(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu xây dựng qui trình chế tạo và kiểm tra mối hàn các vật liệu khác nhau bằng kỹ thuật kiểm tra không phá hủy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN TRUNG DŨNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH CHẾ TẠO
VÀ KIỂM TRA MỐI HÀN CÁC VẬT LIỆU KHÁC NHAU
BẰNG KỸ THUẬT KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103

S K C0 0 4 6 5 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN TRUNG DŨNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH CHẾ TẠO VÀ
KIỂM TRA MỐI HÀN CÁC VẬT LIỆU KHÁC NHAU
BẰNG KỸ THUẬT KIỂM TRA KHƠNG PHÁ HỦY

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

Hướng dẫn khoa học
PGS.TS Đặng Thiện Ngơn

Tp. Hồ Chí Minh – tháng 10/2015


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: NGUYỄN TRUNG DŨNG
Giới tính: Nam
Sinh ngày : 09/02/1975
Nơi sinh: Nghệ an
Quê quán: Phƣờng Hƣng Dũng, thành phố Vinh, tỉng Nghệ An
Dân tộc: Kinh
Đơn vị công tác: Trƣờng Đại Học Công Nghiệp thành phố Hồ Chí Minh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc:
Điện thoại cơ quan:
Điện thoại riêng: 0918356149
Fax:
E-mail:
II. Q TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Cao Đẳng:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 09/1992 đến 09/1996

Nơi học : Trƣờng Cao đẳng Sƣ phạm Kỹ thuật Vinh
Ngành học: Công nghệ hàn
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Tại chức

Thời gian đào tạo từ 09/1996 đến 09/2000

Nơi học: Trƣờng Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp Thái Ngun
Ngành học: Cơng Nghệ Cơ Khí
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế và lập quy trình cơng nghệ gia
cơng mũi khoan Ø16 chi cơn.
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:
Thời gian
Từ 11/2001 đến 11/2003
Từ 11/2003 đến hiện nay

Nơi công tác
Công việc đảm nhiệm
Trƣờng CĐ Nghề Cơ Điện
Giáo viên
và Thủy Lợi Đông Nam Bộ
Trƣờng ĐHCN TP.HCM
Giảng Viên
Ngày 07 tháng 10 năm 2015
Ngƣời viết ký tên

Nguyễn Trung Dũng

i


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, trên đây là công trình nghiên cứu của tơi. Cơng trình

đƣợc thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kinh nghiệm thực tiễn của bản thân,
tƣ vấn ý kiến khoa học của các chuyên gia ngành hàn, các thợ có kinh nghiệm lâu
năm trong lĩnh vực hàn, các kỹ thuật viên có kinh nghiệm trong lĩnh vực kiểm tra
không phá hủy và thông qua chế tạo thực nghiệm dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của
PGS. TS. Đặng Thiện Ngôn.
Các số liệu, kết quả đƣợc cơng bố trong luận văn là hồn tồn trung thực và
chƣa đƣợc đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu khoa học nào khác.

TP Hồ Chí Minh
Ngày 07 tháng 10 năm 2015

Nguyễn Trung Dũng

ii


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện luận văn “ Nghiên cứu xây dựng qui trình chế tạo
và kiểm tra mối hàn các vật liệu khác nhau bằng kỹ thuật kiểm tra không phá
hủy”, tôi đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ của quý Thầy, Cô các chuyên gia, các
cơng ty, bạn bè và gia đình. Vậy nay tơi:
Tác giả trân trọng cảm ơn chân thành PGS. TS. Đặng Thiện Ngôn, đã dành
nhiều thời gian, tâm huyết truyền đạt những kiến thức khoa học qúi báu, hƣớng
dẫn, định hƣớng, động viên tác giả trong quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả trân trọng cảm ơn PGS.TS. Lê Chí Cƣơng, ngƣời đã giành nhiều
thời gian định hƣớng, hƣớng dẫn, truyền đạt những kiến thức quí báu trong thời
gian tác giả thực hiện luận văn.
Tác giả trân trọng cảm ơn quý Thầy, Cô Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật
TP. HCM đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng, chuyên môn
trong thời gian tác giả học tập và nghiên cứu tại trƣờng.

