Embed Size (px)
DESCRIPTION
welding
Citation preview
Page 1
Nội dung ôn tập Hàn nóng chảy II Mã học phần: ME4334
Biên soạn: Lê Đình Lợi -Trần Thế Anh
Page 2
Câu1:Nêu tóm tắt những loại thép thường dùng trong các loại kết cấu hàn?
Phân loại: Theo Tiêu chuẩn của Viện hàn Quốc tế IIW:
1.1. Thép cacbon
1.2.Thépkếtcấuhợpkimthấp
1.3.Théphợpkimthấp
1.4.Théphợpkimcao
1.1. Thépcacbon
Khái niệm: Thép được coi là thép cacbon khi không có quy định nào về:
Nồng độ tối thiểu của các nguyên tố hợp kim như: Cr, Co, Nb, Mo, Ni, Ti, W, V, Zr,...
Không yêu cầu cụ thể về hiệu ứng hợp kim hoá cần phải đạt được;
Khi nồng độ tối thiểu quy định cho đồng (Cu) không vượt quá 0,04%;
Hàm lượng tối đa của các nguyên tố: Mn 1,65%, Si 0,60%, Cu 0,60%.
1.1.1 Phân loại thép cacbon:
Theo phương pháp khử oxi, có thể chia thép cacbon thành:
Thép sôi;
Thép lặng;
Thép nửa lặng.
Theo hàm lượng cacbon, thép cacbon chứa đến 2% tổng các nguyên tố hợp kim thép
cacbon thường được chia thành (theo tiêu chuẩn IIW):
+ Thép cacbon thấp;
Page 3
+ Thép cacbon trung bình;
+ Thép cacbon cao;
+ Thép cacbon cực cao.
Trong các loại thép, thép cacbon chiếm đa số về mức độ sử dụng (khoảng trên 80%).
a) Thép cacbon thấp:
Phân loại theo hàm lượng cacbon và cơ tính: Cơ tính của thép phụ thuộc vào: %C là
chính.
Thép cacbon thấp còn được chia thành thép cacbon cực thấp và thép mềm (mild steel):
Thép có nồng độ cacbon cực thấp (<0,15%C): được chế tạo dưới dạng sôi, nửa lặng
hoặc lặng (khử oxi bằng các nguyên tố Al, Si). Nồng độ Mn trong thép này nằm trong
khoảng 0,03% ÷ 60%. Các thép này có giới hạn chảy thấp và được dùng chủ yếu dưới
dạng tấm mỏng hoặc thép cuộn ở trạng thái cán nguội hoặc cán nóng. Chúng thường
được hàn bằng quá trình hàn điện tiếp xúc, nhưng cũng có thể hàn được chúng bằng
các quá trình hàn nóng chảy nếu chiều dày đủ lớn.
Thép mềm (mild steel) (0,15÷0,29% C): là nhóm thép được sử dụng rộng rãi nhất
trong công nghiệp. Ở trạng thái cán, giới hạn chảy của chúng nằm trong khoảng σch =
250÷450 MPa. Khi được nhiệt luyện, chúng có độ dai va đập tốt. Giới hạn chảy của
các loại thép này có thể lên đến 690MPa. Chúng thường được sử dụng dưới dạng tấm
và có tính hàn rất tốt (khi sử dụng các quá trình hàn thông thường)
b) Thép cacbon trung bình:
Khái niệm: thép cacbon trung bình có nồng độ C=0,30÷0,60% và nồng độ
Mn=0,60÷1,65%.
Phạm vi ứng dụng:
Khi nồng độ cacbon tăng đến gần 0,5%, kết hợp với nồng độ Mn nâng cao, có
thể dùng thép loại này ở trạng thái tôi và ram. Thép cacbon trung bình được
dùng làm trục, bánh răng, trục khuỷu, khớp nối, vật rèn.
Khi nồng độ C=0,40÷0,60%, có thể dùng thép trong các ứng dụng như đường
ray, bánh xe lửa, trục bánh xe lửa.
Page 4
Tính hàn: khó hàn
c) Thép cacbon cao:
Khái niệm: C=0,60÷0,90% với nồng độ Mn=0,30÷0,90%.
Phạm vi ứng dụng:
Chúng được làm dụng cụ;
Lò xo dây độ bền cao.
d) Thép cacbon cực cao:
Khái niệm: là các hợp kim thực nghiệm C=1,25÷2,0%. Chúng được gia công cơ nhiệt
để cho tổ chức tế vi chứa các hạt cacbit trước cùng tích, phân bố không liên tục, có
dạng đẳng trục, tròn, siêu mịn.
1.2. Thépkếtcấuhợpkimthấp(théphợpkimthấpđộbềncao)
1) Khái niệm:
Thép kết cấu hợp kim thấp (thép hợp kim thấp độ bền cao (HSLA) – high Strength
Low Alloy steel)
Là thép được sử dụng nhằm tạo ra cơ tính tốt hơn và/hoặc khả năng chống ăn mòn tốt
hơn trong không khí so với thép cacbon thông thường (không phải về mặt thành phần
hoá học).
0,05÷0,25% C; max 2%Mn; một chút Cr, Ni, Mo, Cu, N, V, Nb, Ti và Zr.
2) Phân loại:
Thép kết cấu bền ăn mòn khí quyển:
Thép cán có kiểm soát (CR):
Thép ít peclit (perlit):
Thép hợp kim vi lượng: Nb, V, Ti
Thép ferit hình kim:
Thép 2 pha ferit – mactenzit:
1.3.Théphợpkimthấp
1) Khái niệm:
Page 5
Là thép chứa Ni, Cr, và Mo. Tổng lượng nguyên tố hợp kim từ 2,07% đến giá trị ngay
dưới nồng độ các nguyên tố hợp kim của thép không gỉ (tối thiểu 10% Cr). Cơ tính
cao.
2) Phân loại:
Thép tôi và ram (Quenching + Tempering) nồng độ cacbon thấp:
là sự kết hợp giới hạn chảy cao (350÷1240 MPa) và độ bền cao với độ dai va
đập, tính dẻo, khả năng chống ăn mòn hoặc tính hàn tốt.
Thép độ bền cực cao có nồng độ cacbon trung bình:
thép kết cấu có giới hạn chảy cao hơn 1380 MPa
Thép chịu nhiệt, bền nhiệt Cr – Mo/ Cr – Mo – V:
chứa 0,5÷9% Cr và 0,5÷1,0% Mo. Chúng thường có nồng độ cacbon dưới
0,2%. Có thể chứa thêm V (môi trường hóa chất).
Ngành năng lượng.
1.4. Thép hợp kim cao
1) Khái niệm:
Thép không gỉ (thép hợp kim cao chống ăn mòn): là hợp kim của sắt, chứa tối thiểu
10,5% Cr (hoặc ≥ 12,5% Cr theo GOST) (về mặt tính hàn, cả một số hợp kim > 30%
Cr hoặc < 50% Fe). 0,03÷1%C; Ni, Mo, Cu, Ti, Al, Si, Nb, N, S, và Se.
2) Phân loại:
Thép không gỉ (INOX) :
Thép không gỉ crom:
• Thép không gỉ (Cr) ferit (F);
• Thép không gỉ (Cr) mactenzit (M/F-M).
Thép không gỉ austenit (A):
Thép không gỉ duplex (F-A):
Thép không gỉ biến cứng kết tủa:
Page 6
Thép maraging (thép mactenzit hóa già): chứa Ni, Co, Mo và khống ché hàm
lượng C, Mn, Si ở mức thấp.
Thép austenit mangan:
Câu 2:Nêu khái niệm chu trình nhiệt hàn? Nêu ảnh hưởng của chu trình nhiệt hàn đến
tổ chức và tính chất VAHN của mối hàn?
