Tài liệu luận văn Nghiên Cứu Các Thông Số Ảnh Hưởng Đến Năng Suất Hàn

HÀ ANH HUY - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

HÀ ANH HUY

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN
NĂNG SUẤT HÀN KHI HÀN THÉP KHÔNG GỈ
VỚI THÉP CACBON

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Đồng Nai, 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

HÀ ANH HUY

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN
NĂNG SUẤT HÀN KHI HÀN THÉP KHÔNG GỈ
VỚI THÉP CACBON

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ: 6052013

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. ĐẶNG THIỆN NGÔN


1

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn......................................................................................

I

Mục lục...........................................................................................

II

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt.............................................

VIII

Danh mục bảng biểu.......................................................................

XI

Danh mục hình vẽ và đồ thị............................................................

XII

MỞ ĐẦU

1

1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu.............................................

2

Phạm vi nghiên cứu.......................................................................

3

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn...................................

3

2
Chƣơng 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

5

1.1 Giới thiệu về kim loại hàn..............................................................

5

1.1.1. Thép không gỉ......................................................................

5

1.1.1.1. Phân loại............................................................................

5

a. Thép không gỉ austenit.........................................................

6

b. Thép không gỉ ferit.....................................................................

6

c. Thép không gỉ mactenzit.............................................................

6

d. Thép không gỉ duplex..................................................................

6

e.Thép không gỉ biến cứng kết tủa..................................................

7

1.1.1.2. Thành phần hóa học và cơ tính vật liệu cơ bản thép

khơng gỉ..........................................................................................

7

1.1.1.3.Tính hàn của thép khơng gỉ austenit...................................

7

a.Nứt nóng kim loai mối hàn và vùng ảnh hƣởng
nhiệt......................................................................................

7


2
b. Giòn kim loại mối hàn thép chịu nhiệt và thép bền nhiệt ở nhiệt
độ cao...........................................................................

10

c. Suy giảm cơ tính thép không gỉ austenit do hệ số giãn nở nhiệt
lớn.............................................................................................

11

d.Hiện tƣợng phá hủy liên kết hàn thép austenit do ăn mòn tinh

12

giới..........................................................................................

e. Hiện tƣợng phá hủy liên kết hàn thép khơng gỉ austenit do ăn

13

mịn dƣới ứng suất........................................................................
1.1.1.4. Cơng nghệ hàn thép không gỉ 316L bằng phƣơng pháp

13

hàn TIG...........................................................................................
1.2 Thép cacbon................................................................................

15

1.2.1.1. Phân loại............................................................................

15

a. Thép cacbon thấp......................................................................

15

b. Thép cacbon trung bình..............................................................

15

c. Thép cacbon cao.........................................................................

15

1.2.1.2. Thành phần hóa học và cơ tính vật liệu cơ bản thép

16

cacbon.............................................................................................
1.2.1.3. Tính hàn của thép A516 Grade 65.....................................

16

a. Chu trình nhiệt hàn và tính chất vùng ảnh hƣởng
nhiệt.............................................................................................

17

b. Nhiệt độ giữa các đƣờng hàn TIG..............................................

18

1.2.1.4. Công nghệ hàn thép A516 Grade 65 bằng phƣơng pháp
hàn TIG...........................................................................................

18

1.3 Công nghệ hàn vật liệu khác chủng loại bằng phƣơng pháp hàn
TIG............................................................................................

18

1.3.1. Khái niệm và nguyên lý hoạt động phƣơng pháp hàn
TIG..................................................................................................

18

1.3.2. Đặc điểm của quá trình hàn.................................................

19

1.3.3. Điện cực hàn TIG.................................................................

20

1.3.4. Cƣờng độ dòng điện khi hàn TIG.........................................

21


3
1.3.5. Điện áp hồ quang.................................................................

22

1.3.6. Khí bảo vệ..........................................................................

23

1.3.7. Kim loại đắp (dây hàn phụ)..................................................

24

1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nƣớc....................................

25

1.4.1. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc.........................................

25

1.4.2 Tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngoài.......................................

25

1.6 Định hƣớng nghiên cứu của đề tài.................................................

27

Chƣơng 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU

28

2.1 Mục tiêu nghiên cứu.......................................................................

28

2.2 Nội dung nghiên cứu đề tài.............................................................

28

2.2.1.Nghiên cứu lý thuyết..............................................................

28

2.2.2.Nghiên cứu thực nghiệm........................................................

29

2.3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.................................

29

2.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu...........................................................

29

2.3.2. Phạm vi nghiên cứu..............................................................

30

2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................

30

Chƣơng 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

32

3.1 Các phƣơng pháp hàn thép cacbon và thép không gỉ......................

32

3.1.1.Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn
nổ (Explosive Welding Process).....................................................

32

3.1.2. Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn
ma sát.......................................................................................

33

a. Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn ma

33

sát ngoáy (Friction Stir Welding Process).....................................
b. Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn ma
sát quay.....................................................................................

35

3.1.3. Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp điện
tiếp xúc điểm điện trở (Resistance Spot Welding Process)..............

35


4
3.1.4. Hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn
hồ quang.........................................................................................

37

3.1.4.1. Hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn
MIG.................................................................................................

37

3.1.4.2. Hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn

37

TIG..................................................................................................
3.2 Khuyết tật mối hàn..........................................................................

38

3.2.1. Ngậm xỉ (Solid inclusions)....................................................

38

3.2.2. Thiếu ngấu (Lack of fusion)..................................................

40

a. Thiếu ngấu cạnh........................................................................

40

b.Thiếu ngấu giữa các lớp..............................................................

41

c.Thiếu ngấu chân........................................................................

42

3.2.3. Không thấu (Lack of penetration)........................................

43

a.Khơng thấu hồn tồn.................................................................

43

b.Thiếu thấu chân....................................................................

44

3.2.4.Khuyết tật rỗ khí/hốc khí (Cavities).................................

44

3.2.5.Nứt (Cracks).........................................................................

47

a. Nứt dọc...................................................................................

48

b. Nứt ngang...................................................................................

48

c. Nứt tia.........................................................................................

49

d. Nứt rãnh hồ quang hàn...............................................................

49

e.Nứt theo bản chất.........................................................................