Tác giả trân trọng cảm ơn anh Nguyễn Trọng Quốc Khánh - Giám đốc Công
ty TNHH Giải pháp kiểm định Việt Nam (Visco) – đã nhiệt tình chia sẻ kiến thức,
góp ý, hỗ trợ kiểm tra đánh giá về siêu âm chi tiết mẫu.
Tác giả trân trọng cảm ơn anh Phạm Chí Sỹ - Bộ phận kiểm định thuộc
Công ty kiểm định độc lập SGS, Thụy Sĩ - đã chia sẻ những kinh nghiệm thực tiễn
và hỗ trợ kiểm tra đánh giá về chụp ảnh phóng xạ các chi tiết mẫu.
Tác giả trân trọng cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, ban lãnh đạo Khoa Cơ Khí
Trƣờng Đại học Công nghiệp TP.HCM, cùng đồng nghiệp đã tạo điều kiện, giúp
đỡ, động viên tác giả hồn thành khóa học của mình.
Tác giả trân trọng cảm ơn Gia đình đã ln động viên, chia sẻ khó khăn
trong suốt q trình tác giả học tập và thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn.
Học viên thực hiện

Nguyễn Trung Dũng

iii


MỤC LỤC
Trang tựa
Quyết định giao đề tài
Xác nhận của cán bộ hƣớng dẫn
LÝ LỊCH KHOA HỌC ..............................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... iii
TÓM TẮT ................................................................................................................iv
MỤC LỤC................................................................................................................vi
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .....................................................................xi
DANH SÁCH CÁC BẢNG .....................................................................................xi

DANH SÁCH CÁC HÌNH.................................................................................... xiii
CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................. 1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài....................................................................... 3
1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài .................................................. 3
1.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................. 3
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu................................................................................. 4
1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................ 4
1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................ 4
1.6. Nội dung đề tài ............................................................................................... 5
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN ................................................................................... 6
2.1. GIỚI THIỆU VỀ KIM LOẠI HÀN ............................................................... 6
2.1.1 Thép không gỉ .......................................................................................... 6
2.1.1.1 Phân loại ........................................................................................... 7
2.1.1.2 Thành phần hóa học và cơ tính vật liệu cơ bản thép khơng gỉ .......... 8
2.1.1.3 Tính hàn của thép không gỉ austenit ................................................. 8
2.1.1.4 Công nghệ hàn thép không gỉ 316L bằng phƣơng pháp hàn TIG... 14
2.1.2 Thép cacbon ........................................................................................... 15

vi


2.1.2.1 Phân loại ......................................................................................... 16
2.1.2.2 Thành phần hóa học và cơ tính vật liệu cơ bản thép cacbon ........... 17
2.1.2.3 Tính hàn của thép A516 Grade 65 .................................................. 17
2.1.2,4 Cơng nghệ hàn thép A516 Grade 65 bằng phƣơng pháp hàn TIG .. 18
2.2 Công nghệ hàn vật liệu khác chủng loại bằng phƣơng pháp hàn TIG ........... 19
2.2.1 Khái niệm và nguyên lý hoạt động phƣơng pháp hàn TIG ..................... 19
2.2.2 Đặc điểm của quá trình hàn .................................................................... 20
2.2.3 Điện cực hàn TIG................................................................................... 20

2.2,4 Cƣờng độ dòng điện khi hàn TIG........................................................... 22
2.2.5 Điện áp hồ quang ................................................................................... 23
2.2.6 Khí bảo vệ .............................................................................................. 24
2.2.7 Kim loại đắp (dây hàn phụ).................................................................... 25
2.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nƣớc.................................................... 25
2.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ........................................................... 25
2.3.2 Tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngoài ....................................................... 26
2.3.3 Định hƣớng nghiên cứu của đề tài ......................................................... 28
CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................... 29
3.1 CÁC PHƢƠNG PHÁP HÀN THÉP CACBON VÀ THÉP KHƠNG GỈ ...... 29
3.1.1 Hàn thép cacbon với thép khơng gỉ bằng phƣơng pháp hàn nổ (Explosive
Welding Process) ............................................................................................ 29
3.1.2 Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn ma sát ........ 29
3.1.3 Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp điện tiếp xúc
điểm điện trở (Resistance Spot Welding Process). .......................................... 32
3.1.4 Hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn hồ quang ...... 33
3.1.4.1 Hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn MIG ...... 33
3.1.4.2 Hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn TIG ....... 34
3.2 KHUYẾT TẬT MỐI HÀN ........................................................................... 34
3.2.1 Ngậm xỉ (Solid inclusions)..................................................................... 35
3.2.2 Thiếu ngấu (Lack of fusion) ................................................................... 36
3.2.3 Không thấu (Lack of penetration) .......................................................... 39