Trả lời:
Khái niệm:Là sự thay đổi nhiệt độ khi hàn của một điểm nhất định trongkim loại mối
hàn hoặc trong vùng ảnh hưởng nhiệt theo thời gian.
Câu 3:(tr.31)Trình bày cách tính điều kiện nguội theo phương pháp của Viện hàn quốc
tế?
Tính toán hai thông số chính :
Thời gian nguội ∆t8/5
Tốc độ nguội w300 tại 300℃
Thời gian nguội được tính theo sơ đồ nguồn nhiệt điểm hoặc sơ đồ nguồn nhiệt đường
Câu 4:(tr.35) Trình bày cách tính điều kiện nguội theo phương pháp của Liên bang
Nga cho trường hợp hàn một lượt?
Những thông số cơ bản của chu trình nhiệt hàn vùng ảnh hưởng nhiệtlà :
Nhiệt độ tối đa Tmax
Tốc độ nguội tức thời w [0 C
s ] tại nhiệt độ Tm
Thời gian nung Tn=t’ + t” ( đối với kim loại VAHN tại nhiệt độ cao hơn nhiệt
độ T )
Khi hàn đắp lên vật thể bán vô hạn, tốc độ nguôi ở nhiệt độ kém ổn định nhất của
austenite Tm tại các điểm thuộc tâm đường hàn không khác nhiều so với tốc độ nguội
VAHN có nhiệt độ tối thiểu 7000
C :
W=2π2( )T m T o
q d
Trong trường hợp hàn ngấu một lượt tấm mỏng dày tối đa 25mm :
Page 7
W= 2π3
2
( )
( )
Tm To
qd
Khi hàn đắp nhiều lớp lên tấm có chiều dày trung bình δ:
W= ω2π2( )T m T o
q d
Câu 5: (tr.45) Nêu khái niệm và đặc điểm chung của nứt nóng ?Nêu tóm tắt các yếu tố
ảnh hưởng đến nứt nóng ?
Khái niệm: nứt nóng (có dạng tế vi và thô đại) hình thành trong quá trình mối
hàn nguội từ nhiệt độ cao, ứng với dải nhiệt độ từ nhiệt độ đường lỏng (hoặc
đường đặc) cho đến nhiệt độ 900÷800 ºC
Đặc điểm chung của nứt nóng:Nơi xuất hiện: trong kim loại mối hàn hoặc tại
vùng ảnh hưởng nhiệt.
Thời gian xuất hiện: khi kim loại mối hàn đang trong quá trình kết tinh.
Nguyên nhân: sự mất khả năng biến dạng của kim loại ở nhiệt độ cao.
Đặc điểm chung:
Dải nhiệt độ: chủ yếu trong kim loại mối hàn ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ
đường đặc
Khả năng biến dạng: khi kim loại mối hàn biến dạng không đáng kể (do ở nhiệt
độ cao, liên kết giữa các hạt kim loại rất yếu).
Dạng tồn tại: ở giữa các tinh thể. Có thể dọc theo kim loại mối hàn (thường ở
vùng giữa mối hàn, nơi các tinh thể nhánh cây gặp nhau) hoặc ngang (trong
khoảng giữa các tinh thể nhánh cây).
Các yếu tố ảnh hưởng đến nứt nóng:
Có thể tóm tắt các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành nứt nóng như sau: • Độ dẻo tối thiểu của kim loại mối hàn trong khoảng nhiệt độ giòn. • Độ lớn khoảng nhiệt độ giòn. • Độ lớn của biến dạng kéo (do chênh lệch nhiệt độ) khi kim loại mối hàn
kết tinh.
Câu 6: Trình bày tóm tắt cách đánh giá khả năng nứt nóng và các biện pháp hạn chế nứt nóng ?
Đánh giá nứt nóng HCS:(hot cracking susceptibility)
Để đánh giá khả năng xuất hiện nứt nóng khi hàn dùng hệ số nhạy cảm với nứt nóng
HCS:
Page 8
Đối với thép cacbon và thép hợp kim thấp:
HCS =
• Khi HCS 4, thép có khuynh hướng nứt nóng khi hàn;
• Còn với thép có độ bền cao và chiều dày lớn cần thoả mãn điều kiện HCS <
1,6 ÷ 2.
Đối với thép hợp kim vi lượng, có thể dùng công thức sau:
UCS = 230C + 190S + 75P + 4Nb – 12,3Si – 5,4Mn – 1 (2.10)
Nếu UCS < 10, thép có khả năng chống nứt nóng.
Nếu UCS 30, thép dễ bị nứt nóng.
Các biện pháp phòng chống nứt nóng:
Nguyên tắc hạn chế các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành nứt nóng như sau:
• Độ dẻo tối thiểu của kim loại mối hàn trong khoảng nhiệt độ giòn.
• Độ lớn khoảng nhiệt độ giòn.
• Độ lớn của biến dạng kéo khi kim loại mối hàn kết tinh.
Các biện pháp chung:
Kiểm soát Nồng độ tạp chất và phân bố của chúng : Chọn thành phần kim loại
cơ bản và vật liệu hàn thích hợp
Kiểm soát Tốc độ nguội và kết tinh kim loại mối hàn
Kiểm soát Công suất nhiệt và năng lượng đường
Kiểm soát độ cứng vững.
3 biện pháp sau là các giải pháp công nghệ và kết cấu: hệ số ngấu thích hợp (= ?
với SAW).
Câu 7: Nêu khái niệm về nứt nguội, nguyên nhân (các điều kiện hình thành) và các
biện pháp hạn chế nứt nguội?
31025 100
3
Si NiC P S
Mn Cr Mo V
Page 9
Khái niệm nứt nguội : còn được gọi là nứt chậm là dạng nứt xuất hiện một thời gian nhất định trong vòng 48 h sau khi kết thúc hàn lúc nhiệt độ của mối hàn thấp hơn dải
nhiệt độ 250÷2000 C
Điều kiện hình thành :
1) Lượng hydro khuyếch tán:
2) Tổ chức kim loại nhạy cảm:
• Vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn thép C – Mn và thép hợp kim thấp có thể chứa
nhiều tổ chức kim loại khác nhau, tùy theo thành phần của thép và chế độ hàn.
• Nói chung, các tổ chức kim loại có độ cứng cao đều nhạy cảm với nứt nguội
(mactenzit, bainit dưới). 350HV, 450HV (tùy theo nồng độ hydro).
3) Ứng suất kéo:
• Có thể là nội ứng suất (do độ cứng vững của kiên kết) hoặc ngoại ứng suất (do tải
trọng). Cần tránh thay đổi đột ngột tiết diện.
4) Nhiệt độ thấp:
• Nhiệt độ tăng: khả năng khuyếch tán của hydro tăng, độ dai của thép tăng.
• Dưới 200 oC, hydro hầu như không có khả năng thoát ra.
Biện pháp ngừa nứt nguội:
• Kiểm soát Lượng hydro khuếch tán:
Chọn vật liệu hạn hợp lý
Chế độ làm sạch, chế độ sấy chuẩn.
Kiểm soát vận tốc nguội hợp lý.
• Kiểm soát Tổ chức tế vi:
Giảm tốc độ nguội thông qua sử dụng năng lượng đường nâng cao.
Sử dụng chế độ hàn nhiều lớp đảm bảo cho vùng ảnh hưởng nhiệt của lớp
trước được nhiệt hàn của lớp sau nhiệt luyện (ram).
Tăng nhiệt độ nung nóng sơ bộ / nhiệt độ giữa các đường hàn nhằm giảm
tốc độ nguội trong vùng nhiệt độ phân hủy austenit.
Page 10
Các biện pháp thứ nhất và thứ ba nói trên có thể giúp hydro dễ khuyếch
tán nhưng có thể làm giảm độ dai của thép.