50

3.3 Các phƣơng pháp kiểm tra khuyết tật mối hàn...............................

51

3.3.1. Kiểm tra mối hàn bằng phƣơng pháp siêu âm (UT-

52

Ultrasonic Test)..............................................................................
3.3.1.1.Qui trình chung...................................................................

52

3.3.1.2.Kiểm tra mối hàn giáp mối.................................................

53

3.3.2. Kiểm tra mối hàn bằng phƣơng pháp chụp ảnh phóng
xạ....................................................................................................

58


5
3.3.3. Kiểm tra vật liệu bằng thử kéo.............................................

61

3.3.3.1.Các phƣơng pháp kiểm tra độ bền.....................................

63

a. Thử kéo ngang...........................................................................

63

b. Thử kéo kim loại đắp toàn mối hàn (kéo dọc)..............................

64

3.3.4. Thử uốn tĩnh (uốn công nghệ)................................................

66

b. Thử b gãy mối hàn giáp mối (nick- break tests).........................

71

c. Thử b gãy mối hàn góc..............................................................

72

Chƣơng 4 THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ

73

4.1 Quá trình thực hiện mẫu hàn giáp mối ..........................................

73

4.1.1. Chuẩn bị mẫu hàn.................................................................

73

4.1.1.1.Kích thƣớc chi tiết mẫu.......................................................

73

4.1.1.2.Thiết kế mối ghép...............................................................

73

4.1.1.3.Lựa chọn vật liệu hàn.........................................................

74

4.1.2.Hàn đính................................................................................

76

4.1.2.1.Trình tự và kích thƣớc mối hàn đính..................................

77

4.1.2.2.Xử lý biến dạng hàn............................................................

78

4.1.3.Hàn........................................................................................

80

4.1.3.1.Năng lƣợng đƣờng (Heat input).........................................

80

4.1.3.2.Nhiệt độ giữa các đƣờng hàn (Tip- interpass
temperature)...................................................................................

81

4.1.3.3.Trình tự bố trí các lớp hàn và đƣờng hàn..........................

81

4.1.4.Kiểm tra...............................................................................

82

4.1.5Trang thiết bị hàn...................................................................

82

4.2 Thực nghiệm chế tạo mẫu hàn ứng với đƣờng kính que hàn bù

83

1,6 mm.........................................................................................
4.2.1.Quy trình thực nghiệm mẫu hàn............................................

83

4.2.1.1.Chuẩn bị mẫu hàn ..............................................................

83

4.2.1.2.Hàn đính.............................................................................

86

4.2.1.3.Hàn.....................................................................................

88

6
4.2.2. Kiểm tra...............................................................................
4.3 Thực nghiệm chế tạo mẫu hàn ứng với đƣờng kính que hàn bù 

96
97

2,4 mm........................................................................................
4.3.1.Quy trình thực nghiệm mẫu hàn...........................................
4.3.1.1.Chuẩn bị mẫu hàn...............................................................

97

4.3.1.2.Hàn đính..........................................................................

97

4.3.1.3.Hàn....................................................................................

97

4.3.2. Kiểm tra................................................................................

101

4.4 Thực nghiệm chế tạo mẫu hàn ứng với đƣờng kính que hàn bù

105

3.2 mm.........................................................................................
4.4.1.Chuẩn bị mẫu hàn..................................................................

105

4.4.1.1.Hàn đính.............................................................................

106

4.4.1.2.Hàn.....................................................................................

106

4.4.2.Kiểm tra................................................................................

109

4.4.3.Quy trình xác định các thông số hàn đạt năng suất cao
nhất...............................................................................................

110

4.4.4.Xác định cƣờng độ dịng điện...............................................

110

4.4.5.Quy trình hàn với cƣờng độ dịng điện hàn I= 160
(A)...................................................................................................

110

4.4.5.1.Chuẩn bị mẫu hàn...............................................................

110

4.4.5.2.Hàn đính.............................................................................

110

4.4.5.3.Hàn.....................................................................................

111

4.4.5.4.Kiểm tra..............................................................................

114

a. Kiểm tra ngoại dạng...................................................................

114

b. Kiểm tra chụp X-quang...............................................................

114

c. Kiểm tra siêu âm.........................................................................

115

d.Kiểm tra độ bền kéo, uốn.............................................................

116

4.4.6.Thực nghiệm quy trình chế tạo mẫu hàn I= 180(A)..............

118

4.4.6.1.Chuẩn bị mẫu hàn...............................................................

118


7
4.4.6.2.Hàn đính............................................................................

118

4.4.6.3.Hàn....................................................................................

119

4.4.6.4.Kiểm tra..............................................................................

122

a. Kiểm tra ngoại dạng..................................................................

122

b. Kiểm tra chụp X-quang..............................................................

122

c. Kiểm tra siêu âm.......................................................................

123

d.Kiểm tra độ bền kéo, uốn...........................................................

124

4.4.7.Thực nghiệm quy trình chế tạo mẫu hàn I= 200(A).............

126

4.4.7.1.Chuẩn bị mẫu hàn...............................................................

126

4.4.7.2.Hàn đính.............................................................................

126

4.4.7.3.Hàn.....................................................................................

127

4.4.7.4.Kiểm tra..............................................................................

129

a. Kiểm tra ngoại dạng...................................................................

129

Nhận xét..........................................................................................