vii


3.2,4 Khuyết tật rỗ khí/hốc khí (Cavities) ....................................................... 41
3.2.5 Nứt (Cracks) .......................................................................................... 43
3.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP KIỂM TRA KHUYẾT TẬT MỐI HÀN.................. 47
3.3.1 Kiểm tra mối hàn bằng phƣơng pháp siêu âm (UT-Ultrasonic Test)...... 48

3.3.1.1 Qui trình chung ............................................................................... 49
3.3.1.2 Kiểm tra mối hàn giáp mối ............................................................. 50
3.3.2 Kiểm tra mối hàn bằng phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ. ..................... 55
CHƢƠNG 4: QUY TRÌNH HÀN HAI VẬT LIỆU KHÁC NHAU ................... 58
4.1 PHƢƠNG ÁN CHẾ TẠO MẪU HÀN GIÁP MỐI....................................... 58
4.1.1. Đề xuất phƣơng án ................................................................................ 58
4.1.2. Lựa chọn phƣơng án ............................................................................. 60
4.2 PHƢƠNG ÁN CHẾ TẠO MẪU HÀN CÓ KHUYẾT TẬT ......................... 60
4.2.1 Đề xuất phƣơng án chế tạo mẫu hàn có khuyết tật thiếu thấu chân ........ 60
4.2.2 Đề xuất phƣơng án chế tạo mẫu hàn cókhuyết tật nứt ............................ 62
4.2.3 Lựa chọn phƣơng án .............................................................................. 65
CHƢƠNG 5: THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ .................................................... 66
5.1 XÂY DỰNG QUI TRÌNH CHẾ TẠO MẪU HÀN GIÁP MỐI .................... 66
5.1.1 Chuẩn bị mẫu hàn .................................................................................. 66
5.1.1.1 Kích thƣớc chi tiết mẫu................................................................... 66
5.1.1.2 Thiết kế mối ghép ........................................................................... 66
5.1.1.3 Lựa chọn vật liệu hàn...................................................................... 67
5.1.2 Hàn đính................................................................................................. 69
5.1.2.1 Trình tự và kích thƣớc mối hàn đính ............................................... 69
5.1.2.2 Xử lý biến dạng hàn ........................................................................ 71
5.1.3 Hàn......................................................................................................... 73
5.1.3.1 Năng lƣợng đƣờng (Heat input). ..................................................... 73
5.1.3.2 Nhiệt độ giữa các đƣờng hàn (Tip- interpass temperature) .............. 74
5.1.3.3 Trình tự bố trí các lớp hàn và đƣờng hàn. ....................................... 74
5.1.4 Kiểm tra ................................................................................................. 75
5.1.5 Trang thiết bị hàn ................................................................................... 75

viii

5.2 THỰC NGHIỆM QUI TRÌNH CHẾ TẠO MẪU HÀN ................................ 76
5.2.1 Quy trình hàn sơ bộ chế tạo thực nghiệm mẫu hàn ................................ 76
5.2.1.1 Chuẩn bị mẫu hàn TS1-TC1 ........................................................... 76
5.2.1.2 Hàn đính ......................................................................................... 79
5.2.1.3 Hàn ................................................................................................. 81
5.2.1.4 Kiểm tra .......................................................................................... 88
5.2.2 Quy trình hàn chế tạo thực nghiệm mẫu hàn .......................................... 90
5.2.2.1 Chuẩn bị mẫu hàn. .......................................................................... 90
5.2.2.2 Hàn đính. ........................................................................................ 90
5.2.2.3 Hàn ................................................................................................. 91
5.2.2,4 Kiểm tra. ......................................................................................... 94
5.3 QUY TRÌNH HÀN CHẾ TẠO KHUYẾT TẬT. .......................................... 98
5.3.1 Qui trình hàn chi tiết mẫu có khuyết tật thiếu thấu chân ........................ 98
5.3.2 Qui trình hàn chi tiết mẫu có khuyết tật nứt ......................................... 100
5.4 CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM MẪU KHUYẾT TẬT THIẾU THẤU CHÂN ...102
5.4.1 Chọn kim loại cơ bản: .......................................................................... 102
5.4.2 Thiết kế mối ghép. ............................................................................... 102
5.4.3 Tạo khuyết tật. ..................................................................................... 103
5.4.3.1 Hàn đính. ...................................................................................... 103
5.4.3.2 Hàn lớp chân 1. ............................................................................. 104
5.4.3.3 Hàn các lớp đắp: ........................................................................... 105
5.4.3.4 Hàn lớp phủ: ................................................................................. 107
5.4.3.5 Hàn mặt sau. ................................................................................. 108
5.4.3.6 Kiểm tra đánh giá: ........................................................................ 110
5.4.3.7 Nhận xét........................................................................................ 113
5.5 CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM MẪU KHUYẾT TẬT NỨT. ........................ 114
5.5.1 Chọn kim loại cơ bản: .......................................................................... 114
5.5.2 Thiết kế mối ghép. ............................................................................... 114
5.5.3 Tạo khuyết tật: ..................................................................................... 114
5.5.3.1 Hàn đính. ...................................................................................... 114

