Đồ Án Hàn Nóng Chảy Phân Tích, Lựa Chọn Vật Liệu Cơ Bản, Loại Quá Trình Hàn Và Vật Liệu Hàn.docx

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................................................6
BẢNG GIẢI THÍCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT ĐÃ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN................................................7
BẢNG CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN.........................................................................8
LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................................................9
CHƯƠNG 1...........................................................................................................................................10
TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM CHẾ TẠO..................................................................................................10
CHƯƠNG 2...........................................................................................................................................11
PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN VẬT LIỆU CƠ BẢN, LOẠI QUÁ TRÌNH HÀN VÀ VẬT LIỆU HÀN........................11
2.1. Phân tích, lựa chọn vật liệu cơ bản của các chi tiết hàn............................................................11
2.1.1. Phân tích, lựa chọn vật liệu cơ bản:..................................................................................11
2.1.2. Thành phần hóa học của vật liệu cơ bản:..........................................................................11
2.1.3. Cơ tính của vật liệu cơ bản:...............................................................................................12
2.1.4. Các chú ý khi hàn chủng loại vật liệu đã chọn:.................................................................12
2.1.4.1. Đánh giá khả năng nứt nóng của liên kết hàn..............................................................12
2.1.4.2. Đánh giá khả năng nứt nguội của liên kết hàn.............................................................14
2.1.4.3. Đánh giá khả năng nứt tầng của liên kết hàn...............................................................15
2.1.4.4. Đánh giá khả năng nứt do ram liên kết hàn.................................................................16
2.1.4.5. Các chú ý và đặc điểm khi hàn vật liệu đã chọn..........................................................16
2.2. Phân tích, lựa chọn các loại q trình hàn sẽ sử dụng để chế tạo kết cấu..................................18
2.2.1. Phân tích, lựa chọn các loại q trình hàn sẽ sử dụng:.....................................................18
2.2.2. Các thơng số chế độ hàn chính của các q trình hàn đã chọn:........................................18
2.2.3. Các thơng số kỹ thuật bổ sung của các quá trình hàn đã chọn:.........................................19
2.2.4. Các kỹ thuật hàn của các quá trình hàn đã chọn:..............................................................19
2.3. Phân tích, lựa chọn các loại vật liệu hàn sẽ sử dụng để chế tạo kết cấu....................................27
2.3.1. Phân tích, lựa chọn các vật liệu hàn sẽ sử dụng:...............................................................27
2.3.2. Thành phần hóa học của các vật liệu hàn đã chọn:...........................................................28
2.3.3. Cơ tính của vật liệu hàn đã chọn:......................................................................................29
2.3.4. Các chỉ dẫn và khuyến cáo của Nhà sản xuất vật liệu hàn đã chọn:..................................29
CHƯƠNG 3...........................................................................................................................................31
CHẾ TẠO PHƠI HÀN.............................................................................................................................31

3.1. Xác định hình dáng, kích thước của các chi tiết hàn:................................................................31
3.2. Khai triển phơi cho các chi tiết hàn:..........................................................................................37
Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 1


3.3. Lựa chọn phôi. Kiểm tra và nắn phôi cắt..................................................................................38
3.3.1. Lựa chọn phôi nhập:..........................................................................................................38
3.3.2. Yêu cầu về chất lượng và phương pháp kiểm tra phôi nhập..............................................40
3.3.3. Nắn phôi trước khi lấy dấu và cắt:.....................................................................................41
Hình 3.5. Máy nắn phơi WD43M-25×3500........................................................................................42
3.4. Lấy dấu và đánh dấu phôi.........................................................................................................43
3.4.1. Lấy dấu và vạch dấu trên tấm phôi để cắt:........................................................................43
3.4.2. Đánh mã số cho các miếng phơi/chi tiết hàn:....................................................................49
3.5. Cắt phơi....................................................................................................................................49
3.5.1. Phân tích, lựa chọn phương pháp cắt phôi:.......................................................................49
3.5.2. Xác định các thông số chế độ cắt phôi:..............................................................................50
3.5.3. Lựa chọn máy (thiết bị) cắt phôi phù hợp:.........................................................................50
3.6. Tạo hình phơi............................................................................................................................53
3.6.1. Phân tích, lựa chọn phương pháp tạo hình phơi:...............................................................53
3.6.2. Xác định các thơng số chế độ cơng nghệ tạo hình phơi:....................................................54
3.6.3. Lựa chọn máy (thiết bị) tạo hình phơi phù hợp:.................................................................55
3.7. Tạo mép hàn (vát mép hàn)......................................................................................................58
3.7.1. u cầu về hình dáng, kích thước và chất lượng mép hàn của các mối hàn:.....................58
3.7.2. Lựa chọn phương pháp và thiết bị tạo mép hàn:................................................................62
3.7.3. Cắt/sửa lại phơi/mép hàn sau khi tạo hình:.......................................................................63
CHƯƠNG 4...........................................................................................................................................66
GÁ LẮP VÀ HÀN ĐÍNH KẾT CẤU HÀN...................................................................................................66
4.1. Phân tích, lựa chọn/thiết kế mới đồ gá hàn...............................................................................66