130

Chƣơng 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

132

5.1. Kết luận.........................................................................................

132

5.2. Kiến nghị.........................................................................................

133

TÀI LIỆU THAM KHẢO

134

PHỤC LỤC

137

8

MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong cơng nghiệp hóa chất các dây chuyền sản xuất hoạt động liên tục
trong các điều kiện công nghệ khắc nghiệt đƣợc khống chế rất nghiêm ngặt và
một mơi trƣờng hóa chất gây nên han gỉ, hƣ hỏng cho các thiết bị, máy móc.
Theo số liệu thống kê mới nhất, trong các nhà máy hóa chất chi phí dành cho
bảo vệ chống ăn mịn chiếm 70 - 80% chi phí sửa chữa và dịch vụ sửa chữa
trong năm. Do vậy, ngƣời ta ngày càng chú ý hơn đến việc bảo vệ chống ăn
mịn thiết bị cơng nghệ để đảm bảo hoạt động sản xuất liên tục, không bị gián
đoạn. Một trong các kỹ thuật bảo vệ chống ăn mòn là lựa chọn loại vật liệu
chế tạo nên kết cấu, máy móc có khả năng làm chậm q trình ăn mịn.
Thép khơng gỉ, thép hợp kim cao chịu ăn mịn trên cơ sở thép crơm – niken
có giá thành cao, là một trong những vật liệu đƣợc sử dụng phổ biến trong các
ngành cơng nghiệp hóa chất để chế tạo các thiết bị, máy móc sản xuất hóa chất. Tuy
vậy, ngƣời ta khơng thể sử dụng thép hợp kim để chế tạo hoàn toàn một kết cấu
máy vì lý do kinh tế, mà chỉ sử dụng chúng cho từng vị trí cơng nghệ có u cầu
cao về nhiệt và chống mòn.
Từ đây, vấn đề sử dụng các kết cấu đƣợc hình thành từ hai loại vật liệu là thép
cacbon và thép không gỉ đã đƣợc đặt ra. Để đáp ứng điều này, các nhà chế tạo máy đã
đƣa ra giải pháp là sử dụng đồng thời thép hợp kim (thép không gỉ) và thép cacbon
trong một kết cấu bằng kỹ thuật hàn. Đây là một vấn đề khó khăn vì trong thực tế, để
xây dựng một qui trình hàn thép khơng gỉ - thép cacbon là khơng đơn giản vì chúng
khơng chỉ phụ thuộc vào các yếu tố kỹ thuật mà còn phụ thuộc vào tay nghề của ngƣời
thợ. Ngoài ra, việc cải thiện năng suất hàn mà vẫn đảm bảo chất lƣợng mối hàn cũng
nhƣ không có khuyết tật hàn là một vấn đề đặt ra trong thực tế. Tring thực tế sản xuất,
năng suất hàn phụ thuộc vào rất nhiều thông số nhƣ chế độ hàn, vật liệu hàn, tốc độ
hàn, trang bị gá kẹp và tay nghề thợ hàn. Đây là các nội dung chính đƣợc quan tâm đề

9
cập đến trong quá trình thực hiện nghiên cứu đề đề xuất đƣợc một qui trình cơng nghệ
chế tạo hàn đạt năng suất hàn là cao nhất.

1.1.

Tính cấp thiết của đề tài
Việc tham gia của các kim loại khác nhau trong cùng một kết cấu nói chung

là một thách thức lớn về cơng nghệ vì sự khác biệt trong các tính chất lý tính, cơ
tính và phƣơng pháp luyện kim của các kim loại cơ bản. Đây chính là vấn đề khó
khăn khi sử dụng hai kim loại khác nhau (ở đây là thép cacbon và thép không gỉ) để
chế tạo các kết cấu cơ khí bằng phƣơng pháp hàn.

Hình 1: Sản xuất hệ vỏ & ống trao đổi nhiệt sử dụng hai vật liệu
Sự tham gia của kim loại khác nhau đã mang đến một tiềm năng sử dụng những
lợi thế của vật liệu khác nhau để chế tạo ra các kết cấu cơ khí ứng dụng trong các
ngành cơng nghiệp hố chất, nhà máy nhiệt điện. Mục đích chính của việc sử dụng kim
loại thứ hai tham gia trong kết cấu là để đạt đƣợc tính chất cơ học tốt hoặc là khối
lƣợng riêng thấp hay có tính chống ăn mòn tốt. Và kỹ thuật thƣờng đƣợc áp dụng cho
phép sử dụng hai kim loại khác nhau trong những năm gần đây là kỹ thuật hàn.
Mặc dù những vấn đề liên quan đến hàn các vật liệu khác nhau là rất hạn chế,
xuất phát từ các vấn đề nhƣ độ bền mỏi, khả năng chống ăn mòn nhƣ hàn thép không
gỉ austenit với thép cacbon. Thép không gỉ austenit là thép hợp kim cao làm tăng khả
năng chịu nhiệt, khả năng chống ăn mòn và tăng độ bền của kết cấu. Thép cacbon


10

thấp và trung bình là thép dễ dàng gia cơng bằng các q trình cơ khí và q trình
hàn. Nhu cầu sử dụng kết hợp hai loại vật liệu này trong một số ngành công nghiệp
bằng kỹ thuật hàn đã đƣa đến các tiến bộ nhƣ hàn bằng điện cực nóng chảy trong mơi
trƣờng khí trơ (GTAW/TIG). Trong các tiêu chuẩn AWS D1.1, AWS D1.6 và ASME
IX việc hàn hai kim loại khác nhau đƣợc đề cập đến với các thông số khá tổng quát
và phạm vi giá trị khá rộng. Do vậy, việc xác định các qui trình hàn phù hợp cho hai
vật liệu với mác cụ thể là một khó khăn do cần phải thực hiện một số lƣợng lớn thí
nghiệm cùng với chi phí đo kiểm cao. Ngày nay, cùng với sự phát triển bùng nổ về
số nhà máy lọc hoá dầu ở Việt Nam dẫn đến nhu cầu lớn về xây dựng các bồn chứa
xăng dầu, bồn chứa khí gas nên việc cần phải có các qui trình hàn phù hợp có năng
suất cao để hàn hai loại vật liệu khác nhau nhƣ thép cacbon thấp và thép không gỉ là
rất cấp thiết. Xuất phát từ thực tiễn đó, đề tài “Nghiên cứu các thơng số ảnh
hưởng đến năng suất hàn khi hàn thép không gỉ với thép các-bon ” đã đƣợc triển
khai nghiên cứu tại trƣờng đại học Lâm nghiệp Hà Nội và các công việc thí nghiệm,
đánh giá đƣợc thực hiện tại phịng thí nghiệm RemeLab (trƣờng đại học Sƣ phạm
Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh).

2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài tập trung nghiên cứu:
- Qui trình hàn chế tạo chi tiết mẫu cho cặp vật liệu là thép cacbon với thép
không gỉ austenit A240.
- Nghiên cứu các thông số ảnh hƣởng đến chế độ hàn, năng suất hàn.
- Đề xuất qui trình hàn trên cơ sở các thông số hàn đã đƣợc xác định nhằm đạt
đƣợc năng suất hàn cao.
Trong khuôn khổ phạm vi đề tài, năng suất hàn ở đây đƣợc hiểu là năng suất
hàn cao nhất có thể đạt đƣợc trên cơ sở qui trình hàn đã đề xuất mà vẫn đảm bảo
đƣợc các yêu cầu về chất lƣợng mối hàn (độ bền, thẩm mỹ,…) cũng nhƣ khơng có
chứa các khuyết tật hàn.

