaF2 100 Tấm 10x100; ANF- 15 20 2,4 1200 1300 24 26 28 32 7: 20 CaO; 80 CaF2 200 Tấm 12x200; ANF- 15 20 1,9 3500 4000 22 24 38 40 1: ≤ 5,0 SiO2; ≥ 92 CaF2 200 Tấm 12x200; ANF- 15 20 1,9 1800 2000 26 28 38 40 Ngô Lê 6:Thông, 35 CaO;B/m Hàn 65 CaF2 ĐHBK Hà Nội62 & CNKL 62
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn Hàn trong môi trường khí bảo vệ •Khíbảo vệ: Ar, He, hỗn hợp khí •Chiều dày tấm cần hàn: từ vài phần chục đến hàng chục mm •Hàn bằng điện cực không nóng chảy: chiểu dày tấm từ 7 mm trở xuống •Với hàn ống cố định, có thể cho chiều dày thành ống lớn hơn •Thích hợp cho hàn lớp đáy các ống dày (kết hợp biện pháp bảo vệ đáy và vòng lót đáy) Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội63 & CNKL 63
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.2 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT • Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn Hàn trong môi trường khí bảo vệ •Khíbảo vệ: Ar, He, CO2, hỗn hợp khí •Hàn bằng điện cực nóng chảy: có khả năng thay đổi đặc trưng luyện kim (thông qua thay đổi thành phần khí), cho phép hàn ở nhiều tư thế (thích hợp cho hàn ở hiện trường) •Ar: dịch chuyển dạng giọt hoặc dạng tia. Dịch chuỷên dạng tia: hồ quang có tính ổn định cao, không có bắn tóe. • Ar + 3 5% O2: cho phép giảm giá trị dòng tới hạn, giảm rỗ khí do hydro gây ra • Ar + 15 20% CO2: tiết kiệm Ar, nhưng lượng nguyên tố hợp kim bị oxi hóa tăng •CO2: kim loại mối hàn có thể chứa thêm 0,02 0,04% C nếu kim loại cơ bản là thép chứa ít hơn 0,1% C (làm giảm khả năng chống ăn mòn tinh giới). Dây hàn phải chứa đủ nguyên tố khử oxi và nguyên tố tạo Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội64 &cacbit CNKL (Ti, Al). 64
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4. CÔNG NGHỆ HÀN THÉP HỢP KIM CAO CROM 4.1 Công nghệ hàn thép không gỉ crom 4.2 Công nghệ hàn thép không gỉ austenit 4.3 Công nghệ hàn thép không gỉ duplex 4.4 Công nghệ hàn thép không gỉ biến cứng kết tủa 4.5 Công nghệ hàn thép mactenzit hóa già 4.6 Công nghệ hàn thép austenit mangan Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội1 & CNKL 1
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX • Thành phần và tính chất kim loại cơ bản •Làhợp kim thuộc hệ Fe-Ni-Cr bao gồm hai pha là ferit và austenit với 50% pha austenit phân bố bên trong pha nền ferit • Các nguyên tố quan trọng: Cr, Mo (ổn định hóa ferit) Ni, N (ổn định hóa austenit). a Tiêu chuẩn EN Cr Ni Mo N PREN 1.4462 22 5 3 0,17 35 1.4363 23 4 0 0,1 25 Chỉ số đương lượng chống ăn mòn điểm (Pitting Resistance Equivalent Number): PREN = (%Cr) + (3,3 x %Mo) + (16 x %N). Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội2 & CNKL 2
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX • Thành phần và tính chất kim loại cơ bản •Cr: tăng khả năng chống ăn mòn giữa các tinh thể. • Mo: tăng khả năng chống ăn mòn điểm. •N: tăng biến cứng (dung dịch rắn xen kẽ), tăng giới hạn chảy, độ bền kéo; không làm giảm độ dai của thép. •Cấu trúc 2 pha bảo đảm: •Khả năng chống ăn mòn điểm và ăn mòn dưới ứng suất tốt hơn so với thép không gỉ austenit thông dụng. • Độ dai lớn hơn và tính hàn tốt hơn thépa không gỉ ferit. • Độ bền cao hơn thép không gỉ austenit (so với thép 304 và 316, giới hạn chảy cao gấp đôi), cho phép giảm được chiều dày và khối lượng kết cấu. Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội3 & CNKL 3
