Giáo trình Công nghệ hàn điện nóng chảy - Chương 3: Công nghệ hàn thép hợp kim tháp - Ngô Lê Thông

Nội dung text: Giáo trình Công nghệ hàn điện nóng chảy - Chương 3: Công nghệ hàn thép hợp kim tháp - Ngô Lê Thông

1. 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
2. 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
3. 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
4. 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
5. 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
6. 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
7. 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
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: –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
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 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
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): – 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
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): 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
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). [%] 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
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). – 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
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). 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
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). –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
16. 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
17. 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
18. 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
19. 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
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 •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
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: – 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
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 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
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 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
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 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
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 •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
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 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
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 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
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 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
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 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
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: Ngô Lê Thông, B/m Hàn CNKL, 30 ĐHBK Hanoi •Tự đọc ở nhà. 30
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 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
32. 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
33. 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
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 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
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 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
36. 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
37. 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
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 •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
39. 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
40. 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
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 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
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 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
43. 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