11
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN
a. Ý nghĩa khoa học của đề tài
-

Nghiên cứu, bổ sung cơ sở lý thuyết về công nghệ hàn các vật liệu khác

chủng loại, từ đó làm cơ sở khoa học cho việc chế tạo mẫu hàn từ thép cacbon –
thép không gỉ austenit đạt yêu cầu chất lƣợng bằng phƣơng pháp hàn TIG.
-

Xác định đƣợc thành phần hóa học và cơ tính phù hợp của loại dây hàn

phụ để hàn cặp vật liệu thép cacbon với thép không gỉ austenit.
-

Xác định đƣợc các thơng số hàn (cƣờng độ dịng điện hàn, vận tốc hàn,

đƣờng kính que hàn) phù hợp và qua đó tìm đƣợc chế độ hàn đạt năng suất cao.
b. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
-

Ứng dụng phƣơng pháp hàn TIG để hàn thép cacbon với thép không gỉ

austenit mối hàn liên kết tấm giáp mối đƣợc vát cạnh chữ V.
-

Đề xuất đƣợc chế độ hàn đạt năng suất cao có thể ứng dụng vào thực tế

sản xuất.

-

Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần vào quá trình đào tạo, kiểm tra

chất lƣợng mối hàn bằng phƣơng pháp kiểm không phá hủy (NDT) và phƣơng pháp
phá hủy (DT). Qui trình hàn đề xuất có thể chuyển giao cho các doanh nghiệp ứng
dụng công nghệ hàn hàn hai vật liệu thép cacbon – thép khơng gỉ nói riêng và cơng
nghệ hàn hai vật liệu nói chung để đạt đƣợc năng suất cao, cho phép giảm chi phí
sản xuất trong các ngành cơng nghiệp đặc thù nhƣ đóng tàu, dầu khí, hóa chất,…


12

Chƣơng 1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Giới thiệu về kim loại hàn
1.1.1 Thép không gỉ
Thép không gỉ là một nhóm thép hợp kim cao, chứa ít nhất 12% crơm [1,
20]. Nói chung, chúng đƣợc tạo thành từ các nguyên tố hợp kim với một nguyên tố
khác làm cho chúng có thể chống ăn mịn trong nhiều mơi trƣờng khác nhau. Những
nguyên tố này cũng làm thay đổi cấu trúc tế vi của thép hợp kim, do đó có ảnh
hƣởng rõ rệt về tính chất cơ học và tính hàn của chúng.
Có nhiều hệ thống khác nhau đang đƣợc sử dụng để ký hiệu thép không gỉ.
Ký hiệu đƣợc sử dụng phổ biến là hệ thống AISI (tiêu chuẩn Mỹ), trong hệ thống
này nhóm thép khơng gỉ austenit đƣợc ký hiệu trong dãy 200 và 300, thép không gỉ
mactenxit và ferrit đƣợc ký hiệu trong dãy 400 [1, 20].
Để nhận biết thép có tổ chức kim loại thuộc nhóm nào, có thể sử dụng giản
đồ Schaeffler hình 2.1. Giản đồ Schaeffler cho biết tổ chức pha gần đúng của thép
(trong điều kiện cân bằng về nhiệt động học) trên cơ sở đƣơng lƣợng crom (CrE) và

đƣơng lƣợng niken (NiE).

Hình 1.1. Giản đồ Schaeffler [28]


13
Một phƣơng pháp hữu ích để đánh giá các đặc tính chung của q trình luyện
kim của vật liệu hàn thép không gỉ là bằng sơ đồ Schaelfler và Delong. Các nguyên tố
hợp kim khác nhau đƣợc thể hiện trong giới hạn của hàm lƣợng niken hoặc crôm
tƣơng đƣơng (tức là các ngun tố nhƣ niken có xu hƣớng hình thành austenit và các
ngun tố nhƣ crơm có xu hƣớng hình thành ferit). Bằng cách vẽ tổng giá trị cho
niken và crôm tƣơng đƣơng trên các sơ đồ này, một điểm có thể đƣợc tìm thấy chỉ ra
các pha chính có trong thép khơng gỉ và giới hạn về % ferit và giá trị ferit tƣơng ứng.
Điều này cung cấp một số thơng tin nhƣ ứng xử của nó trong q trình hàn.
1.1.1.1 Phân loại
a. Thép khơng gỉ austenit: là thép có chứa 17 – 20% Cr và 8 – 13% Ni, 2 3% Mo [16]. Đặc điểm chung của nhóm thép này là chịu đƣợc nhiệt độ cao, tính chống
ăn mịn cao, hồn tồn ổn định trong nƣớc sơng, nƣớc biển, quá nhiệt, dung dịch muối,
hoàn toàn ổn định trong HNO3 với mọi nồng độ. Cơng dụng của nhóm thép này là sử
dụng trong cơng nghiệp sản xuất axít, hóa dầu và thực phẩm. Trong lĩnh vực chế tạo thì
nhóm này có tính hàn rất tốt bao gồm các chủng loại 304, 310, 316.
b. Thép không gỉ ferit: là thép có chứa 13 – 18% Cr (một số mác thép
thành phần Cr có thể lên tới 29%) [16] và hàm lƣợng cacbon thấp < 0,1%. Đặc điểm
của nhóm này là có tình chống ăn mịn cao. Cơng dụng của nhóm này là sử dụng
trong mơi trƣờng khí hậu biển, nƣớc biển, mơi trƣờng axít, cơng nghiệp hóa dầu.
c. Thép khơng gỉ mactenxit: là nhóm thép có chứa 12 – 18% Cr và 0,15 –
0,3% C. Nhóm thép này có tính chống ăn mịn cao trong khơng khí, nƣớc máy,
nƣớc sông và axit HNO3. Công dụng phổ biến là làm đồ trang sức, ốc vít khơng gỉ,
chịu nhiệt (< 4500C), ổ bi chống ăn mịn.
d. Thép khơng gỉ duplex (cịn gọi là thép hai pha ferit – austenit): là nhóm
thép có chứa 22 – 25% Cr, 5 – 7% Ni và tới 3 – 4% Mo [16]. Duplex là thép không

gỉ mới nhất, vật liệu này là sự kết hợp của các vật liệu austenit và ferit. Vật liệu này
có độ bền cao và khả năng chống ăn mòn vƣợt trội.
e. Thép không gỉ biến cứng kết tủa: Thép không gỉ biến cứng kết tủa là