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX • Thành phần và tính chất kim loại cơ bản • Phân loại: 1. Thép không gỉ duplex đơn giản, ví dụ, 2304 (S32304, EN1.4363), chỉ chứa ít hoặc không chứa thêm molybden. 2. Thép không gỉ duplex thông dụng, ví dụ, loại 2205 (S32205, EN1.4462), chứa 22%Cr ( > 80% lượng thép không gỉ duplex hiện đang được sử dụng). 3. Thép không gỉ duplex chứa 25% Cr, ví dụ, loại 2505 (S32550) và a S31260. 4. Thép không gỉ nhóm superduplex, chứa đến 25÷26% Cr và có hàm lượng Mo và N nâng cao, ví dụ, loại 2507 (S32750). Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội4 & CNKL 4
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX • Thành phần và tính chất kim loại cơ bản • Trong quá trình chế tạo: 1. Pha lỏng kết tinh thành ferit ở 1450 oC. 2. Tại 1300 oC, đạt 100% ferit trạng thái rắn. 3. 1300÷800o, hình thành austenit, đạt tỷ lệ 50:50. 4. Sau đó, tôi trong nước để cố định tổ chức kim loại đó. • Trong quá trình hàn: o •Cóthể KLMH thiếu thời gian cần thiaết tại 1300÷800 C. •Do đó, khó đạt được tỷ lệ 50:50. •Các ứng dụng: thiết bị hóa dầu, năng lượng và vận tải. Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội5 & CNKL 5
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX • Tính hàn 1. Tổ chức tế vi và tính chất kim loại mối hàn: •Khống chế bằng: chọn thành phần thích hợp của vật liệu hàn. 2. Tổ chức kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt: •Phụ thuộc chu trình nhiệt; rất nhạy cảm với thông số hàn. • Trong vùng biên nóng chảy, tỷ lệ F:A khác nhiều 50:50. •Do đó độ dai vùng ảnh hưởng nhiệt < so với kim loại cơ bản. 3. Cần bảo đảm F : A = (25÷50) : (75÷50):a •Giữ khả năng chống ăn mòn. 4. Cần tránh hình thành các pha kết tủa (gây giòn) Kỹ thuật hàn đòi hỏi khống chế tỷ lệ F:A thông qua thành phần hóa học mối hàn và tốc độ nguội! Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội6 & CNKL 6
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX • Tính hàn Mo, W, Si 1100 oC Pha σ Cr Nitrit Cr2N Mo Pha χ V Pha γ Si 2 Cacbit M23C6 Pha R a Pha χ Cr Pha ε (Cu) Mo Pha α’ Cu Pha Γ 300 oC W Cr, Mo, Cu, W Thời gian Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội7 & CNKL 7
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX • Công nghệ hàn thép duplex tiêu biểu 2205: 1. Kim loại cơ bản (%): 0,016÷0,022 C; 0,37÷0,53 Si; 1,40÷1,52 Mn; 21,5÷22,2 Cr; 5,5÷5,7 Ni; 2,9÷3,1 Mo; 0,140÷0,184 N. PREN = 34÷35 (với PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N). 2. SMAW, SAW, GMAW, GTAW, FCAW. 3. Tốc độ nguội tăng Æ tỷ lệ F:A tăng tại vùng AHN và KLMH. 4. Kim loại đắp tiêu biểu (22%Cr hoặc 25%Cr): % C S P Si Mn Cr Ni Mo Cu N min. 0,015 – – 0,300 0,800 22,5 a 8,0 3,2 – 0,140 max. 0,045 0,015 0,025 0,750 2,000 23,5 10,0 32,6 0,50 0,200 5. Làm sạch và tẩm thực mối hàn: lâu hơn thép A. 6. Xác định tỷ lệ F: chỉ dùng giản đồ WRC 1992 (có tính tới N). Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội8 & CNKL Tốc độ nguội quá lớn: chỉ có F. Tốc độ nguội quá nhỏ: hình thành các pha kết tủa có hại. 8