4.1.1. Lựa chọn/thiết kế mới đồ gá hàn:......................................................................................66
4.1.2. Mô tả nguyên lý hoạt động của đồ gá đã chọn/đã thiết kế:................................................67
4.2. Kỹ thuật gá lắp, định vị và cố định (kẹp) phôi hàn trên đồ gá...................................................67
4.2.1. Chuẩn gá kẹp và định vị phơi trên đồ gá hàn:...................................................................67
4.2.2. Trình tự các nguyên công và các bước gá lắp phôi lên đồ gá:...........................................68
4.2.3. Cách kiểm tra phôi sau khi lắp ghép trên đồ gá:...............................................................69
4.3. Chế độ và kỹ thuật hàn đính.....................................................................................................71
4.3.1. Phân tích, lựa chọn loại q trình hàn đính:.....................................................................71
4.3.2. Tính tốn/lựa chọn chế độ hàn đính:.................................................................................71
4.3.3. Kỹ thuật hàn đính:.............................................................................................................71
CHƯƠNG 5...........................................................................................................................................73
Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 2


QUÁ TRÌNH XỬ LÝ TRƯỚC KHI HÀN.....................................................................................................73
5.1. Xử lý nhiệt trước khi hàn – Preheating.....................................................................................73
5.1.1. Xác định nhu cầu nung sơ bộ trước khi hàn:.....................................................................73
5.1.2. Phân tích, lựa chọn phương pháp nung sơ bộ:..................................................................74
5.1.3. Chế độ công nghệ và kỹ thuật nung sơ bộ:........................................................................74
5.2. Xử lý cơ - hóa...........................................................................................................................74
5.2.1. Xác định nhu cầu làm sạch trước khi hàn:.........................................................................74
5.2.2. Phân tích, lựa chọn phương pháp làm sạch mép hàn:.......................................................74
5.2.3. Chế độ công nghệ và kỹ thuật làm sạch mép hàn:.............................................................74
CHƯƠNG 6...........................................................................................................................................75
LỰA CHỌN/TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CHẾ ĐỘ HÀN.........................................................................75
VÀ KỸ THUẬT THỰC HIỆN CÁC MỐI HÀN.............................................................................................75
6.1. Tính tốn các thơng số chế độ hàn cho từng mối hàn...............................................................75
6.1.1. Tính tốn/lựa chọn các thơng số chế độ hàn chính (d, Ih, Uh, Vh, Vd, qd):...........................75

6.1.2. Lựa chọn/tính tốn các thơng số kỹ thuật bổ sung (Qk, cỡ chụp khí, v.v...):.......................86
6.1.3. Các bảng tổng hợp các thông số chế độ công nghệ hàn đầy đủ cho từng mối hàn:...........86
Bảng 6.4 : Các thông số chế độ công nghệ hàn đầy đủ.......................................................................86
6.2. Đề xuất phê chuẩn và lựa chọn các thiết bị hàn phù hợp..........................................................87
6.2.1. Đề xuất phê chuẩn thiết bị hàn:.........................................................................................87
6.2.2. Lựa chọn thiết bị hàn cụ thể:.............................................................................................87
6.2.3. Lựa chọn các dụng cụ, thiết bị phụ trợ:.............................................................................89
CHƯƠNG 7...........................................................................................................................................91
QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SAU KHI HÀN HOÀN THIỆN.....................................................................................91
7.1. Xử lý nhiệt sau khi hàn – PWHT (ủ, ram các mối hàn)............................................................91
7.1.1. Xác định nhu cầu xử lý nhiệt sau khi hàn:.........................................................................91
7.1.2. Phân tích, lựa chọn phương pháp nhiệt luyện liên kết hàn:...............................................91
7.1.3. Chế độ công nghệ và kỹ thuật nhiệt luyện liên kết hàn:.....................................................92
7.2. Gia cơng cơ sau khi hàn hồn thiện..........................................................................................92
7.2.1. Xác định nhu cầu gia cơng cơ sau khi hàn hồn thiện:......................................................92
7.2.2. Phân tích, lựa chọn phương pháp gia cơng cơ sau khi hàn:..............................................92
7.2.3. Chế độ công nghệ gia công cơ sau khi hàn:.......................................................................93
CHƯƠNG 8...........................................................................................................................................94
XÂY DỰNG CÁC BẢN QUY TRÌNH HÀN SƠ BỘ (pWPS).........................................................................94
VÀ ĐỀ XUẤT PHÊ CHUẨN THỢ HÀN.....................................................................................................94
Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 3