ix


5.5.3.2 Hàn lớp chân: ................................................................................ 115
5.5.3.3 Hàn lớp đắp................................................................................... 117
5.5.3.4 Hàn lớp phủ: ................................................................................. 118
5.5.3.5 Hàn mặt sau. ................................................................................. 119
5.5.3.6 Kiểm tra đánh giá: ........................................................................ 121
5.5.3.7 Nhận xét........................................................................................ 124
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ........................................................ 126
6.1 KẾT LUẬN ................................................................................................. 126
6.2 KIẾN NGHỊ ............................................................................................... 127
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 128
PHỤ LỤC ............................................................................................................ 130

x


CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU
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 quá 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 không thể sử dụng thép hợp kim để chế tạo hồn tồn 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 không gỉ - thép cacbon là không đơn giản vì chúng
khơng chỉ phụ thuộc vào các yếu tố kỹ thuật mà còn phụ thuộc vào tay nghề của ngƣời
thợ. Ngồi ra, để xây dựng qui trình này cần tiến hành một số lƣợng lớn thực nghiệm
với các mác thép cụ thể để đảm bảo đƣợc chất lƣợng mối hàn sao cho khi qua kiểm tra,
đánh giá phân tích khơng có các khuyết tật hàn. Đây là các nội dung chính đƣợc quan
tâm đề cập đến trong q trình thực hiện nghiên cứu.
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

1


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 1.1: 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 mịn 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 mịn nhƣ hàn thép khơng
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
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 địi hỏi số lƣợng lớn thí nghiệm và chi

2


phí đo kiểm cao. Ngày nay, cùng với sự phát triển bùng nổ về số nhà máy lọc hoá
dầu ở Việt Nam, nhu cầu xây dựng các bồn chứa xăng dầu, bồn chứa khí gas càng
địi hỏi phải có các qui trình hàn để hàn hai loại vật liệu khác nhau nhƣ thép cacbon
thấp và thép không gỉ. Xuất phát từ thực tiễn đó, việc nghiên cứu và đề xuất công
nghệ hàn hai vật liệu khác nhau đã đƣợc triển khai nghiên cứu trong đề tài: “Nghiên
cứu xây dựng qui trình chế tạo và kiểm tra mối hàn các vật liệu khác nhau bằng
kỹ thuật kiểm tra không phá hủy”.
1.2.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
-

Mục tiêu chính của đề tài là đƣa ra một quy trình hàn và thơng số hàn hợp

lý để chế tạo chi tiết mẫu hai vật liệu theo tiêu chuẩn ASTM là thép cacbon A516
Grade 65 và thép không gỉ austenit A240 316L [20] ở dạng liên kết giáp mối vát
cạnh chữ V, bằng phƣơng pháp hàn TIG (Tungsten Inert Gas).
-

Mục tiêu thứ hai của đề tài là nghiên cứu và xây dựng qui trình hàn chế

tạo chi tiết mẫu hai vật liệu có khuyết tật hàn. Trên cơ sở đó chế tạo thử nghiệm chi
tiết mẫu có khuyết tật hàn phục vụ trong đào tạo kiểm tra khuyết tật mối hàn bằng
phƣơng pháp siêu âm và chụp ảnh phóng xạ.
1.3.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

1.3.1.