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX • Công nghệ hàn thép duplex tiêu biểu 2205: 6. Máy đo hàm lượng ferit trong kim loại mối hàn: feritscope (trong vùng ảnh hưởng nhiệt dùng phương pháp kim tương lưới điểm theo ASTM A 562). %F = 0,54.FN + 9,7 a Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội9 & CNKL 9
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.3 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ DUPLEX • Công nghệ hàn thép duplex tiêu biểu 2205: 7. Chế độ hàn và năng lượng đường: • Không nung nóng sơ bộ. Tip max = 150 oC. •Ngăn lượng đường: (+ không xử lý nhiệt sau khi hàn) Quá trình hàn qd [kJ/mm] Hồ quang tay 0,55÷2,05 Điện cực nóng chảy, có xung 0,55÷2,05 Điện cực nóng chảy 0,70÷2,45 a Dưới lớp thuốc 0,50÷1,70 Điện cực không nóng chảy; Plasma 1,00÷3,45 Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội10 & CNKL •Nung nóng sơ bộ chỉ tác động lên dải nhiệt độ thấp (F Æ A chỉ xảy ra ở dải nhiệt độ cao; nung sơ bộ làm giảm tốc độ nguội, làm hình thành các pha kết tủa). •Khí bảo vệ chứa 2%N. 10
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.4 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ BIẾN CỨNG KẾT TỦA • Thành phần và tính chất kim loại cơ bản: 1. Độ bền cao (862÷2068 MPa tùy theo trạng thái nhiệt luyện). 2. Chống ăn mòn (tương đương AISI 302 và 304). 3. Chống oxi hóa tốt ở nhiệt độ trung bình. 4. Dễ gia công: gia công ở trạng thái độ bền rất thấp, sau đó được bền hóa (biến cứng kết tủa tại 480÷620 oC). 5. Được bền hóa bằng mactenzit, bền hóa phân tán hoặc kết hợp cả hai. a Hòa tan dung Làm nguội Hóa già (nung dịch đặc nhanh (tôi) có kiểm soát) Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội11 & CNKL •Biến cứng kết tủa = biến cứng hóa già = bền hóa phân tán. 11
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.4 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ BIẾN CỨNG KẾT TỦA • Thành phần và tính chất kim loại cơ bản: Loại Ký hiệu Số UNS Thành phần hóa học, % 17-4 PH S17400 0,04 C; 0,30 Mn; 0,60 Si; 16,0 Cr; 4,2 Ni; 3,4 Mactenzit Cu; 0,25 Nb (bền trung 15-5 PH S15500 0,04 C; 0,30 Mn; 0,40 Si; 15,0 Cr; 4,5 Ni; bình) 3,4 Cu; 0,25 Nb Mactenzit PH 13-8 Mo S13800 0,04 C; 0,03 Mn; 0,03 Si; 12,7 Cr; 8,2 Ni; (bền cao) 2,2 Mo; 1,1 Al a 17-7 PH S17700 0,07 C; 0,50 Mn; 0,30 Si; 17,0 Cr; 7,1 Ni; 1,2 Al Nửa PH 15-7 Mo S15700 0,07 C; 0,50 Mn; 0,30 Si; 15,2 Cr; 7,1 Ni; austenit 2,2 Mo; 1,2 Al A-286 K66286 0,05 C; 1,45 Mn; 0,50 Si; 14,75 Cr; 25,2 5Ni; Austenit 1,30 Mo; 0,15 Al; 0,30 V; 2,15 Ti; 0,005 B 17-10 P - 0,10 C; 0,60 Mn; 0,50 Si; 17,0 Cr; 11,0 Ni; 0,30 P Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội12 & CNKL •PH = participation hardening •Công nghệ sản xuất thép loại này: nung 815÷1040 oC Æ austenit. Sau đó tôi, austenit Æ mactenzit ở 150÷100 oC. Thích hợp cho gia công cơ và biến dạng tạo hình. Hóa già sau đó ở 485÷620 oC trong thời gian thích hợp, thép tiếp tục được biến cứng thông qua cơ chế hình thành các pha phân tán (tăng độ cứng và độ bền). 12