8.1. Xây dựng pWPS và đề xuất kiểm tra phê chuẩn pWPS............................................................94
8.1.1. Xây dựng pWPS cho các mối hàn:.....................................................................................94
8.1.2. Đề xuất kiểm tra phê chuẩn các bản pWPS đã lập:...........................................................95
8.1.2.1. Các bước kiểm tra phê chuẩn pWPS:..........................................................................95
8.1.2.2. Thiết kế mẫu hàn để kiểm tra pWPS:..........................................................................96

8.1.2.3. Kiểm tra không phá hủy (khi kiểm tra phê chuẩn pWPS):........................................100
8.1.2.4. Kiểm tra phá hủy (khi kiểm tra phê chuẩn pWPS):...................................................100
8.1.2.5. Thành lập biên bản phê chuẩn WPS:.........................................................................102
8.2. Đề xuất chấp nhận thợ hàn và/hoặc kiểm tra phê chuẩn thợ hàn mới.....................................102
8.2.1. Đề xuất chấp nhận thợ hàn đối với thợ hàn đã có chứng chỉ:..........................................102
8.2.1.1. Điều kiện chấp nhận về thời hạn của chứng chỉ:......................................................102
8.2.1.2. Điều kiện chấp nhận về chủng loại vật liệu và chiều dày:........................................103
8.2.1.3. Điều kiện chấp nhận về loại liên kết và tư thế hàn:..................................................105
8.2.1.4. Điều kiện chấp nhận khác (loại quá trình hàn, sức khỏe, v.v...):..............................107
8.2.1.5. Tổng hợp các chỉ tiêu chấp nhận thợ hàn.................................................................108
8.2.2. Đề xuất kiểm tra phê chuẩn (thi) và cấp chứng chỉ cho thợ hàn mới:..............................108
8.2.2.1. Các bước tiến hành kiểm tra phê chuẩn thợ hàn mới:..............................................108
8.2.2.2. Thiết kế mẫu hàn để kiểm tra phê chuẩn thợ hàn mới:.............................................109
8.2.2.3. Kiểm tra không phá hủy (khi kiểm tra phê chuẩn thợ hàn mới):..............................109
8.2.2.4.

Các kiểm tra cơ tính bổ sung:.................................................................................109

8.2.2.5. Chứng chỉ phê chuẩn thợ hàn mới:..........................................................................109
CHƯƠNG 9.........................................................................................................................................110
KỸ THUẬT THỰC HIỆN CÁC ĐƯỜNG HÀN VÀ ĐỀ XUẤT THANH TRA/GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
HÀN...................................................................................................................................................110
9.1. Đề xuất kỹ thuật thực hiện các mối hàn..................................................................................110
9.1.1. Trình tự hàn các mối hàn.................................................................................................110
9.1.2. Các kỹ thuật hàn đối với từng mối hàn............................................................................110
9.2. Đề xuất các công việc thanh tra/giám sát quá trình sản xuất hàn............................................112
9.2.1. Thanh tra/giám sát trước khi hàn....................................................................................112
9.2.1.1. Thanh tra vấn đề an toàn sản xuất............................................................................112
9.2.1.2. Thanh tra việc lựa chọn các vật liệu/vật tư sử dụng.................................................112
9.2.1.3. Thanh tra việc lựa chọn và lắp ráp các thiết bị hàn, các dụng cụ sử dụng................113

9.2.1.4. Thanh tra việc chuẩn bị phôi/mép hàn và gá lắp hàn................................................113
9.2.1.5. Các thanh tra khác....................................................................................................113
Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 4


9.2.2. Thanh tra/giám sát trong khi hàn.....................................................................................113
9.2.2.1. Giám sát việc cài đặt các thông số hàn.....................................................................113
9.2.2.2. Giám sát kỹ thuật thực hiện các đường hàn..............................................................113
9.2.2.3. Các giám sát khác....................................................................................................113
9.2.3. Thanh tra/giám sát sau khi hàn........................................................................................113
9.2.3.1. Thanh tra/giám sát việc bảo quản vật tư, thiết bị hàn...............................................113
9.2.3.2. Thanh tra/giám sát việc xử lý các mối hàn sau khi hàn............................................114
9.2.3.3. Các thanh tra/giám sát khác.....................................................................................114
9.2.4. Thanh tra việc tuân thủ các bản quy trình hàn WPS........................................................114
CHƯƠNG 10.......................................................................................................................................115
ĐỀ XUẤT KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM SAU KHI HÀN HOÀN THIỆN VÀ XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ
CHẤP NHẬN ĐƯỢC CỦA KHUYẾT TẬT HÀN.......................................................................................115
10.1. Phân tích, lựa chọn các loại quá trình kiểm tra chất lượng hàn (NDT):................................115
10.2. Kỹ thuật kiểm tra chất lượng các mối hàn trên sản phẩm đã hàn hoàn thiện.........................116
10.2.1. Kỹ thuật kiểm tra bằng mắt thường (VT - visual test):...................................................116
10.2.2. Kỹ thuật kiểm tra NDT khác:.........................................................................................116
10.3. Xác định mức độ chấp nhận được của khuyết tật hàn cho các mối hàn................................118
10.3.1. Mức độ chấp nhận khuyết tật hàn khi kiểm tra VT:.......................................................118
10.3.2. Mức độ chấp nhận khuyết tật hàn tương ứng với phương pháp kiểm tra NDT khác:.....121
KẾT LUẬN...........................................................................................................................................122
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................................123
PHỤ LỤC............................................................................................................................................124
Bên ngồi Đường kính, nhận dạng Độ dày tường, Inside Diameter....................................124