Đối tƣợng nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu công nghệ hàn thép cacbon và thép không gỉ bằng phƣơng

pháp hàn TIG. Đây là liên kết hàn giáp mối vát cạnh chữ V, trên hai loại vật liệu
khác nhau về cấu trúc, cơ tính, lý tính và hóa tính.
Các vật liệu cơ bản là thép tấm cacbon A516 Grade 65 và thép tấm khơng gỉ
austenit A240 316L [20].

Hình 1.2: Liên kết hàn giáp mối thép cacbon – thép không gỉ

3


1.3.2.

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 A516

Grade 65 và thép không gỉ austenit A240 316L.
- Qui trình hàn chế tạo khuyết tật thiếu thấu chân và khuyết tật nứt cặp vật
liệu là thép cacbon A516 Grade 65 và thép không gỉ austenit A240 316L.
- Chế tạo thử nghiệm mẫu hàn và các mẫu hàn có các khuyết tật thiếu ngấu
chân, khuyết tật nứt.
1.4.

Phƣơng pháp nghiên cứu
Vì đây là một đề tài thực hiện mà các quy trình hàn, thơng số hàn, vật liệu

hàn chƣa đƣợc quy định thành các tiêu chuẩn. Cho nên để thỏa mãn tính cơng nghệ
và tính kinh tế tác giả lựa chọn phƣơng pháp nghiên cứu là: Nghiên cứu lý thuyết +
thực nghiệm. cụ thể:
-

Nghiên cứu tài liệu để tìm hiểu các cơng trình đã cơng bố liên quan đến

đề tài trong và ngồi nƣớc, từ đó xác định những nội dung cần thiết mà đề tài cần
giải quyết. đồng thời khảo sát trang thiết bị sẵn có ở trong nƣớc để phục vụ cho quá
trình thực hiện đề tài.

-

Nghiên cứu kỹ cấu trúc, tính chất của cặp vật liệu, lý thuyết về ứng xử

của kim loại cơ bản trong q trình hàn và cơng nghệ hàn thép cacbon - thép khơng
gỉ từ đó đƣa ra các biện pháp công nghệ để thực hiện đƣờng liên kết hàn.
-

Sử dụng các thiết bị thông dụng để tiến hành hàn thực nghiệm, kiểm tra,

đo đạc, đánh giá quá trình thực hiện.
1.5.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
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 và các mẫu hàn có
khuyết tật thép cacbon – thép không gỉ 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 liệu thép cacbon A516 Grade 65 và thép không gỉ austenit
A240 316L.

4

-

Tính chọn đƣợc các thơng số hàn (cƣờng độ dịng điện hàn, vận tốc hàn,

nhiệt độ giữa các đƣờng hàn) phù hợp từ đó kiểm sốt năng lƣợng đƣờng khơng
vƣợt qua giới hạn cho phép.
-

Đề xuất đƣợc quy trình hàn chế tạo chi tiết mẫu và chi tiết mẫu có khuyết

tật thiếu thấu chân, khuyết tật nứt cho thép cacbon A516 Grade 65 với thép không
gỉ austenit A240 316L.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
-

Cho phép ứng dụng phƣơng pháp hàn TIG để hàn thép cacbon A516

Grade 65 với thép không gỉ austenit A240 316L ở dạng liên kết hàn giáp mối tấm
vát cạnh chữ V.
-

Nghiên cứu công nghệ chế tạo khuyết tật có chủ ý thƣờng gặp nhất trong

quá trình hàn hai vật liệu này là khuyết tật thiếu thấu chân và khuyết tật nứt.
-

Từ kết quả nghiên cứu của đề tài này góp phần vào q trình đào tạo,

kiểm tra không phá hủy (NDT), ứng dụng và chuyển giao công nghệ hàn hai vật

liệu thép cacbon – thép khơng gỉ nói riêng và cơng nghệ hàn hai vật liệu nói chung
vào q trình chế tạo các kết cấu có hai hoặc nhiều chủng loại vật liệu trong các
ngành cơng nghiệp đặc thù nhƣ đóng tàu, dầu khí, hóa chất,…
1.6.