14
nhóm thép khơng gỉ quan trọng có độ bền cao, khả năng chống ăn mịn, chống oxi
hóa tốt và dễ gia công trong chế tạo. Thép loại này đƣợc bền hóa theo cơ chế hình
thành mactenzit, bền hóa phân tán hoặc kết hợp cả hai.
1.1.1.2 Thành phần hóa học và cơ tính vật liệu cơ bản thép khơng gỉ
Thép khơng gỉ sử dụng trong liên kết hàn nghiên cứu trong đề tài này là thép
không gỉ austenit ASTM A240 316L (tƣơng đƣơng với mác thép SA240 SS316L
theo tiêu chuẩn ASME). Thành phần hóa học của thép khơng gỉ austenit ASTM
A240 316L đƣợc cho trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của thép khơng gỉ A240 316L [20]
Thành phần hóa học (%)

Vật liệu cơ bản

ASTM
A240 316L

C

Mn

0.03

2.0

P

S

Si

Cr

0.045 0.03 0.75

16-18

Ni

Mo

10-14 2.0-3.0

Cơ tính của thép không gỉ A240 316L đƣợc cho trong bảng 1.2.
Bảng 1.2: Cơ tính của thép khơng gỉ A240 316L [20]
Cơ tính
Vật liệu cơ bản

Trạng thái

Độ bền kéo

Giới hạn chảy

Độ giãn dài

(MPa)

(MPa)

tƣơng đối (%)

485

170

-

ASTM
A240 316L

1.1.1.3 Tính hàn của thép khơng gỉ austenit
a. Nứt nóng kim loại mối hàn và vùng ảnh hƣởng nhiệt
Trên hình 1.2 là sơ đồ kết tinh của kim loại mối hàn thuần túy austenit. Các
tinh thể austenit  (chúng có nhiệt độ nóng chảy cao) kết tinh trƣớc, hình thành dần
kim loại đắp. cuối giai đoạn kết tinh của các tinh thể này, pha lỏng có nhiệt độ nóng


15
chảy thấp hơn và độ bền thấp hơn (cùng tinh) bị các tinh thể đẩy vào vùng tinh giới
để kết tinh sau cùng. Do khơng có chuyển biến pha rắn, trong q trình nguội, các
tinh thể kim loại có kích thƣớc lớn, tiết diện lớn và diện tích bề mặt nhỏ (hạt thơ);
lớp cùng tinh giữa các tinh thể có chiều dày lớn. Độ bền và khả năng biến dạng của
kim loại nhƣ vậy nhỏ. Sự co ngót kim loại mối hàn và ứng suất kéo tăng trong quá
trình nguội sẽ gây nứt nóng. Kiểu kết tinh này đặc trƣng cho hàn nhiều lớp, khi các

tinh thể của lớp sau lớn lên từ các tinh thể của lớp trƣớc (quá trình kết tinh của kim
loại mối hàn mang tính định hƣớng cao) [1].

Hình 1.2. Kết tinh kim loại mối hàn một pha  [1]
Khi trong mối hàn có tổ chức kim loại hai pha là austenit () và delta ferit
(), hiện tƣợng nứt nóng có thể đƣợc khắc phục. Trên hình 1.3 là sơ đồ kết tinh mối
hàn thép austenit với kim loại mối hàn có tổ chức  và .

Hình 1.3. Kết tinh kim loại mối hàn hai pha  + [1]
Vai trị ngăn nứt nóng của ferit liên quan đến quá trình kết tinh sơ cấp của
kim loại mối hàn nhƣ sau: lúc kết tinh đồng thời xuất hiện 2 pha  và  sơ cấp có tác


16
dụng làm mất định hƣớng kết tinh của kim loại mối hàn, tức là làm giảm tiết diện
các cột tinh thể  và làm mịn các lớp giữa các tinh thể, đƣợc chia cách bằng các
đoạn  ferit sơ cấp. Các nguyên tố ổn địng ferit (Si,Al, Mo) có tác dụng khử lƣu
huỳnh trong vũng hàn (làm giảm lƣợng sunphit cùng tinh có nhiệt độ nóng chảy
thấp). Nhƣ vậy tác dụng của  ferit là hòa tan tạp chất và giảm hiện tƣợng thiên
tích. Nứt nóng có đặc trƣng của nứt giữa các tinh thể, chủ yếu dƣới dạng cấu trúc
hạt thô khi các tinh thể kết tinh của lớp sau nối tiếp lớp trƣớc. Nứt nóng có thể xuất
hiện khi hàn, nhiệt luyện và cả khi vận hành kết cấu ở nhiệt độ cao.
Cần lƣu ý là khi hàn, nứt nóng có thể sảy ra khơng chỉ trong kim loại mối
hàn mà cả trong vùng ảnh hƣởng nhiệt (HAZ).
Để khắc phục hiện tƣợng nứt nóng, có thể sử dụng các biện pháp sau:
- Làm mịn các hạt tinh thể khi cho các hạt này kết tinh bằng cách làm mất
định hƣớng của chúng, giảm chiều dày của lớp cùng tinh, để kim loại mối hàn chứa
một lƣợng nhất định  ferit sơ cấp.
- Sử dụng vật liệu hàn chứa ít tạp chất P, S (dây hàn, lõi que hàn đã qua tinh
luyện chân không hoặc tinh luyện điện xỉ).

- Giảm trị số của các thông số hàn nhƣ năng lƣợng đƣờng, tiết diện mối
hàn, lƣợng kim loại cơ bản hòa tan vào mối hàn.
Vấn đề lƣợng  ferit cần thiết cho kim loại mối hàn có tầm quan trọng khi
chọn vật liệu và chế độ công nghệ hàn thép austenit. Giản đồ Scheaffler (có từ năm
1949), hình 1.1, đƣợc dùng để đánh giá nhanh tổ chức kim loại dựa trên cơ sở thành
phần của thép Cr – Ni. Tỷ lệ %  ferit trong kim loại mối hàn có thể đƣợc xác định
bằng phƣơng pháp kim tƣơng.
Tuy nhiên điều này không phải bao giờ cũng thuận tiện cho điều kiện sản
xuất hàn. Giản đồ Delong (hình 1-4) đƣợc đƣa ra sử dụng từ năm 1974 đã khắc
phục đƣợc những nhƣợc điểm chính của Schaeffler. Nó tính tới vai trị của nitơ đối
với tổ chức kim loại của thép và kết hợp với phƣơng pháp đo bằng từ tính để giúp
xác định nhanh lƣợng  ferit trong kim loại mối hàn, thông qua một chỉ số gọi là số
ferit (FN: ferit number).