Biên bản phê chuẩn thợ hàn...................................................................................................129

CHỨNG CHỈ KIỂM TRA PHÊ CHUẨN THỢ HÀN..................................................................129
 Chứng chỉ này phù hợp với phạm vi trách nhiệm quy định trong các điều kiện chung về dịch vụ
của đơn vị chứng nhận.......................................................................................................................130


Bảng trị số mạch nối................................................................................................................131

Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 5


LỜI CAM ĐOAN

Tác giả cam đoan rằng: ngoại trừ các số liệu, các bảng biểu, đồ thị, công thức … đã được
trích dẫn tài liệu tham khảo thì nội dung cơng bố cịn lại trong bản đồ án này là của chính tác
giả đưa ra. Nếu sai, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm .

Hà Nội , ngày 24 tháng 05 năm 2013.

Tác giả
Vũ Tuấn Cường

Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 6

BẢNG GIẢI THÍCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT ĐÃ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
Ký hiệu viết tắt

Ý nghĩa

VAHN

Vùng ảnh hưởng nhiệt

KLCB

Kim loại cơ bản

KLMH

Kim loại mối hàn

SMAW

Hàn hồ quang tay

pWPS

Bản quy trình hàn sơ bộ

NDT

Kiểm tra khơng phá hủy

DT

Kiểm tra phá hủy

ASME

Ameriacan Society of Machine Engineers

AC

Alternating Current

DCEP

Dirrect Current Electrode Positive

DCEN

Dirrect Current Electrode Negative

Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 7


BẢNG CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
Ký hiệu

Đơn vị

Ý nghĩa

ρ

[g/cm3]

Khối lượng riêng

F

[m2]

Diện tích

l

[mm]

Chiều dài

s

[mm]

Chiều dày

b

[mm]

Chiều rộng

δ

[%]

Độ dãn dài tương đối

σ ch

[Mpa]

Giới hạn chảy

σb

[N/mm2]

Giới hạn bền

P

[N]

Tải trọng

ψ

[%]

Độ co thắt tương đối

d

[mm]

Đường kính dây, que hàn

Uh

[V]

Điện áp

Ih

[A]

Cường độ dòng điện

vh

[m/h]

Vận tốc hàn

η

[%]

Hiệu suất hồ quang

qđ

[cal/cm]

Năng lượng đường

αđ

[g/A.h]

Hệ số đắp

Ψn

-

Hệ số ngấu mối hàn

Ψmh

-

Hệ số hình dạng mối hàn

Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 8

LỜI NĨI ĐẦU
Trong q trình xây dựng và phát triển đất nước theo hướng cơng nghiệp hóa, hiện đại
hóa, ngành cơ khí ln đóng vai trị rất quan trọng. Trong các ngành cơ khí, ngành hàn được
sử dụng một cách rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: xây dựng cầu đường, nhà cửa, giao
thơng vận tải, cơng nghiệp hóa chất, chế tạo…, bất cứ nơi đâu chúng ta cũng thấy có sự hiện
diện của các sản phẩm hàn. Trong đó, các sản phẩm hàn nóng chảy là được sử dụng phổ biến
và rộng rãi nhất trong điều kiện nước ta hiện nay.
Để trang bị thêm cho sinh viên kiến thức thực tế và có cơ hội trực tiếp làm việc với một
bài toán thực tế, tác giả đã được tiếp xúc với đồ án môn học Công nghệ hàn điện nóng chảy.
Trong suốt q trình thực hiện đồ án, tác giả không những nhớ lại các kiến thức đã học mà
còn rèn luyện được nhiều kĩ năng quý giá như: cách tìm tịi và giải quyết vấn đề, cách tra cứu
tài liệu, tìm thơng tin phục vụ cho đồ án, tìm hiểu các kiến thức thực tế, đọc và sử dụng các
tiêu chuẩn, quy phạm liên quan… Đây là những kiến thức, những kinh nghiệm quý báu sẽ
phục vụ đắc lực cho tác giả khi đi làm sau này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn TS.Vũ Huy Lân đã tận tình theo dõi và hướng dẫn trong
suốt quá trình tác giả thực hiện đồ án. Xin cảm ơn các thầy và các bạn trong lớp đã tham gia
góp ý kiến giúp tác giả hoàn thành tốt đồ án này.
Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội , ngày 24 tháng 05 năm 2013.