• Kiểm soát Độ cứng vững của liên kết hàn: gá hàn bằng tấm đáy cứng…
• Kiểm soát Nhiệt độ thấp: tránh vùng dưới 100 oC. Sử dụng nhiệt độ nung nóng
sơ bộ và nhiệt độ giữa các đường hàn đủ cao, giữ nhiệt độ 200÷250 oC ngay sau
khi hàn….
Câu 8: Trình bày tóm tắt cách đánh giá khả năng hình thành nứt nguội khi hàn thép
và các biện pháp khắc phục?
Đánh giá nứt nguội CE :
Có thể đánh giá thông qua thử mẫu hoặc tính toán.
Theo hàm lượng cacbon tương đương CE và được tính theo hàm lượng của
cacbon và các nguyên tố hợp kim (Mn, Cr, Mo, ....) có trong thép.
Theo công thức tính của Viện Hàn Quốc tế (IIW), ví dụ đối với thép cacbon và thép
hợp kim thấp chỉ số đương lượng cacbon:
Công thức IIW cho thép có tối thiểu 0,16%C. Khi CE<0,45%, khó nứt
nguội.
Khi CE0,45% có thể xảy ra nứt nguội.
Độ cứng vùng ảnh hưởng nhiệt thép cacbon và thép hợp kim thấp
HVmax
>350÷400 dễ nứt nguội (do mactenzit, bainit dưới dễ hình thành).
Biện pháp ngừa nứt nguội:
• Kiểm soát Lượng hydro khuếch tán:
Chọn vật liệu hạn hợp lý
15
)(
5
)(
6
CuNiVMoCrMnCCE
m ax 9 0 1 0 5 0 4 7 7 5 3 0 3 1H V C S i M n N i C r
Page 11
Chế độ làm sạch, chế độ sấy chuẩn.
Kiểm soát vận tốc nguội hợp lý.
• Kiểm soát Tổ chức tế vi:
Giảm tốc độ nguội thông qua sử dụng năng lượng đường nâng cao.
Sử dụng chế độ hàn nhiều lớp đảm bảo cho vùng ảnh hưởng nhiệt của lớp
trước được nhiệt hàn của lớp sau nhiệt luyện (ram).
Tăng nhiệt độ nung nóng sơ bộ / nhiệt độ giữa các đường hàn nhằm giảm
tốc độ nguội trong vùng nhiệt độ phân hủy austenit.
Các biện pháp thứ nhất và thứ ba nói trên có thể giúp hydro dễ khuyếch
tán nhưng có thể làm giảm độ dai của thép.
• Kiểm soát Độ cứng vững của liên kết hàn: gá hàn bằng tấm đáy cứng…
• Kiểm soát Nhiệt độ thấp: tránh vùng dưới 100 oC. Sử dụng nhiệt độ nung nóng
sơ bộ và nhiệt độ giữa các đường hàn đủ cao, giữ nhiệt độ 200÷250 oC ngay sau
khi hàn….
Câu 9: Nêu khái niệm về nứt tầng, nguyên nhân và cơ chế nứt tầng ?
Khái niệm:
Nứt tầng, còn gọi là nứt tách lớp (lamellar tearing) là loại nứt trong các liên kết hàn
chịu tải theo hướng chiều dày tấm.
Cơ chế phát sinh nứt tầng thường do các khuyết tật loại nứt nóng tế vi và do tải
trọng cao theo hướng chiều dày tấm.
Nguyên nhân: Có ba nguyên nhân:
Tính chất của thép theo hướng chiều dày tấm
Tính chất thớ của thép cán theo chiều dày
Độ sạch của thép: các tạp chất phi kim loại trong thép (liên quan đến
phương pháp khử oxi và cán tấm thép.
Công nghệ hàn và chế độ hàn.
Kết cấu.
Page 12
Câu 10: Trình bày tóm tắt cách đánh giá khả năng hình thành nứt tầng khi hàn thép
và các biện pháp khắc phục?
Đánh giá khả năng nhạy cảm của thép với nứt tầng (tr.64)
Biện pháp phòng ngừa nứt tầng:
Nứt tầng có thể được phòng ngừa khi kiểm soát các nguyên nhân gây nứt :
Chọn kim loại cơ bản có tính dẻo tốt theo hướng chiều dày.
Hàn đắp một lớp lót sơ bộ lên bề mặt đã vát mép (hàn lớp đệm trung gian)
trước khi hàn nối.
Sử dụng vật liệu hàn chứa ít hydro và có độ bền thấp.
Kiểm soát nhiệt độ: nung nóng sơ bộ Tp và Tipnhiệt độ giữa các đường hàn ít
nhất ở mức 90oC; nung nóng bổ sung sau khi hàn.
Biện pháp kết cấu: Thay đổi về mặt kết cấu (vị trí và dạng rãnh hàn) của liên
kết hàn, nhằm giảm thiểu biến dạng theo hướng chiều dày tấm, chủ yếu do các
liên kết hàn góc, liên kết chữ T và mối hàn góc.
Câu 11:Nêu tóm tắt về nứt do ram mối hàn, các loại nứt ram và các biện pháp khắc
phục?
1) Khái niệm :
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).
2) Phân loại và biện pháp phòng ngừa nứt:
Nứt trong vùng nhiệt độ 200÷300oC:
Các vết nứt này thường là các vết nứt dọc, có kích thước lớn, nằm ở vùng
ảnh hưởng nhiệt độ và song song với đường viền chảy.
Chúng xuất hiện ở giai đoạn đầu của quá trình ram do tốc độ nung quá
cao. Khi đó sự chênh lệch lớn về nhiệt độ giữa bề mặt và bên trong vật
hàn sẽ gây ra ứng suất nhiệt; có thể kết hợp với ứng suất dư tại vùng ảnh
hưởng nhiệt).
Khắc phục:
Tốc độ nung nhỏ, chủ yếu trong giai đoạn đầu khi ram (tới 300 oC ). Khoảng
15÷30 oC/giờ (cho chiều dày 25 mm).
Khống chế Tip hoặc nung nóng bổ sung ngay sau khi hàn sao cho vật hàn chỉ
nguội đến nhiệt độ giữa các đường hàn (150÷300 oC, tùy loại thép) rồi tiến
hành ram ngay lập tức.
Giảm khả năng đưa vào vật hàn các yếu tố gây tập trung ứng suất (tránh thay
đổi tiết diện đột ngột).
Page 13
Nứt tại vùng quá nhiệt độ của vùng ảnh hưởng nhiệt:
Đây là loại nứt thường gặp trong các loại thép hợp kim thấp chịu nhiệt như
loại thép Cr-Mo-V. Trong vùng quá nhiệt (T>Ac3), sau khi hàn xuất hiện các
hỗn hợp pha bainit hình kim hoặc mactenzit và một lượng austenit dư nhất định.
Sau khi hàn: trong vùng quá nhiệt hình thành bainit hình kim và mactenzit,
austenit dư. Phần lớn Cr, Mo, V đi vào dung dịch rắn khi nung bằng nguồn
nhiệt hàn. Chúng cũng khuếch tán vào tinh giới các hạt sơ cấp.
Khi ram cao: tiết ra các hạt mịn phân tán Mo2C, MX, ε-M3C từ dung dịch rắn
(liền mạng hoặc nửa liền mạng với dung dịch rắn). Có tác dụng làm bền hóa
nền thép các hạt sơ cấp (sự bền hóa phân tán).
Khi ram, sự giảm ứng suất dư hàn chỉ có thể xảy ra được theo cơ chế dão ở
vùng tinh giới. Đó là sự dịch chuyển vị trí tương đối của các hạt sơ cấp với
nhau.
Nứt dười mối hàn đắp.