17
Với giản đồ Delong tỷ lệ % ferit càng thấp thì số FN càng chính xác. Các
kim loại khác nhau cần các số FN khác nhau. Với thép không gỉ 316L cần ít nhất
3FN.
Khi hàn, để đạt đƣợc lƣợng  ferit do các nhà sản xuất que hàn khuyến cáo
thì cần sử dụng đúng quy trình hàn:
- Tránh sử dụng năng lƣợng đƣờng lớn (dùng que hàn có đƣờng kính nhỏ,
không dao động ngang khi hàn, làm nguội nhanh mối hàn), nếu không lƣợng  ferit
sẽ tăng, làm giảm khả năng chống ăn mòn.
- Tránh sử dụng chiều dài hồ quang lớn (mức độ bảo vệ không đầy đủ) nếu
không sẽ làm tăng lƣợng nitơ trong mối hàn, gây mức austenit hóa mối hàn cao, tức
là làm giảm lƣợng  ferit cần thiết.

Hình 1.4. Giản đồ Delong và số ferit FN [28]
b. Giòn kim loại mối hàn thép chịu nhiệt và thép bền nhiệt ở nhiệt độ cao

Hiện tƣợng giòn kim loại thép chịu nhiệt và thép bền nhiệt austenit liên quan
chủ yếu đến quá trình vận hành kết cấu hàn ở nhiệt độ cao. Tốc độ nguội khi hàn
cao có tác dụng giữ nguyên các tổ chức kim loại ổn định trong vùng có nhiệt độ


18
cao. Sau đó, trong q trình vận hành trong dải nhiệt độ từ 3500C trở lên, hiện tƣợng
khuếch tán sẽ làm thay đổi tổ chức kim loại, dẫn đến suy giảm tính dẻo của kim loại
mối hàn. Kim loại mối hàn thép chịu nhiệt và thép bền nhiệt có thể bị giịn thơng
qua hiện tƣợng hóa già nhiệt trong vùng 350÷5000C. Đây là vùng giịn 4750C.
Ngồi ra giữ mối hàn có tổ chức hai pha (austenit + ferit) một thời gian đủ lâu trong
vùng 500÷6500C cũng gây nên hóa già do tiết ra pha cacbit Cr23C6 [1].
Hợp kim hóa kim loại mối hàn bằng Ti hoặc Nb có tác dụng liên kết cacbon
thành các hạt cacbit TiC và NbC bền vững, mịn và phân tán đều trong hạt kim loại
austenit, không tạo điều kiện cho Cr liên kết với cacbon. Giữ kim loại ở vùng 7008500C có tác dụng đẩy mạnh quá trình tiết ra pha sigma  (pha này làm giòn mối hàn ở
nhiệt độ thấp và làm giảm giới hạn bền ở nhiệt độ cao). Các nguyên tố ổn định hóa ferit
nhƣ Ti và Nb có tác dụng thúc đẩy q trình này. Do đó biện pháp tích cực nhất để loại
bỏ các pha cacbit crôm và sigma là giảm lƣợng cacbon trong kim loại mối hàn.
c. Suy giảm cơ tính thép khơng gỉ austenit do hệ số giãn nở nhiệt lớn
Thép khơng gỉ austenit có hệ số giãn nở nhiệt lớn hơn nhiều so với thép
thƣờng. Khi hàn nhiều lớp, kim loại vùng ảnh hƣởng nhiệt và các lớp hàn đầu tiên
bị nung nóng nhiều lần, làm cho chúng bị biến dạng nhiệt (biến cứng). Có bốn yếu
tố làm giảm cơ tính kim loại vùng ảnh hƣởng nhiệt và các lớp hàn đầu tiên [1]:
- Thứ nhất: Chu trình nhiệt hàn khi hàn có thể làm giảm tính dẻo và độ bền,
dẫn đến nứt liên kết hàn.
- Thứ hai: Khuếch tán có thể làm tăng lƣợng cacbon và ôxy trong vùng ảnh
hƣởng nhiệt. Cùng với các tạp chất có hại, chúng tạo thành các cùng tinh có nhiệt
độ nóng chảy thấp
- Thứ ba: Vùng ảnh hƣởng nhiệt đƣợc giữ lại một thời gian dài tại nhiệt độ
vận hành cao, làm cho các pha mịn cacbit và pha sigma bị cầu hóa, gây nên hiện

tƣợng giịn.
- Thứ tƣ: Quá trình tiết ra các pha cacbit và sigma () trong kim loại mối
hàn kết hợp với ứng suất dƣ sau khi hàn có tác dụng làm giảm tính dẻo và làm cục
bộ hóa biến dạng vùng ảnh hƣởng nhiệt gây nứt.


19
d. Hiện tƣợng phá hủy liên kết hàn thép austenit do ăn mòn tinh giới
Ứng dụng lớn nhất của thép không gỉ austenit thuộc hệ Cr – Ni là sử dụng
làm thép chống ăn mòn. Nếu khi hàn sử dụng chế độ hàn khơng thích hợp thì khi
vận hành, thép chống ăn mịn có thể bị ăn mịn tinh giới trong điều kiện tiếp xúc với
mơi chất ăn mịn.
Có ba dạng ăn mòn tinh giới chủ yếu là ăn mòn tại vùng ảnh hƣởng nhiệt, ăn
mòn tại vùng kim loại mối hàn và ăn mòn dạng mũi dao [1].

a. Ăn mòn tại
vùng ảnh hƣởng nhiệt

b. Ăn mòn tại
vùng kim loại mối hàn

c. Ăn mịn
dạng mũi dao

Hình 1.5. Các dạng ăn mịn tinh giới
- Hình 1.5a: Ăn mịn tại vùng ảnh hƣởng nhiệt, tại khu vực mà chu trình
nhiệt hàn tạo nên các đƣờng đẳng nhiệt tới hạn.
- Hình 1.5b: Cacbit crom tiết ra tại kim loại mối hàn do tác động của chu
trình nhiệt hàn. Do đó kim loại mối hàn thừa C hoặc thiếu Ti, Nb.
- Hình 1.5c: ăn mòn cục bộ kim loại cơ bản tại sát đƣờng chảy của mối hàn.