Tác giả
Vũ Tuấn Cường

Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 9

CHƯƠNG 1 
TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM CHẾ TẠO
Thùng hấp thực phẩm được coi là một dạng nồi hơi. Nồi hơi để sấy sản phẩm. Một số
nhà máy sử dụng Nồi hơi để đun nấu, thanh trùng như nhà máy nước giải khát, nhà máy
nước mắm, tương hay dầu thực vật...
Thùng hấp thực phẩm làm việc trong môi trường áp suất hơi khoảng 3 atm, các chi tiết
được liên kết với nhau bởi các mối hàn và để sản phẩm hoạt động tốt các chi tiết liên kết với
nhau phải đảm bảo các yêu cầu sau:
 Các mối hàn phải đảm bảo hình dáng và kích thước.
 Chi tiết phải đảm bảo độ bền chắc trong khi làm việc.
 Đảm bảo mối hàn không bị các khuyết tật khi làm việc như nứt nóng, nứt nguội,…
Kết cấu chế tạo gồm 11 chi tiết được liên kết với nhau như hình vẽ:

Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 10


CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN VẬT LIỆU CƠ BẢN,
LOẠI QUÁ TRÌNH HÀN VÀ VẬT LIỆU HÀN
2.1. Phân tích, lựa chọn vật liệu cơ bản của các chi tiết hàn.
2.1.1. Phân tích, lựa chọn vật liệu cơ bản:
Vật liệu cơ bản được sử dụng theo khuyến cáo của nhà sản xuất là thép hợp kim thấp chịu
nhiệt ASTM A 387, mác 2, class 1
2.1.2. Thành phần hóa học của vật liệu cơ bản:
Theo Handbook of Compraative Weld Steel Standard ta có bảng thành phần hóa học của
vật liệu cơ bản: thép hợp kim thấp chịu nhiệt ASTM A 387 mác 2 class 1.
Tiêu

Mác

chuẩn

thép
A
387

ASTM

Thành phần hóa học

C (%)

Mn
(%)

Si (%)

P (%)

S (%)

0,035

0,035

Cr (%)

Ni (%)

Mo

Khác

(%)

(%)

mác
2
class

0,05 –

0,55 –

0,15 –

0,21

0,80

0,40

0,50 –
0,80

1

Bảng 2.1. Thành phần hóa học VLCB

Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 11

…

0,45 –
0,60

…


2.1.3. Cơ tính của vật liệu cơ bản:
Theo Handbook of Compraative Weld Steel Standard ta có bảng cơ tính của vật liệu cơ
bản:
Tiêu

Mác

chuẩn

thép

Cơ tính của vật liệu

Thành phần
chiều dày

nhất

( σu )

N/mm2 or Mpa

A 387
ASTM

Độ bền uốn, nhỏ

Độ bền kéo, nhỏ
nhất (σk)

Hệ số
giãn dài

N/mm2 or Mpa

tương

mác 2

đối, nhỏ

class 1

nhất, %
t

(mm)

t (in)

…

…

N/mm2
or Mpa
230

ksi

33

N/mm2 or
Mpa
380 – 550

ksi
55 –
80

22

Bảng 2.2. Cơ tính của VLCB
2.1.4. Các chú ý khi hàn chủng loại vật liệu đã chọn:
2.1.4.1. Đánh giá khả năng nứt nóng của liên kết hàn
 Ngun nhân chính của nứt nóng là sự mất khả năng biến dạng của kim loại ở nhiệt

độ cao. Sự giảm nhiệt độ kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt bao giờ cũng
dẫn đến sự hình thành và tăng ứng suất khi kim loại co ngót. Các ứng suất này gây ra
biến dạng kéo. Nếu khả năng biến dạng của kim loại mối hàn và tại vùng ảnh hưởng
nhiệt là nhỏ thì có thể xuất hiện nứt nóng.
 Để đánh giá khả năng nứt nóng của liên kết khi hàn, ta tiến hành tính tốn thơng số
độ nhạy cảm với nứt nóng HCS:
Si ¿
0,28 0
+
0,035+0,035+
+
2 100
2
100
HCS=1000. C .
=1000.0,13.
=8,5 ≥ 4
3 Mn+Cr + Mo+ V
3.0,68+0,65+0,52+0
S+ P+

Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 12


Vậy thép trên có hiện tượng nứt nóng.

 Các biện pháp khắc phục:
Để phịng chống nứt nóng ta có một số biện pháp chính sau:

a. Về mặt vật liệu:



Dùng KLCB chất lượng cao (ít tạp chất đặc biệt S,P và C). Tuy nhiên do nhà sản xuất
đã chỉ định VLCB nên ta không thay thế được KLCB.