Nứt dưới mối hàn đắp (underbead cracking) thường xuất hiện khi hàn đắp
băng thép austenit lên thép hợp kim thấp. Nứt loại này mang đặc trưng giữa các
tinh thể trong vùng quá nhiệt (của vùng ảnh hưởng nhiệt) khi được nung lại một
lần nữa bởi nhiệt của lớp hàn sau nó (ram bởi lớp hàn sau)
Biện pháp phòng ngừa nứt ram:
Nứt ram có thể được phòng ngừa khi kiểm soát các nguyên nhân gây nứt :
Cách thứ nhất ngăn ngừa nứt loại này là dùng tốc độ nung nhỏ, chủ yếu trong
giai đoạn đầu khi ram (tới 300oC). Với các vật hàn lớn hoặc có hình dạng phức
tạp, tốc độ nung vào khoảng 15÷30oC/giờ cho chiều dày 25mm.
Cách thứ hai là khống chế nhiệt độ giữa các đường hàn hoặc nung nóng bổ
sung ngay khi hàn sao cho vật hàn chỉ nguội đến nhiệt độ giữa các lớp hàn
(150÷300oC, tùy loại thép) rồi tiến hành ram ngay lập tức.
Giảm các yều tố gây tập trung ứng suất (gia công bề mặt mối hàn, tránh thay
đổi tiết diện đột ngột).
Kiểm soát thành phần hóa học, chế độ hàn ảnh hưởng tới thời gian nguội Δt
(trong khoảng 800÷500oC).
Có thể ngăn ngừa nứt khi hàn đắp bằng cách thường hóa vùng quá nhiệt
Page 14
Câu 12: (tr68) Nêu các chỉ tiêu chọn công nghệ và chế độ nhiệt cho hàn thép cán trước
khi hàn và không nhiệt luyện sau khi hàn?
Thép cán trước khi hàn và không nhiệt luyện sau khi hàn
Thép cacbon thấp;
Thép kết cấu hợp kim thấp đơn giản;
Thép hợp kim vi lượng (có tính thấm tôi không đáng kể).
Chỉ tiêu :
– Độ dai va đập tối thiểu cần thiết: tốc độ nguội tối ưu.
độ dai va đập tại nhiệt độ thử dưới 0oC bằng tối thiểu 30 J.
– Hiện tượng hóa già: nồng độ O, N, H. Để tránh hóa già và tránh suy giảm khả
năng chống phá hủy giòn, nồng độ trong kim loại cơ bản:
< 0,005% O; < 0,005% N và < 0,0005% H.
– Nứt nóng: nồng độ S và tỷ lệ Mn/S được khống chế tùy thuộc hàm lượng C
trong thép:
Mn/S≥ 22 khi 0,06÷0,11%C;
Mn/S≥ 30 khi 0,11÷0,125%C;
Mn/S≥ 60 khi 0,15÷0,16%C.
Câu 13:(tr69)Nêu các chỉ tiêu chọn công nghệ và chế độ nhiệt cho hàn thép thường hóa
hoặc thép tôi và ram cao trước khi hàn và nhiệt luyện sau khi hàn?
• Chỉ tiêu :
– Yêu cầu về độ bền và cơ tính: liên kết hàn có độ bền = kim loại cơ bản (độ bền
đều), đáp ứng yêu cầu cụ thể về giá trị độ dai va đập, tính dẻo, và các tính chất
vận hành khác.
– Chống nứt nguội. Phải tránh được nứt nguội trong kim loại mối hàn và kim loại
vùng ảnh hưởng nhiệt cho tới khi nhiệt luyện sau khi hàn.
– Chống suy giảm độ bền tại khu vực ram cao của vùng ảnh hưởng nhiệt: Sao cho
suy giảm độ bền tại khu vực ram cao của vùng ảnh hưởng nhiệt là ít nhất (chế
độ hàn cứng (đạt được khi tốc độ nung và tốc độ nguội tương đối cao), sao cho
Page 15
khu vực này tồn tại ngắn nhất ở vùng nhiệt độ trên nhiệt độ ram cao trước khi
hàn).
Do đó, tiêu chí chủ yếu phổ biến nhất là:hàn một lượt hoặc nhiều lượt bằng phân
đoạn hàn dài: tốc độ nguội cho phép cao nhất wdmà tại đó vẫn chưa xuất hiện nứt
nguội trong vùng ảnh hưởng nhiệt và kim loại mối hàn
Câu 14:(tr72 ) Nêu các chỉ tiêu chọn công nghệ và chế độ nhiệt cho hàn thép thường
hóa hoặc ram cao trước khi hàn và không nhiệt luyện sau khi hàn?
Thép thường hóa hoặc ram cao trước khi hàn và không nhiệt luyện sau khi hàn:
Thép hợp kim thấp 12XH2, 25H3, 36CΓA, 18X2BΦ, 20HΓM, 23Γ, 17ΓC, 20XΓC,
40X và thép 45 (nhóm I và II phần 1.4.2).
Chỉ tiêu :
Loại kết cấu: kích thước lớn, không thể nhiệt luyện sau khi hàn.
Yêu cầu về khả năng chống phá hủy giòn: yếu tố quan trọng nhất.
Chế độ hàn: chống nứt nguội khi không ram và tránh tăng kích thước hạt. Tốc độ nguội trong khoảng tối ưu.
Câu 15:(tr78)Nêu đặc điểm kim loại VAHN thép cacbon thấp?
Vùng nóng chảy không hoàn toàn :có nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ đường lỏng và cao
hơn nhiệt độ đường đặc,luôn ở dạng hỗn hợp pha lỏng và rắn .thành phần của
VAHN khác với của kim loại cơ bản ở trạng thái ban đầu và cũng khác với kim loại
mối hàn
Vùng nung quá nhiệt : có nhiệt độ tối đa từ 11000 C đến nhiệt độ đường đặc ,tổ
chức kim loại vùng này gồm các hạt γ thô. Đây là khu vực yếu nhất của vùng ảnh
hưởng nhiệt
Vùng thường hóa : kim loại đạt tới nhiệt độ tối đa cao hơn Ac3 một chút ( cho tới
1100 0C ) do đó sau khi nguội nó sẽ có tổ chức hạt mịn và cơ tính cao
Vùng kết tinh lại không hoàn toàn
Vùng kết tinh lại
Vùng hóa già
Câu 16: (tr80) Nêu đặc điểm kim loại VAHN thép kết cấu hợp kim thấp?
Page 16
Vùng tôi (khu hạt thô): nhiệt độ tối đa của kim loại vùng này khi hàn vượt
quá nhiệt độ Ac3. Tổ chức kim loại có hạt thô và khi nguội sẽ hình thành tổ
chức tôi ( mactenzit)
Vùng tôi không hoàn toàn : nhiệt độ tối đa tại đây nằm trong khoảng nhiệt độ
Ac3÷Ac1
Vùng ram : với thép đã qua nhiệt luyện tăng độ bền trước khi hàn vùng này
sẽ có tổ chức sorbit ram sau khi nguội
Câu 17.(tr80) Trình bày tóm tắt công nghệ hàn thép cacbon thấp và thép kết cấu hợp
kim thấp (thành phần hóa học, tính hàn, chế độ nhiệt, đặc điểm công nghệ và kỹ thuật
hàn)?
Tính hàn tốt: Với thép cacbon thấp, khi 0,15÷0,20%C: dễ hàn. Với %C cao
hơn và max. 1,4%Mn, cần giảm v, I để tránh nứt nguội chân mối hàn.
Thành phần hóa học mối hàn: chứa ít cacbon hơn kim loại cơ bản (lõi
0,08%C) nhưng được bù lại bằng Mn, Si. Thép kết cấu hợp kim thấp còn
được hợp kim hóa từ kim loại cơ bản.