Có thể áp dụng các biện pháp sau đây để khắc phục hiện tƣợng ăn mòn tinh
giới liên kết hàn:
- Giảm hàm lƣợng cacbon xuống giới hạn hịa tan trong austenit (0.02 ÷ 0.03%).
- Hợp kim hóa austenit bằng các nguyên tố tạo cacbit mạnh (Ti, Nb, Ta, V).
- Tơi đồng nhất hóa austenit từ 1050 ÷ 11000C (sau đó tránh kim loại lƣu lại
lâu trong vùng nhiệt độ nhạy cảm 500 ÷ 8000C).
- Tiến hành ủ ổn định hóa austenit sau khi hàn theo chế độ 850 ÷ 9000C
trong thời gian 2 ÷ 3 giờ.
- Bảo đảm tổ chức hai pha austenit + ferit thông qua hợp kim hóa mối hàn
bằng các nguyên tố Cr, Si, Mo, Al…


20
e. Hiện tƣợng phá hủy liên kết hàn thép không gỉ austenit do ăn mòn
dƣới ứng suất
Hiện tƣợng ăn mòn dƣới ứng suất là tác động đồng thời của môi trƣờng ăn
mòn và ứng suất kéo. Các nguyên nhân gây xuất hiện ứng suất kéo là: biến cứng,
hàn, nhiệt luyện và tải vận hành. Các yếu tố làm tăng khả năng phá hủy do ăn mòn
dƣới ứng suất là mức ứng suất gia tăng trong liên kết, chất ăn mòn có hàm lƣợng
cao (ví dụ nhƣ clorit, hydroxit), nhiệt độ tăng và thời gian tác động tăng.
Phá hủy do ăn mòn dƣới ứng suất là dạng phá hủy giòn (giữa các tinh thể
hoặc xuyên tinh thể), nhƣng ít gây hậu quả nghiêm trọng nhƣ phá hủy giịn thơng
thƣờng (ví dụ, trong các thiết bị chịu áp lực). Nó cáo thể tác động trong vịng vài
giờ, gây nên rị gỉ hóa chất. Về vị trí nó có thể xuất hiện tại vùng kim loại cơ bản
(ứng suất do biến cứng, ứng suất do tải vận hành), tại vùng kim loại mối hàn và tại
vùng ảnh hƣởng nhiệt thép có hàm lƣợng cao.
Các biện pháp chống ăn mòn dƣới ứng suất bao gồm khống chế mơi trƣờng
ăn mịn, dùng vật liệu có khả năng chống ăn mòn tốt hơn (hợp kim coban, niken) và
nhiệt luyện giảm ứng suất dƣ.
1.1.1.4 Công nghệ hàn thép không gỉ 316L bằng phƣơng pháp hàn TIG

Các loại thép khơng gỉ austenit đều có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác
nhau. Do đó u cầu đối với tính chất liên kết cũng khác nhau trong từng trƣờng
hợp, cho dù sử dụng cùng một mác thép. Điều này địi hỏi cơng nghệ hàn cũng khác
nhau tƣơng ứng về mặt lựa chọn vật liệu hàn, chế độ hàn và chế độ nhiệt.
Thép khơng gỉ austenit có khả năng dẫn nhiệt kém nhƣng lại có hệ số giãn nở
nhiệt cao. Kết quả là khi hàn, chiều sâu nóng chảy lớn hơn so với thép hợp kim thấp
và dễ sảy ra biến dạng sau khi hàn. Với điện trở riêng lớn gấp 5 lần so với thép
thƣờng, điện cực có thể bị nung nóng q mức khi hàn.
Các biện pháp cơng nghệ đƣợc sử dụng để ngăn nứt nóng kim loại mối hàn
và vùng ảnh hƣởng nhiệt là:
- Hạn chế lƣợng tạp chất nhƣ P, S, Pb, Sn, Bi trong kim loại cơ bản và kim
loại mối hàn, giảm lƣợng kim loại cơ bản hòa tan vào mối hàn.


21
- Tạo tổ chức kim loại mối hàn có 2 pha. Với thép bền nhiệt và thép chịu
nhiệt có đƣơng lƣợng niken không cao và tối đa 5% Ni. Hợp kim hóa thép thêm bằng
các nguyên tố nhƣ Mo, W và Mn có tác dụng giảm khả năng chống nứt nóng. [1]
- Các biện pháp cơng nghệ thay đổi hình dạng vũng hàn và hƣớng phát triển
các hạt austenit khi kết tinh.
- Giảm tác dụng lực liên kết hàn: giảm dịng hàn, chọn dạng dạng mối hàn
thích hợp.
Để hàn thép khơng gỉ austenit bằng phƣơng pháp hàn TIG dùng khí bảo vệ là
khí trơ bao gồm khí argon (99,98%) hoặc khí helium (99,985%). Khí trơ khơng
những có tác dụng ổn định hồ quang tốt mà còn hạn chế mức độ ơxy hóa các
ngun tố hợp kim khi hàn. Q trình hàn này thích hợp nhất cho các vật liệu 0,5 ÷
10mm, đây là q trình hàn có ƣu thế hơn mọi quá trình hàn hồ quang khác nhƣ hàn
hồ quang tay (SMAW), hàn dƣới lớp thuốc (SAW), hàn bằng điện cực nóng chảy
trong mơi trƣờng khí bảo vệ (GMAW), đặc biệt là khi hàn tấm mỏng.
Khi hàn có thể sử dụng chế độ hàn thông thƣờng lẫn chế độ hàn xung. Dòng