Sử dụng vật liệu hàn, điện cực hàn chứa nhiều Mn và ít C ( hạn chế sử dụng loại vật
liệu hàn có hàm lượng C cao do C có thể hịa tan vào kim loại vũng hàn làm tăng tỉ lệ
C trong mối hàn dẫn tới tăng nguy cơ nứt nóng).

b. Về mặt kết cấu: Tạo điều kiện kết tinh thuận lợi cho kim loại mối hàn.


Kết cấu phải phẳng và hơi lồi, khơng chốn hết chiều rộng.



Chọn hệ số ngấu phù hợp (B/H lớn → ít kim loại cơ bản tham gia vào mối
hàn→Nguội chậm).



Vát mép lớn hơn để KLCB tham gia vào MH là ít nhất.

Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 13

Hình 2.2: Hệ số hình dạng mối hàn.
Chọn hệ số ngấu thích hợp. (Ψ=1,2 ÷ 1,3 khi hàn SAW; Ψ=5÷6,7 khi hàn MMA).
c. Biện pháp công nghệ:


Giảm thiểu ứng suất, độ cứng vững tác động liên kết trong quá trình kết tinh.



Làm sạch mép liên kết trước khi hàn.



Đồ gá hợp lý, chọn phương án vát mép cần thiết.



Chế độ hàn hợp lý.



Có thế nung nóng sơ bộ trước khi hàn.



Điều chỉnh chu trình hàn: Thay đổi tốc độ nguội sao cho phù hợp nhất với yêu cầu.



Tiến hành ram cao ngay sau khi hàn.
2.1.4.2. Đánh giá khả năng nứt nguội của liên kết hàn

Nứt nguội (cold crack) là dạng nứt xuất hiện một thời gian nhất định (trong vòng 48h) sau
khi kết thúc hàn, lúc nhiệt độ của mối hàn thấp hơn dải 250 ÷ 200˚C. Các vết nứt nguội có thể
Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 14


xuất hiện trong VAHN lẫn trong KLMH. Với thép hợp kim thấp có C = 0,13% ta đánh giá
khả năng hình thành nứt nguội trong thép thơng qua đánh giá theo tiêu chuẩn độ cứng
VAHN. Ta đánh giá khả năng nứt nguội bằng chỉ số HV max, nếu HVmax > 350 ÷ 400 thì sẽ
xuất hiện các pha cứng như mactenzit và bainit dưới = > dễ hình thành nứt nguội.
HVmax = 90 + 1050C + 47Si + 75Mn + 30Ni + 31Cr
≈ 90 + 1050.0,13 + 47.0,28 + 75.0,68 + 30.0 + 31.0,65 ≈ 310,81 < Hvmax
`Vậy thép trên không bị nứt nguội.
2.1.4.3. Đánh giá khả năng nứt tầng của liên kết hàn

Hình 2.4: Nứt tầng
Nứt tầng cịn gọi là nứt tách lớp (lamellar tearing) là loại nứt trong các liên kết hàn chịu tải
theo hướng chiều dày tấm. Nó xuất hiện chủ yếu trên ranh giới VAHN hoặc trong KLCB.
Nứt tầng có dạng bậc thang và thường song song với bề mặt tấm. Ta đánh giá khả năng nứt
tầng thông qua chỉ số PL nếu PL > 40, thép dễ bị nứt tầng.
PL = PCM +

HD
+ 6S
60

Trong đó:


PCM là hệ số đặc trưng cho sự giòn VAHN do chuyển biến pha:

PCM = C +

Si
30

Cr+Cu)
+ ( Mn+ 20
+

Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

¿
60

+

V
10

+

Mo
15

Page 15

+ 5B


≈ 0,13 +


0,28
30

+ (0,68+ 0,65+0) +
20

0
60

+

0
10

+

0,52
15

+ 5.0 ≈ 0,24

H D là lượng hydro khuyếch tán tính bằng ml/100g kim loại đắp:

H D = 0,78. HIIW – 1,4

HIIW là lượng hydro khuyếch tán tính bằng ml/100g kim loại đắp, đo theo phương pháp sử
dụng thủy ngân của Viện Hàn quốc tế. Theo bảng 1-6[57] ta chọn H IIW = 15ml/100g kim loại
đắp.
H D = 0,78.15 – 1,4 = 10,3

= > PL = 0,24 +

10,3
+ 6.0,035 = 0,62 < 40 = > thép không bị nứt tầng
60

2.1.4.4. Đánh giá khả năng nứt do ram liên kết hàn
Một số loại mối hàn quan trọng (từ thép hợp kim thấp) thường được ram khử ứng suất dư
sau khi hàn. Lúc đó có thể xuất hiện nứt do ram sau khi hàn (stress relief crack, reheat crack).