Chế độ nhiệt khi hàn: không được hình thành tổ chức hạt thô trong kim loại
mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt. Chọn chế độ hàn theo dải tốc độ nguội tối
ưu (độ dai va đập > 30J). Tỷ lệ cần thiết của Mn/S đối với %C tương ứng và
hạn chế nồng độ N, O, H (đã nói trong Chương 1, phần 1.4.1.
Đặc điểm công nghệ và kỹ thuật hàn:
o Sử dụng đồ gá hàn hoặc hàn đính để gá lắp hàn. Xem lại phần hàn
đính (học kỳ trước).
o Làm sạch trước khi hàn: 30mm về mỗi bên mối hàn.
o Sử dụng các loại quá trình hàn nóng chảy: chú ý tỷ lệ tham gia của
kim loại cơ bản vào mối hàn khi hàn thép kết cấu hợp kim thấp.
Câu 18. Nêu tóm tắt thành phần và tính chất thép hợp kim vi lượng ?
Câu 20: (tr120) Trình bày tóm tắt công nghệ hàn thép hợp kim vi lượng ?
Công nghệ hàn thép hợp kim vi lượng
Không cần nung nóng sơ bộ khi chiều dày nhỏ
Sử dụng mọi loại quá trình hàn hồ quang
SAW: dây hàn nồng độ Mn trung bình.
FCAW: dây hàn E 70T-1, E 70T-4
GMAW: dây hàn E 70S-3 và E 70S-1B
Page 17
Đa số trường hợp, không cần xử lý nhiệt sau hàn thép HK vi lượng, trừ khi có quy
định bắt buộc của 1 số quy phạm
Câu 21: Trình bày tóm tắt công nghệ hàn thép cacbon trung bình và thép cacbon cao?
a) Thép cacbon trung bình (0,3-0,59%C) có khả năng chống mài mòn tốt, độ cứng cao.
Lượng cacbon càng cao làm choc ơ tính càng giảm do hiện tượng nứt nóng trong mối
hàn và nứt nguội trong VAHN. Nếu được nung nóng sơ bộ thích hợp kết hợp với vật
liệu hàn chứa ít hidro và nung nóng bổ sung sau khi hàn, có thể dễ dàng hàn các loại
thép này. Do độ thấm tôi và độ nhạy cảm cao đối với chu trình nhiệt hàn, cần sử dụng
các biện pháp công nghệ sau:
Sử dụng dây hàn hoặc que hàn có hàm lượng cacbon nhỏ, có hệ xỉ bazơ chứa ít hidro
để tăng tính dẻo của KLMH.
Nung nóng sơ bộ chi tiết trước khi hàn. Với đương lượng cacbon trong dải
0,45÷0,60%, nhiệt độ nung nóng sơ bộ 100-200oC. Nhiệt độ giữa các đường hàn cũng
bằng nhiệt độ nung nóng sơ bộ.
Để giảm lượng cacbon từ KLCB hòa tan vào KLMH, cần chọn kiểu liên kết hàn sao
cho lượng kim loại cơ bản hòa tan vào mối hàn là tối thiểu. Ngoài ra, khi hàn nhiều
lớp, cần sử dụng năng lượng đường có giá trị nhỏ đối với các lớp đầu tiên.
Chọn chế độ hàn có hệ số ngấu h
bn hợp lý để đảm bảo hướng kết tinh của kim loại
mối hàn ít gây ra nứt nóng. 72 n .
Nếu sau khi hàn cần đảm bảo tính dẻo của mối hàn, cần nhiệt luyện khử ứng suất dư
ngay sau khi hàn. Sau đó làm nguội chậm vật hàn. Trong trường hợp không thể nhiệt
luyện giảm ứng suất dư sau khi hàn, cần giữ cho nhiệt độ liên kết hàn tại giá trị nhiệt
độ nung nóng sơ bộ trong vòng 5÷7 phút tính cho mỗi milimet chiều dày liên kết.
Điều này có tác dụng tạo điều kiện cho hidro kịp khuyeechs tán ra khỏi vùng hàn.
b) Thép cacbon cao.
Thép cacbon cao có hàm lượng 0,6÷1,0%C và 0,3÷1,0%Mn. Chúng thường là thép
dụng cụ, sử dụng ở trạng thái tôi (độ cứng tối đa 65HRC).
Nhiệt độ nung nóng sơ bộ và nhiệt độ giữa các đường hàn 200÷315oC, nguội
chậm sau khi hàn.
Sử dụng các quá trình hàn ít hidro (với chiều dày đến 2mm, thậm chí không cần
nung nóng sơ bộ). Nói chung, khi hàn bằng que hàn bazơ ít hidro, nhiệt độ nung
nóng sơ bộ có thể thấp hơn 45÷90oC sơ với nhiệt độ nung nóng sơ bộ khi hàn
bằng các loại que hàn khác.
Sử dụng các biện pháp giảm lượng kim loại cơ bản hòa tan vào mối hàn.
Page 18
Thép cacbon cao cần được hàn ở trạng thái ủ, sau đó cần được nhiệt luyện giảm
ứng suất dư (như trong trường hợp thép cacbon trung bình.
Câu 22: Nêu đặc điểm và tính hàn thép HK thấp? Trình bày tóm tắt đánh giá tính
thấm tôi và tốc độ nguội tối ưu khi hàn thép HK thấp? (trang 127)
a) Đặc điểm và tính hàn thép HK thấp:
Thép Hk thấp chứa tổng lượng các nguyên tố HK là 8% (theo AISI), thép HK thấp
thường chứa tổng khoảng 4÷5% các nguyên tố HK. Thép HK thấp gồm các loại sau:
Thép tôi và ram hàm lượng cacbon thấp.
Thép HK thấp chịu nhiệt
Thép độ bền cực cao có hàm lượng cacbon trung bình.
(tham khảo trang 127 để biết thêm chi tiết :D)
Thép kết cấu HK thấp không nhạy cảm lắm với chu trình nhiệt hàn. Chỉ cần thay đổi
chế độ hàn (chu trình nhiệt hàn) là có thể đảm bảo VAHN có được tính chất cần thiết.
Đó là hàm lượng cacbon và mức độ HK hóa của chúng tương đối nhỏ. Mức độ nhạy
cảm với chu trình nhiệt hàn thường lớn hơn nhiều so với thép kết cấu HK thấp do hàm
lượng khá cao của cacbon và các NTHK. Để giảm tốc độ nguội, có thể dùng các biện
pháp công nghệ đặc biệt khi hàn.
b) Đánh giá tính thấm tôi và tốc độ nguội khi hàn thép HK thấp
(tham khảo trang 128÷132).
Câu 23: Nêu tính hàn của thép không gỉ crom? (trang 165)
Tùy theo chế độ nhiệt khi hàn và nhiệt độ vận hành, nhiều loại thép không gỉ crom có
thể thay đổi tổ chức và tính chất của chúng, chủ yếu là bị giòn. Theo thành phần hóa
học và ảnh hưởng của chế độ nhiệt, có thể phân hiện tượng giòn thép không gỉ crom
thành các loại:
Giòn ở 457oC: thép trở nên giòn do bị nung ở nhiệt độ 400÷540 oC (chủ yếu ở 457oC)
quá lâu, đặc biệt thép có hàm lượng 15÷70%Cr. Các nguyển tố Ti và Nb cũng có tác
dụng thúc đẩy quá trình này.
Giòn do pha sigma: Ở hàm lượng Cr không lớn, sau khi thép trải qua thời gian ở vùng
nhiệt độ 600÷890oC, thì sau khi nguội sẽ không xuất hiện pha giòn sigma (đây là dung
dịch rắn Fe-Cr có tỷ lệ hàm lượng 1:1). Tuy vậy, nếu hàm lượng Cr>20÷25% thì sẽ
xuất hiện mạnh pha sigma. Các nguyên tố như Mn, Mo có khả năng mở rộng vùng tồn
tại của pha này.