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.4 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ BIẾN CỨNG KẾT TỦA • Công nghệ hàn thép nhóm mactenzit: • KLCB chống ăn mòn tốt hơn thép không gỉ mactenzit thông thường. • Không nung nóng sơ bộ hoặc nung nóng bổ sung sau khi hàn. • KLCB: van, móc cài, trục chân vịt, v.v. • Tính hàn tốt; không nứt nguội (ít cacbon); có thể nứt nóng nếu hàn với thép cacbon hoặc thép hợp kim thấp. •Hàn ở trạng thái ủ. • Sau khi hàn: austenit hóa và hóa già nhâna tạo để đạt độ bền và khả năng chống ăn mòn tối đa. Ký hiệu Số UNS Que hàn Dây hàn Thép không gỉ không đồng nhất Mactenzit 17-4 PH S17400 AMS 5827B AMS 5827B E / ER 309 (Nb) Ngô Lê Thông, B/m Hàn (17-4 PH) hoĐHBKặc Hà(17-4 Nội13 PH) hoặc 15-5& CNKL PH S15500 E 308 ER 308 •PH = precipitation hardening. 13
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.4 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ BIẾN CỨNG KẾT TỦA • Công nghệ hàn thép nhóm nửa austenit: • KLCB chống ăn mòn tốt hơn thép không gỉ mactenzit thông thường. • Ủ: austenit, tính dẻo cao, dễ gia công biến dạng tạo hình như thép 18 Cr – 8 Ni. •Cóthể nhanh chóng bị biến cứng sau khi gia công và cần được ủ trung gian trong trường hợp cần tạo hình phức tạp. • Sau khi chế tạo, austenit Æ mactenzit thông qua nhiệt luyện. • Khi đó, sẽ đạt được độ bền tối đa bằnga cách hóa già, tạo nên trong quá trình biến cứng kết tủa và ram mactenzit. Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội14 & CNKL 14
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.4 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ BIẾN CỨNG KẾT TỦA • Công nghệ hàn thép nhóm nửa austenit: •Hầu hết các quá trình hàn hồ quang; TIG tốt nhất để tránh nứt nóng khi hàn một lượt và giảm thiểu tổn thất nhôm trong kim loại mối hàn. • Khi hàn, nhiệt hàn có tác dụng austenit hóa và ủ hòa tan dung dịch rắn tại khu vực vùng ảnh hưởng nhiệt liền kề mối hàn. •Do đó, KLMH và vùng AHN ở trạng thái sau khi hàn: austenit. •Vìvậy, có thể hàn thép không gỉ biến cứng kết tủa nửa austenit ở bất kỳ trạng thái nào mà không cần nung nóng sơ bộ, không cần kiểm soát nhiệt độ giữa các đườnga hàn hoặc tốc độ nguội. • Độ bền mối hàn = 90÷100% độ bền của kim loại cơ bản. Ký hiệu Số UNS Que hàn Dây hàn Thép không gỉ không đồng nhất Nửa austenit 17-7 PH S17700 AMS 5827B (17-4 AMS 5824A (17-7 PH) E / ER 310. ENiCrFe-2 Ngô Lê Thông, B/m HànPH) hoặc E 308, ĐHBK Hà Nội15hoặc ERNiCr-3 & CNKL E 309 PH 15 7 S15700 E 308 h ặ E309 AMS 5812C (PH 17 7 E / ER 309 h ặ E/ER 15
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.4 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP KHÔNG GỈ BIẾN CỨNG KẾT TỦA • Công nghệ hàn thép nhóm austenit: • KLCB chống ăn mòn tốt hơn hầu hết thép không gỉ austenit Cr – Ni. • Độ dai va đập cao ở nhiệt độ > 650 oC, không có từ tính ở trạng thái ủ và trạng thái biến cứng kết tủa. •Cóthể hàn ở trạng thái ủ. •Sử dụng trong các ứng dụng như khung động cơ phản lực, móc cài và cánh quạt tuabin. • Nên hàn TIG với qd nhỏ. Có thể hàn SMAW.a Ký hiệu Số UNS Que hàn Dây hàn Thép không gỉ không đồng nhất Austenit A-286 K66286 E 309 hoặc ERNiCrFe-6 hoặc E / ER 309 hoặc E 310 ERNiMo-3 E / ER 310 Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội16 & CNKL 16