hàn ở chế độ hàn xung cho phép làm giảm kích thƣớc vùng ảnh hƣởng nhiệt, mức
độ biến dạng. Do đặc trƣng kết tinh, hàn bằng chế độ xung cũng cho phép giảm tính
định hƣớng kết tinh của tổ chức kim loại mối hàn, dẫn đến giảm khả năng nứt nóng.
Điện cực trong phƣơng pháp hàn TIG là điện cực khơng nóng chảy wonfram
có đƣờng kính 1,6 ÷ 6,4 mm. Dòng hàn thƣờng sử dụng là dòng một chiều đấu
thuận (DCEN) và và dòng hàn đƣợc điều chỉnh trong phạm vi rất rộng từ 10 ÷
400A. Đây là một ƣu điểm rất lớn của phƣơng pháp hàn TIG để trong q trình hàn
chúng ta có thể kiểm sốt nguồn nhiệt đầu vào (heat input).
Chụp khí khi hàn TIG thép không gỉ là chụp gốm hoặc là chụp kim loại.
Nhƣng khi hàn thép không gỉ austenit với chiều dày 10mm thì điện cực có thể bị
nung nóng q mức khi hàn. Vì vậy trong trƣờng hợp này chụp kim loại thƣờng
đƣợc chọn. Cỡ chụp khí đƣợc chọn từ số 4÷8, phụ thuộc vào đƣờng kính điện cực
cà kích thƣớc rãnh hàn.


22
1.1.2 Thép cacbon
Thép đƣợc coi là thép cacbon khi không có quy định nào về nồng độ tối thiểu
của các nguyên tố Cr, Co, Nb, Mo, Ni, Ti, W, V, Zr hoặc bất kỳ nguyên tố nào khác
cần đƣa thêm vào để có đƣợc hiệu ứng hợp kim hóa cần thiết; khi nồng độ tối thiểu
đƣợc quy định cho đồng (Cu) không vƣợt quá 0,40%; hoặc nồng độ tối đa quy định
cho bất kỳ nguyên tố hợp kim nào trong các nguyên tố sau đây không vƣợt quá:
1,65% với Mn, 0,60% với Si và 0,60% với đồng. Trong các loại thép, thép cacbon
chiếm đa số về mức độ sử dụng (khoảng trên 80%) [1].
1.1.2.1 Phân loại
a. Thép cacbon thấp
Thép cacbon thấp chứa đến 0,3%C, các loại thép này có giới hạn chảy thấp
và đƣợc dùng chủ yếu dƣới dạng tấm hoặc thép cuộn ở rạng thái cán nguội hoặc cán
nóng và có tính hàn rất tốt.
Đây là nhóm thép cho phép hàn đƣợc bằng nhiều phƣơng pháp hàn khác

nhau, chế độ hàn có thể điều chỉnh trong phạm vi rộng, không cần sử dụng các biện
pháp công nghệ phức tạp (nhƣ nung nóng sơ bộ, nhiệt luyện sau khi hàn…) mà vẫn
đảm bảo nhận đƣợc chất lƣợng liên kết hàn có chất lƣợng mong muốn.
b. Thép cacbon trung bình
Thép cacbon trung bình tƣơng tự nhƣ thép cacbon thấp, nhƣng có nồng độ
cacbon từ 0,3 - 0,6% và nồng độ Mn từ 0.6 - 1,65%. Thép cacbon trung bình đƣợc
dùng làm trục, bánh răng, trục khuỷu,…
So với nhóm trên, nhóm này chỉ thích hợp với một số phƣơng pháp hàn nhất
định, các thơng số của chế độ hàn chỉ có thể dao động trong phạm vi hẹp, yêu cầu
về vật liệu hàn chặt chẽ hơn. Một số biện pháp công nghệ nhƣ nung nóng sơ bộ,
giảm tốc độ nguội và xử lý nhiệt sau khi hàn có thể đƣợc sử dụng.
c. Thép cacbon cao
Thép cacbon cao chứa 0,6 - 0,9% với nồng độ Mn từ 0,3 - 0,9%. Chúng đƣợc
dùng làm dụng cụ, lị xo và dây có độ bền cao.
Đây là nhóm thép cho phép nhận đƣợc các liên kết hàn với chất lƣợng mong


23
muốn trong các điều kiện rất khắt khe về công nghệ và vật liệu hàn, thƣờng phải sử
dụng biện pháp xử lý nhiệt hoặc hàn rong những môi trƣờng bảo vệ đặc biệt (khí
trơ, chân khơng…); chế độ hàn chỉ đƣợc điều chỉnh trong phạm vi rất hẹp. Tuy vậy
liên kết hàn vẫn có xu hƣớng bị nứt và dễ xuất hiện các khuyết tật khác làm giảm
chất lƣợng sử dụng của kết cấu hàn.
1.1.2.2 Thành phần hóa học và cơ tính vật liệu cơ bản thép cacbon
Thép cacbon đƣợc sử dụng trong liên kết hàn hai vật liệu là thép cacbon thấp
theo tiêu chuẩn ASTM có ký hiệu A516 Grade 65 thép chủ yếu đƣợc sử dụng trong
các thiết bị trao đổi nhiệt, bình áp lực, bồn bể chứa. Thành phần hóa học và cơ tính
của thép A516 Grade 65 đƣợc cho trong bảng 1.3.
Bảng 1.3: Thành phần hóa học của thép A516 Grade 65 [20]
Thành phần hóa học (%)

Vật liệu cơ bản
ASTM
A516 Grade 65

C

Mn

Si

P

S

0,24

0,85÷1,20

0,15÷0.40

0.035

0.035

Cơ tính của thép A516 Grade 65 đƣợc cho trong bảng 1.4.
Bảng 1.4: Cơ tính của thép A516 Grade 65 [20]
Cơ tính
Vật liệu cơ bản

Trạng thái

ASTM A516 Grade 65

Độ bền kéo
(MPa)
450÷585

Giới hạn chảy Độ giãn dài
(MPa)
tƣơng đối (%)
240

23

1.1.2.3 Tính hàn của thép A516 Grade 65
Theo định nghĩa của Hiệp hội hàn Mỹ (AWS), tính hàn là khả năng hàn đƣợc
của vật liệu cơ bản trong điều kiện chế tạo đã đƣợc quy định trƣớc nhằm tạo ra kết
cấu thích hợp với thiết kế cụ thể và có tính năng thích hợp với mục đích sử dụng.
Về tính hàn, trong tiêu chuẩn quốc tế ISO 581:1980 cũng nêu lên ba khía
cạnh tƣơng tự, đƣợc coi là thƣớc đo khả năng:
-

Nhận đƣợc mối hàn lành lặn không bị nứt.

-

Đạt đƣợc cơ tính thích hợp.