Hình 2.5: Tổ chức kim loại và vết nứt do ram.
Ta sử dụng công thức của tác giả Nakamura:
∆G = 10C + Cr + 3,3 Mo + 8,1V – 2
= 10.0,13 + 0,65 + 3,3.0,52 + 8,1.0 – 2 = 1,67 < 2 = > thép không bị nứt do ram.
2.1.4.5. Các chú ý và đặc điểm khi hàn vật liệu đã chọn
Thép hợp kim thấp chịu nhiệt ASTM A387 mác 2 class 1.
a) Tính chất của KLCB

Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 16

 Thép hợp kim thấp chịu nhiệt ASTM A387 mác 2 class 1 là thép vận hành lâu dài ở
nhiệt độ cao lên đến 600˚C. Đặc biệt chúng có khả năng chống oxi hóa cao, chống ăn
mịn cao trong mơi trường sunfit, có độ bền nhiệt cao.
 Thép có thể tự tơi trong khơng khí và sự chuyển biến pha xảy ra tùy theo tốc độ
nguội từ nhiệt độ trên tới nhiệt độ tới hạn. Tuy nhiên do hàm lượng C thấp
(C≈0,13%), chỉ có một lượng cacbit hạn chế nên tính dẻo cao hơn nhiều so với thép
cacbon cùng độ bền.
b) Đặc điểm cơng nghệ và kĩ thuật hàn.
 Có thể hàn hồ quang và hàn điện xỉ. Do tính tự tơi trong khơng khí và mức độ hợp
kim hóa tương đối cao, quy trình cơng nghệ hàn phải đảm bảo nung nóng sơ bộ và
nhiệt luyện sau khi hàn đúng cách, chọn vật liệu hàn có thành phần thích hợp chứa ít
hydro để ngăn xuất hiện nứt VAHN và KLCB.
Ta có bảng chế độ nung nóng sơ bộ đối với KLCB trên:
Loại

Nhiệt độ nung nóng sơ bộ [˚C] đối với chiều dày tấm

Cr

Mn

12,7[mm]

12,7÷57[mm]

57[mm] trở lên

0,50 ÷ 0,80

0,45 ÷ 0,60

20

95

150

Bảng 2.3.Chế độ nung nóng sơ bộ cho KLCB
 Chọn vật liệu hàn phải đảm bảo sao cho KLMH có thành phần gần giống kim loại cơ
bản, hàm lượng cacbon phải thấp hơn. Tuy nhiên KLMH từ thép austenit có một số
nhược điểm sau:


Có thể gây phá hủy tại đường chảy khi vật hàn vận hành trong điều kiện nhiệt độ
thay đổi theo chu kỳ.



Cacbon có thể khuyếch tán từ KLCB (có hàm lượng Cr thấp hơn) vào KLMH (có
hàm lượng Cr cao hơn) và làm suy giảm cơ tính vật hàn.



Tại nhiệt độ vận hành có thể xuất hiện pha giòn σ.



Hệ số dãn nở nhiệt khác nhau của KLMH và KLCB có thể gây nên ứng suất trong
q trình vận hành ở các chu kỳ nhiệt hoặc ở nhiệt độ cao.

 Đối với các thiết bị bình chứa áp lực, nồi hơi thường được ram tồn phần, đơi khi
được ủ tồn bộ để có được tổ chức kim loại đồng đều.
Bảng chế độ ram sau khi hàn thép hợp kim thấp chịu nhiệt:
Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 17


Loại

Nhiệt độ ram khử ứng suất dư [˚C]

Cr

Mn

0,50 ÷ 0,80

0,45 ÷ 0,60

590 ÷ 700

Bảng 2.4. Chế độ ram sau hàn
2.2. Phân tích, lựa chọn các loại q trình hàn sẽ sử dụng để chế tạo kết cấu
2.2.1. Phân tích, lựa chọn các loại q trình hàn sẽ sử dụng:
Có nhiều cách tiếp cận để lựa chọn các quá trình hàn để thực hiện hàn kết cấu. Tuy nhiên
việc lựa chọn các quá trình phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố chính sau:
 Chỉ tiêu kĩ thuật:
 Tư thế hàn ( hàn sấp, hàn ngang, hàn đứng, hàn trần ).

 Vị trí hàn
 Các đặc điểm mối hàn ( hàn góc, hàn giáp mối,..) đường hàn ( đường hàn
dài, hẹp, …).
 Cơ tính mối hàn…
 Chỉ tiêu kinh tế:
 Chi phí sản xuất.
 Thời gian sản xuất…
Ngồi ra ta cịn xem xét đến các yếu tố ảnh hưởng khác như điều kiện mơi trường, an
tồn lao động,… Để lựa chọn được quá trình phù hợp, tác giả đã cân nhắc lựa chọn và đánh
giá đảm bảo tính cân bằng của 2 yếu tố chính trên. Với việc chế tạo 2 sản phẩm mang tích
chất nghiên cứu nên tác giả quyết định sử dụng phương pháp hàn hồ quang tay ( MMA ).
Phương pháp này mang tính kinh tế cao nhất đồng thời vẫn đảm bảo đáp ứng được yêu cầu
chất lượng mối hàn của sản phẩm.
Căn cứ vào bản vẽ và điều kiện thực tế tác giả đã chia các mối hàn thành các nhóm
mối hàn sau:



Nhóm 1: Gồm mối hàn số 1,4.
Nhóm 2: Gồm các mối hàn cịn lại.