Nội dung đề tài

Kết cấu của luận văn “Nghiên cứu xây dựng qui trình chế tạo và kiểm tra
mối hàn các vật liệu khác nhau bằng kỹ thuật kiểm tra không phá hủy” đƣợc

thực hiện bao gồm các chƣơng sau:
-

Chƣơng 1: Giới thiệu

-

Chƣơng 2: Tổng quan

-

Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết

-

Chƣơng 4: Quy trình hàn hai vật liệu khác nhau

-

Chƣơng 5: Thực nghiệm – Đánh giá

-

Chƣơng 6: Kết luận và kiến nghị

5


CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1.

GIỚI THIỆU VỀ KIM LOẠI HÀN

2.1.1 Thép khơng gỉ
Thép khơng 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
ngun 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.
Phổ biến là ký hiệu theo hệ thống AISI, đƣợc sử dụng tại Mỹ. Trong hệ thống AISI,
nhóm thép không 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 2.1. Giản đồ Schaeffler [28]
Một phƣơng pháp hữu ích để đánh giá các đặc tính chung của quá trình luyện

kim của vật liệu hàn thép không gỉ là bằng sơ đồ Schaelfler và Delong. Các nguyên tố

6


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 không 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.
2.1.1.1 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 khơng 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 mactenzit: 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 sơng và axit HNO3. Cơng dụng 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 mịn vƣợt trội.
e. Thép khơng gỉ biến cứng kết tủa: Thép không gỉ biến cứng kết tủa là

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.

7


2.1.1.2 Thành phần hóa học và cơ tính vật liệu cơ bản thép không gỉ
Thép không gỉ sử dụng trong liên kết hàn nghiên cứu trong đề tài này là thép
không gỉ austenit A240 316L theo tiêu chuẩn ASTM (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 sau.
Bảng 2.1: 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 2-2.
Bảng 2.2: 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)

tương đối (%)

485

170

-

ASTM
A240 316L

2.1.1.3 Tính hàn của thép khơng gỉ austenit
a. Nứt nóng kim loại mối hàn và vùng ảnh hƣởng nhiệt
Trên hình 2-2 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
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 thô);
lớp cùng tinh giữa các tinh thể có chiều dày lớn. Độ bền và khả năng biến dạng của

8


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 2.2. 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 2-3 là sơ đồ kết tinh mối
hàn thép austenit với kim loại mối hàn có tổ chức  và .

Hình 2.3. 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
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

9


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 không 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 cơng nghệ hàn thép austenit. Giản đồ Scheaffler (có từ năm
1949), hình 2.1, 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 2-4) 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).
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 khơng gỉ 316L cần ít nhất
3FN.

10


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,
khơng 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 2.4. 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
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.

11


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 q 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 không 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: Q 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.
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 mịn. Nếu khi hàn sử dụng chế độ hàn khơng thích hợp thì khi

12


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 mịn 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 2.5. Các dạng ăn mịn tinh giới
- Hình 3.5a: Ăn mịn tại vùng ảnh hƣởng nhiệt, tại khu vực mà chu trình
nhiệt hàn tạo nên các đƣờng đẳng nhiệt tới hạn.

- Hình 3.5b: 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 3.5c: ăn mịn 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 thơng qua hợp kim hóa mối hàn
bằng các ngun tố Cr, Si, Mo, Al…
e. Hiện tƣợng phá hủy liên kết hàn thép khơng gỉ austenit do ăn mịn
dƣới ứng suất
Hiện tƣợng ăn mòn dƣới ứng suất là tác động đồng thời của mơi trƣờng ăn
mịn và ứng suất kéo. Các nguyên nhân gây xuất hiện ứng suất kéo là: biến cứng,

13


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 mịn 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 giòn 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 mịn dƣới ứng suất bao gồm khống chế mơi trƣờng
ăn mịn, dùng vật liệu có khả năng chống ăn mịn tốt hơn (hợp kim coban, niken) và
nhiệt luyện giảm ứng suất dƣ.
2.1.1.4 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 quá mức khi hàn.
Các biện pháp công 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.
- 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.

14


- Giảm tác dụng lực liên kết hàn: giảm dòng 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 cịn 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 năng lƣợng đƣờng (heat input).
Chụp khí khi hàn TIG thép khơng gỉ là chụp gốm hoặc là chụp kim loại.
Nhƣng khi hàn thép khơng 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
và kích thƣớc rãnh hàn.
2.1.2 Thép cacbon
Thép đƣợc coi là thép cacbon khi khơng 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:

15