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.5 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP MACTENZIT HÓA GIÀ • Thành phần và tính chất KLCB: • KLCB: maraging steel = martensite (mactenzit) + aging (hóa già). Chúng không thực sự là loại thép mactenzit lẫn hóa già theo đúng nghĩa. A 538: ASTM A 538 Thành phần hóa học danh định [%] Cấp thép Ni Co Cr Mo Ti Al Gr.A (200) 18 8 – 4 0,2 0,1 Gr.B (250) 18 8 – 5 0,4 0,1 Gr.C (300) 18 9 – 5 0,7 0,1 18 Ni (350) 18 12 a 4 1,3 0,1 Độ bền Giới hạn Độ dãn Độ thắt Độ dai phá Độ dai va kéo chảy [MPa] dài [%] [%] hủy đập [N.m] [MPa] [m.N/mm2] Gr.A (200) 1500 1400 10 60 24,5÷38,5 47,5 Gr.B (250) 1790 1700 8 55 19,3 27,1 Gr.C (300) 2050 2000 7 40 12,8 20,3 18 NiNgô (350) Lê Thông, B/m Hàn2450 2400 ĐHBK Hà6 Nội1725 5,6÷7,9 10,8 Mẫu &th CNKLử Charpy cho độ dai va đập ở nhiệt độ thường. Chế độ hiệ l ệ ủ hò i816 Chó ià i482 C •Thép ASTM A 538 có: 18 Ni (200), 18 Ni (250), và 18 Ni (300)). Sau này còn có thêm cấp thứ tư là 18 Ni (350) 17
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.5 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP MACTENZIT HÓA GIÀ • Thành phần và tính chất KLCB: • KLCB: 18%, 20% và 25% Ni, cộng với một lượng các nguyên tố hợp kim khác làm chức năng hóa già. •C, Mn, Si được coi là không có lợi và được giữởhàm lượng thấp 0,03% C; 0.10% Mn và 0,10% Si. • Trong các loại thép maraging, thép có hàm lượng 18% Ni là loại phổ biến nhất vì có thể nhiệt luyện đơn giản hơn các loại khác để đạt tới cơ tính tối ưu. • Độ bền khác nhau của thép đạt được thônga qua hàm lượng Co, Mo, và Ti. Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội18 & CNKL 18
HK9, 2005-06 Công nghệ hàn điện nóng chảy 4.5 CÔNG NGHỆ HÀN THÉP MACTENZIT HÓA GIÀ • Thành phần và tính chất KLCB: • KLCB: quy trình nhiệt luyện thép maraging T, [oC] Ủ hòa tan, nguội nhanh 816 oC/1h Hóa già (biến cứng kết tủa), nguội nhanh a 482 oC/3 4h Ms Mf 30 HRC 52 HRC T, [h] Ngô Lê Thông, B/m Hàn ĐHBK Hà Nội19 & CNKL •Thép được nung tới 816 oC, để hòa tan các nguyên tố biến cứng (Ti và Al), sau đó được làm nguội trong không khí (ủ). •Tại nhiệt độ Ms (vào khoảng 200 oC với thép A538 Gr.B, và 160 oC với A538 Gr.C), austenit Æ mactenzit và hoàn tất ở khoảng 93 oC. Sự chuyển biến pha này xảy ra trong một dải rộng tốc độ nguội. •Sau đó thép chứa hoàn toàn mactenzit được hóa già khoảng 1 giờ tại nhiệt độ khoảng 482 oC, để tạo ra các hạt phân tán mịn bên trong pha nền kim loại. •Khi tăng thời gian của giai đoạn này, độ cứng cũng tăng. •Mo: tham gia trực tiếp vào các hạt phân tán, làm biến cứng pha nền bằng cơ chế phân tán. •Co: không tham gia trực tiếp vào quá trình biến cứng, nhưng có tác dụng đẩy nhanh quá trình này. •Một điểm đặc biệt là trong quá trình nung, chuyển biến pha từ alpha sang gamma xảy ra trong một dải nhiệt độ hẹp (650÷680 oC), nhưng chuyển biến pha theo chiều ngược lại từ gamma sang alpha lại xảy ra ở dải nhiệt độ rất thấp (260÷300 oC). Điều này cho phép sự hóa già mactenzit tại 485 oC kéo dài trong vài giờ mà không có chuyển biến pha sang austenit. 19