2.2.2. Các thơng số chế độ hàn chính của các q trình hàn đã chọn:
Các thơng số của q trình hàn hồ quang tay (SMAW, MMA)
Tên
thơng số

Đường
kính que
hàn

Dịng
điện hàn

Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Điện áp
hàn

Page 18

Tốc độ
hàn

Năng
lượng
đường

Số
đường
hàn

Số lớp
hàn


Ký hiệu

d

Ih

Uh

Vh

qd

(đơn vị)

(mm)

(A)

(V)

( cm/s)

( cal/cm)

Bảng 2.3. Bảng các thơng số chính của q trình hàn SMAW.
2.2.3. Các thơng số kỹ thuật bổ sung của các q trình hàn đã chọn:
Ngồi ra trong quá trình hàn hồ quang tay cần phải xác định thêm các thơng số bổ sung
sau:
 Cực tính của điện cực: AC, DC+ , DC- .
 Chủng loại thuốc bọc: A, B, C, R, RA, RB, RC, RR, S, …
 Chế độ sấy que hàn:


Nhiệt độ sấy.



Tốc độ sấy.



Thời gian sấy.



Nhiệt độ ủ que hàn.

 Quỹ đạo và dao động ngang của que hàn khi hàn.
 Góc nghiêng của điện cực theo các phương trong quá trình hàn.
2.2.4. Các kỹ thuật hàn của các quá trình hàn đã chọn:
Chất lượng mối hàn hồ quang tay phụ thuộc nhiều vào tay nghề ( kỹ năng ) của người thợ
hàn. Kỹ thuật hàn hồ quang tay là việc thực hiện các chuyển động của que hàn, việc gây và
kết thúc hồ quang. Nó cịn bao gồm cách hàn đính, cách thực hiện mối hàn ở các tư thế khác
nhau và cách điền đầy khe đáy và rãnh hàn .
a) Chuyển động của que hàn : Với phương pháp hàn SMAW, que hàn có 3 chuyển động
chính đó là :
 Chuyển động dọc theo đường hàn : Chuyển động dọc theo đường hàn nhằm hàn hết
chiều dài mối hàn với một tốc độ nhất định gọi là tốc độ hàn và ảnh hưởng nhiều
đến chất lượng mối hàn
 Chuyển động dọc trục que hàn : Chuyển động dọc trục que hàn nhằm duy trì và
điều chỉnh chiều dài hồ quang, chuyển động này có tốc độ bằng tốc độ chảy của
que hàn.
 Chuyển động dao động ngang : Chuyển động dao động ngang có tác dụng đảm bảo
chiều rộng của mối hàn.
Dưới đây là sơ đồ một số loại chuyển động ngang que hàn :

Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 19


Hình 2.6. Một số loại chuyển động ngang của que hàn.
b) Kỹ thuật gây và kết thúc hồ quang.
Kỹ thuật gây hồ quang : Việc gây hồ quang được tiến hành thông qua tiếp xúc đầu que hàn
với vật hàn trong thời gian ngắn. Do tác dụng của dòng ngắn mạch và điện trở tiếp xúc, đầu
que hàn được nung nhanh tới nhiệt độ cao. Khi tách đầu que hàn ra khỏi vật hàn, do bức xạ
nhiệt và tự bức xạ của điện tử, khoảng khơng ở giữa bị ion hóa, tạo thành hồ quang. Để đảm
bảo gây hồ quang một cách tin cậy, thợ hàn phải nâng đầu que hàn lên cách bề mặt vật hàn
một khoảng tối đa 4-5mm. Có hai phương pháp gây hồ quang là phương pháp gõ và phương
pháp quẹt .

Hình 2.7. Các phương pháp gây hồ quang
Kỹ thuật kết thúc hồ quang : Khi kết thúc hồ quang điều quan trọng là phải điền đúng quy
cách miệng hàn. Miệng hàn là phần kim loại vũng hàn ở cuối đường hàn hoặc khi tắt hồ
quang. Đây là vùng chứa nhiều tạp chất có hại nhất do tốc độ kết tinh nhanh của kim loại ở
đó, vì vậy mà khả năng hình thành nứt cũng cao nhất. Cách kết thúc hồ quang đúng là cách
tăng dần chiều dài hồ quang ( tránh đột ngột ) sau khi đã dừng mọi chuyển động khác của que
hàn. Khi hồ quang bị tắt ngẫu nhiên hay khi thay que hàn, cần gây lại hồ quang ở chỗ chưa
Vũ Tuấn Cường – CN Hàn K52

Page 20