Page 19
Giòn do nung ferit ở nhiệt độ cao: khi thép không gỉ crom bị nung tới nhiệt độ trên
1150oC, kích thước hạt của thép sẽ tăng. Vì thép không gỉ crom thường chứa cả
cacbit, khi bị nung và nguội nhanh, cacbit đang hòa tan sẽ chỉ làm cho một vùng nhỏ
kim loại xung quanh hạt cacbit giàu cacbon, còn sự đồng nhất hóa toàn bộ thì lại chưa
kịp xảy ra. Do vậy tại những vùng nhỏ đó, xuất hiện điều kiện cho phản ứng chuyển
biến pha khi nung, và khi nguội. Các quá trình này dễ xảy ra nhất ở vung
tinh giới (biên giới hạt). Do đó, và cả sự xuất hiện của ứng suất cục bộ mà kim loại
sau khi nguội nhanh sẽ có tính dẻo thấp ở nhiệt độ thường. Cách khắc phục khi hàn
tiến hành ủ, hoặc ram ở nhiệt độ 730÷790oC. Còn có thể giảm sự tăng độ hạt ở nhiệt
độ cao thông qua hai biện pháp: bổ sung nitơ vào thép ferit (1% giá trị hàm lượng Cr)
hoặc tăng hàm lượng cacbon.
Tính hàn của thép không gỉ crom phụ thuộc vào cấu trúc kim loại của nó. Thép không
gỉ crom thuộc nhóm tổ chức mactenzit+ferit có tính hàn tương tự nhau, nhưng khác
tính hàn của thép không gỉ crom thuộc nhóm ferit.
Câu 24: Nêu nguyên tắc chọn vật liệu khi hàn thép ko gỉ crom và các biện pháp khắc
phục nứt nguội trong công nghệ hàn thép không gỉ crom thuộc nhóm mactenzit và
nhóm mactenzit+ferit? (trang 166)
a) Nguyên tắc chọn vật liệu.
Nếu thành phần kim loại mối hàn phải giống với kim loại cơ bản và nếu sau khi
hàn có thể tiến hành ram cao, tính chất của thép không gỉ crom sẽ tương tự như
của các chi tiết được chế tạo bằng các phương pháp cán hoặc rèn. Tuy nhiên,
trên thực tế, điều này khó thực hiện trong điều kiện hàn lắp ráp và sửa chữa tại
hiện trường.
Nếu chỉ chú ý đảm bảo cho mối hàn có thành phần hóa học giống của KLCB
mà không dùng các biện pháp công nghệ khác (nung nóng sơ bộ, nung nóng
đồng thời sau khi hàn, ram sau khi hàn) thì trong nhiều trường hợp (nhất là khi
liên kết hàn có độ cứng vững cao), có thể xảy ra nứt trong KLMH và VAHN và
sau khi hàn, liên kết hàn còn có khả năng biến dạng rất thấp.
Vì vậy, người ta có thể cho phép sử dụng loại vật liệu hàn mà sau khi hàn,
KLMH không nhất thiết có thành phần hóa học giống KLCB. KLMH thích hợp
nhất là loại có tổ chức austenite (A) hoặc austenite + ferit (A+F). Đây thường là
vật liệu thuộc nhóm không gỉ austenite (có đủ các nguyên tố tạo austenite như
Ni, Mn,v.v). Sau khi hàn bằng vật liệu hàn loại này, thì không nên nhiệt luyện
Page 20
(ram) mối hàn bởi vì tính chất kim loại mối hàn có thể bị suy giảm và gây ra
chênh lệch lớn về ứng suất dư tại vùng gần biên nóng chảy.
Các quá trình hàn thường áp dụng cho thép không gỉ crom là hàn hồ quang tay,
hàn trong môi trường khí bảo vệ và hàn dưới lớp thuốc. Khi hàn hồ quang tay,
cần sử dụng que hàn có vỏ thuốc bọc thuộc hệ xỉ CaF2-CaCO3 (bazơ). Điều này
đòi hỏi que hàn phải được sấy ở 450÷500 oC/2h để ngăn ngừa hidro thâm nhập
KLMH. Đối với kết cấu tấm mỏng hoặc hàn lót đáy cho mối hàn nhiều lớp, có
thể sử dụng quá trình hàn bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường
argon, với dây hàn phụ có thành phần gần giống với KLCB. Với các kết cấu
tấm có chiều dày trung bình trở lên, có thể hàn bằng điện cực nóng chảy trong
môi trường khí hoạt tính, nhưng phải đảm bảo dây hàn chứa đủ lượng nguyên tố
oxi cần thiết. Khi sử dụng hàn dưới lớp thuốc, cần dùng thuốc hàn thuộc hệ xỉ
bazơ không chứa oxi.
b) Biện pháp khắc phục nứt nguội.
Khi hàn thép mactenzit, dễ xảy ra hiện tượng nứt nguội tại VAHN và tại kim loại mối
hàn (nếu thành phần KLMH có thành phần tương tự hoặc giống KLCB). Tổ chức tôi
xuất hiện tại các vùng đó có độ cứng cao, và khả năng biến dạng thấp.Ngoài ra, ứng
suất dư và độ cứng vững cao của kết cấu cũng làm tăng khả năng nứt. Để khắc phục
hiện tượng nứt nguội khi hàn, có thể sử dụng các biện pháp như:
Biến tính làm mịn hạt kim loại mối hàn bằng titan, kết hợp với giảm giá trị năng
lượng đường.
Nung nóng sơ bộ trước khi hàn và nung nóng đồng thời trong khi hàn. Đây là
biện pháp triệt để nhất. Với thép mactenzit và thép mactenzit+ferit, cần nung
nóng sơ bộ 200÷450oC (nung cục bộ hoặc toàn phần, nhiệt độ nung tăng theo
độ cứng vững của liên kết); khi hàn cần nung đồng thời 200÷250oC. Khi hàn
xong, cần để mối hàn nguội chậm, tránh gió lùa. Ngoài ra, trong một số trường
hợp, có thể thông qua các biện pháp khác nhằm giảm độ cứng vững của liên kết
hàn. Ví dụ, khi hàn trong môi trường CO2 bằng điện cực nóng chảy các kết cấu
tấm mỏng có độ cứng cững nhỏ thì không cần phải nung nóng sơ bộ.
(tham khảo thêm trang 168).
Câu 25: Trình bày tóm tắt công nghệ hàn thép không gỉ crom thuộc nhóm ferit?
a) Phân loại:
Thép hợp kim cao ferit có thể phân loại như sau:
Thép 13%CR, chứa rất ít cacbon.
Thép 17%Cr, chứa ít cacbon.
Page 21
Thép 25÷30%Cr.
Vật liệu hàn cho thép không gỉ crom thuộc nhóm ferit có thể chọn theo bảng 4-5
(trang 171).
b) Công nghệ:
Thép ferit có xu hướng tăng kích thước hạt VAHN và vùng KLMH (nếu thành
phần hóa học KLMH giống KLCB). Cấu trúc hạt thô làm giảm tính dẻo và độ dai
va đập của thép ở nhiệt độ thường và nhiệt độ thấp. Ngoài cấu trúc hạt thô, tại vùng
tinh giới có thể hình thành mactenzit hình kim. Việc ram mactenzit (sau khi hàn) ở
nhiệt độ 800oC sẽ cải thiện đáng kể độ dai va đập.
Khi hàm lượng (%) titan trong thép nhỏ, tức là Ti<7.(C+6/7N), những vùng của
liên kết hàn được nung tới nhiệt độ 950OC và nguội nhanh sẽ bị suy giảm khả năng
chống ăn mòn, đặc biệt là ăn mòn tinh giới. Ram ở nhiệt độ 760÷780oC có tác
dụng tăng tính dẻo và khả năng chống ăn mòn của liên kết hàn. Để tránh hiện
tượng tăng kích thước hạt khi hàn, nên sử dụng nguồn nhiệt tập trung có công suất
nhỏ.
Khi hàn hồ quang tay và hàn bằng điện cực nóng chảy trong môi trường CO2, vật
liệu hàn cần đảm bảo KLMH có thành phần tương tự KLCB (ferit) hoặc tổ chức
kim loại austenite hoặc austenite + ferit. Vật liệu hàn thường được chọn sao cho
KLMH chủ yếu là thép không gỉ austenite thuộc hệ Cr-Ni hoặc Cr-Ni-Mn.
Khi hàn dưới lớp thuốc, lượng kim loại cơ bản hòa tan vào mối hàn thường lớn
hơn so với hồ quang tay. Do đó dây hàn phải chứa một lượng nguyên tố tạo
austenite nhiều hơn so với que hàn. Khả năng chống ăn mòn của tổ chức kim loại
hai pha austenite+ferit có thể bị suy giảm trong một số môi trường.
Khi quá trình vận hành không đòi hỏi liên kết hàn có tính dẻo cao, để tránh nứt khi
hàn, đặc biệt khi độ cứng vững của liên kết hàn lớn, có thể tiến hành nung nóng sơ
bộ và nung nóng đồng thời 120÷180oC.
Khi KLMH cần có tổ chức ferit, có thể thực hiện bằng hàn hồ quang tay, với que
hàn thuộc nhóm vỏ bọc bazơ chứa một lượng lớn ferotitan và nhôm trong vỏ bọc.
Khi hàn bằng que hàn austenite, KLMH có tính chất khác với KLCB.
Trong thực tế, VLH được sử dụng phổ biến nhất cho KLMH thép không gỉ thuộc
hệ Cr-Ni. Trong trường hợp đó, KLMH phải chứa Ti hoặc Nb để đảm bảo khả
năng chống ăn mòn của nó tương đương KLCB.
Khi hàn thép ferit chịu nhiệt từ 25%Cr trở lên, trong KLMH phải có lượng Cr
tương ứng. Khi hàn tự động cần chú ý đảm bảo KLMH có cấu trúc austenite hoặc
austenite+ferit (50%ferit).
Page 22
Về mặt nhạy cảm của thép không gỉ ferit crom cao 17% và 25÷30%Cr đối với ăn
mòn tinh giới so với thép austenite không chứa các nguyên tố ổn định hóa
austenite, sự khác biệt nằm ở chỗ dải nhiệt độ nhạy cảm của thép không gỉ ferit
nằm cao hơn nhiệt độ 925oC và để phục hồi khả năng chống ăn mòn tinh giới của
chúng, chỉ cần ủ thép ferit trong khoảng 650÷815oC trong 15÷60 phút. Do dải nhiệt
độ nhạy cảm cao, vùng kim loại nằm kề mối hàn sẽ là vùng nhạy cảm (tại đó có thể
xuất hiện cacbit crom), khác với thép không gỉ austenite, khi mà vùng này nằm
cách mối hàn một khoảng cách nhất định. Không như với thép không gỉ ferit không
có tác dụng ngăn sự hình thành cacbit crom. Trong trường hợp như vậy, việc bổ
sung các nguyển tố như Ti(0,5%) và Nb (1%) có tác dụng ngăn ngừa cacbit crom
hình thành. Ngoài ra, hai nguyên tố này còn có tác dụng ngăn mactenzit hình thành
tai tinh giới.
Việc tăng tốc độ nguội từ 925oC trong khi hàn cũng không thực sự ngăn được
cacbit crom hình thành, trừ khi hàm lượng cacbon trong mối hàn cực thấp. Lý do là
tốc độ khuyeechs tán của cacbon và crom trong tổ chức kim loại ferit cao hơn
nhiều so với trong tổ chức austenite.
Có thể nung nóng sơ bộ thép không gỉ ferit tới 150oC hoặc hơn nhằm mục đích
giảm ứng suất dư. Nói chung, chỉ cần nung nóng sơ bộ đến 95÷205oC, tùy theo
chiều dày và độ cứng vững của liên kết. Nhiệt độ giữa các đường hàn cần được
giới hạn ở mức cao hơn nhiệt độ nung nóng sơ bộ một chút.
Các loại thép ferit ít crom và được ổn định hóa bằng các nguyên tố như Al, Ti
thường không chịu ảnh hưởng của nhiệt hàn và có thể được sử dụng ngay ở trạng
thái sau khi hàn.
Tuy nhiên, các thép không gỉ ferit có hàm lượng crom cacbon nâng cao có xu
hướng tạo cacbit crom ở tinh giới trong VAHN. Vì vậy sau khi hàn, chúng cần
được ử để hòa tan cacbit crom và phục hồi lại khả năng chống ăn mòn. Nhiệt luyện
thép không gỉ crom sau khi hàn ở 705÷845oC có tác dụng ngăn sự tiếp tục gia tăng
kích thước hạt. Tuy nhiên cần giảm mức độ tiếp xúc của vật hàn với môi trường
không khí (chứa oxi) trong quá trình nhiệt luyện và cho kim loại nguội nhanh trong
khoảng 540÷370oC.
Câu 26: Nêu tóm tắt thành phần và tính chất thép không gỉ austenite? (trang 175)
a) Thành phần:
Thép hợp kim cao thuộc hệ Cr-Ni có nhiều loại. Về cơ bản , chúng có tổ chức
kim loại là austenite và chứa từ 16%Cr và 7%Ni trở lên. Các thép này còn được
Page 23
biết đến dưới tên gọi thép loại 300. Loại phổ biến nhất là thép 18/8, chứa
18%Cr và 8%Ni.
Theo công dụng, thép không gỉ austenite thường được chia thành ba loại, tùy
theo mục đích sử dụng: chống ăn mòn, bền nhiệt và chịu nhiệt.
o Thép chống ăn mòn (tối đa 0,12%C): tùy thành phần và chế độ nhiệt
luyện, các thép loại này có khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ thường
và cao (đến 800oC) trong không khí, môi trường khí khác, dung dịch
kiềm hoặc axit và kim loại lỏng.
o Thép và hợp kim bền nhiệt là các loại thép không gỉ austenite và hợp
kim niken được hợp kim hóa bằng Mo, W (đến 7% mỗi nguyên tố) và B
(bo).
o Thép chịu nhiệt là thép có khả năng chống ăn mòn bề mặt trong môi
trương không khí ở nhiệt độ tối đa 1100÷1150oC. Trong thành phần của
thép chịu nhiệt thường có các nguyên tố như nhôm (đến 2,5%) và
vonfram (đến 7%) tạo khả năng chống oxi hóa. Cùng với silic, chúng
tạo lớp oxit bề mặt bền vững bảo vệ kim loại khỏi tác động của môi
trường ăn mòn của khí ở nhiệt độ cao. Thép chịu nhiệt thường dùng để
chế tạo các chi tiết chịu tải trọng thấp.
(tham khảo các bảng 4-6, 4-7, 4-8 trang 176, 177 để biết thêm chi tiết
:D).
b) Tính chất.
Xu hướng ăn mòn tinh giới của thép không gỉ austenite và thép không gỉ crom.
(tham khảo hình 4-16 trang 182)
Thép không gỉ crom và thép không gỉ austenite được coi là có khả năng chống
ăn mòn tinh giới khi trong thép không đủ lượng cacbon tự do để liên kết với
crom hình thành hạt cacbitcrom, đặc biệt là tại tinh giới. Điều này đạt được khi
cacbon tự do được liên kết với crom hình thành cacbit crom, đặc biệt là tại tinh
giới. Điều kiện này đạt được khi cacbon tự do được liên kết với các nguyên tố
có ái lực với nó mạnh hơn với crom, ví dụ: titan, niobi, tantan. Khi hàm lượng
phần trăm khối lượng của Ti ≥5 (C-0,02) hoặc Nb≥10C, cacbon ưu tiên liên kết
với titan hoặc niobi dưới dạng các hạt cacbit mịn phân tán của nguyên tố này,
thay vì tạo cacbit crom. Dưới hàm lượng đó không thể xuất hiện cacbit
crom.Khi tiết ra các hạt cacbit, độ bền của các hạt austenite tăng (cacbit phân bố
dưới dạng phân tán trong hạt γ) nhưng tính dẻo của chúng giảm.Kích thước của
các hạt phân tán càng nhỏ, độ bền của thép càng tăng. Chính vì vậy vật liệu hàn
(que hàn, .) thép austenite thường chứa một lượng nhất định Ti hoặc Nb để đủ
Page 24
liên kết với cacbon tự do nhằm ngăn ngừa sự xuất hiện của Cr23C6 trong kim
loại mối hàn.
Vấn đề pha giòn
Thép chứa Cr cao từ 16÷25% (xem hình 4-1) và Mo, Si dễ tiết ra pha ở dải nhiệt độ
700÷800oC, chủ yếu theo các phản ứng γα hoặc . Khi đó, khả năng
chịu nhiệt và bền nhiệt của thép sẽ bị suy giảm.
Câu 27: Nêu xu hướng ăn mòn tinh giới của thép không gỉ austenite và thép không gỉ
crom?
(look at answer 26b to get more detail :D)
Câu 28: Trình bày tóm tắt công nghệ hàn thép không gỉ crom thuộc nhóm ferit?
(trùng câu 25 :X)
Câu 29: Nêu tóm tắt tính hàn của thép không gỉ austenite?
Tính hàn của thép austenite chịu ảnh hưởng của việc hợp kim hóa bằng nhiều nguyên
tố và tính đa dạng trong vận hành liên kết hàn mà chúng ta có thể tóm tắt thành 5 vấn
đề chính sau đây:
Nứt nóng KLMH và VAHN.
(tham khảo các hình 4-18 và 4-19)
Cần lưu ý là khi hàn, nứt nóng có thể xảy ra không chỉ trong kim loại mối hàn
mà cả trong VAHN (dưới tác động của nhiệt hàn và do thành phần hóa học
không đồng nhất, một số khu vực của VAHN có thể đạt tới nhiệt độ nóng chảy).
Để khắc phục nứt nóng, có thể sử dụng các biện pháp sau:
o Làm mịn các hạt tinh thể khi cho các hạt này kết tinh bằng cách làm mất
tính định hướng của chúng , giảm chiều dày lớp cùng tinh, để kim loại
mối hàn chứa một lượng nhất định ferit sơ cấp.
o Sử dụng vật liệu hàn chứa ít tạp chất S, P (dây hàn, lõi que hàn đã qua
tinh luyện chân không hoặc tinh luyện điện xỉ).
o Giảm trị số của các thông số chế độ hàn như năng lượng đường, tiết diện
mối hàn, lượng kim loại cơ bản hòa tan vào mối hàn.
Giòn KLMH thép bền nhiệt và chịu nhiệt ở nhiệt độ cao.
Hiện tượng giòn KLMH thép chịu nhiệt và thép bền nhiệt austenite 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 giả ổn định trong vùng
nhiệt độ cao.
Hợp kim hóa 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
austenite, không tạo điều kiện cho Cr liên kết với cacbon. Lưu kim loại mối hàn
Page 25
ở vùng 700÷850oC có tác dụng đẩy mạnh quá trình tiết ra pha sigma. Các
nguyên tố ổn định hóa ferit như Ti và Nb có tác dụng thúc đẩy quá trình này.
Do đó, biện pháp tích cực nhất để loại bỏ các pha cacbit crom và sigma là giảm
lượng cacbon trong KLMH.
Suy giảm cơ tính thép không gỉ austenite do hệ số dãn nở nhiệt lớn.
Thép austenite có hệ số dãn nở nhiệt lớn hơn nhiều so với thép thường. Khi hàn
nhiều lớp, kim loại VAHN và các lớp hàn đầu tiên bị nung nhiều lần, làm cho
chúng bị biến dạng nhiệt (biến cứng). Có 4 yếu tố làm giảm cơ tính kim loại
VAHN và các lớp hàn đầu tiên.
o Chu trình nhiệt hàn khi hàn có thể làm giảm tính dẻo và độ bền, dẫn đến
nứt liên kết hàn.
o Khuyeesch tán có thể làm tăng lượng cacbon và õi trong VAHN. Cùng
với các tạp chất có hại, chúng tạo thành các cùng tinh có nhiệt độ nóng
chảy thấp.
o VAHN được lưu 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 tượng giòn.
o Quá trình tiết ra các pha cacbit và sigma trong KLMH kết hợp với ứng
suất dư sau khi hàn có tác dụng làm giảm tính dẻo và làm cục bộ hóa biến
dạng VAHN, gây nứt.
Ngoài ra, độ cứng vững của liên kết cũng có tác dụng làm giảm cơ tính
VAHN. Để khắc phục hiện tượng này, có thể sử dụng những biện pháp như:
Tôi đồng nhất hóa tổ chức austenite ở 1050÷1100oC (khử ứng suất dư, khử
biến cứng, tạo tính đồng nhất cho liên kết hàn).
Kết hợp với ủ ổn định hóa ở 750÷800oC.
Hiện tượng phá hủy liên kết hàn do ăn mòn tinh giới.
Ứng dụng lớn nhất của thép austenite thuộc hệ Cr-Ni là sử dụng làm thép chống
ăn mòn. Nếu khi hàn sử dụng chế độ nhiệt không thích hợp thì khi vận hành,
thép chống ăn mòn có thể bị ăn mòn tinh giới trong điều kiện tiếp xúc với môi
chất ăn mòn.
Có 3 dạng ăn mòn tinh giới chủ yếu là: ăn mòn tại VAHN, ăn mòn tại KLMH
và ăn mòn mũi dao.
(tham khảo hình 4-21 trang 189).
Có thể tham khảo các biện pháp dưới đây để khắc phục hiện tượng ăn mòn tinh
giới liên kết hàn.
Page 26
o Giảm hàm lượng cacbon xuống dưới giới hạn hòa tan trong austenite
(0,02÷0,03%).
o Hợp kim hóa austenite bằng các nguyên tố tạo cacbit mạnh (Ti, Nb, Ta,
V).
o Tôi đồng nhất hóa austenite từ 1050÷1100oC.
o Tiến hành ủ ổn định hóa austenite sau khi hàn theo chế độ 850÷900oC/
2÷3h.
o Bảo đảm tổ chức hai pha austenite + ferit thông qua hợp kim hóa mối hàn
thêm bằng các nguyên tố Cr, Si, Mo, Al v.v.
Hiện tượng phá hủy liên kết hàn thép không gỉ austenite do ăn mòn dưới ứng
suất.
Hiện tượng ăn mòn dưới ứng suất là tác động đồng thời của môi trường 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 dưới ứng suất là mức ứng suất gia tăng trong liên kết, chất ăn mòn có hàm
lượng cao, nhiệt độ và thời gian tác động tăng.
Phá hủy do ăn mòn dưới ứng suất là dạng phá hủy giòn ( giữa các tinh thể hoặc
xuyên tinh thể, nhưng ít gây hậu quả nghiêm trọng như phá hủy giòn thông
thường. Nó có thể tác động trong vòng vài giờ, gây nên rò rỉ hóa chất.Về vị trí,
nó có thể xuất hiện tại KLCB, tại KLMH và tại VAHN thép cacbon có hàm
lượng cao. Môi trường dễ xuất hiện nhất của dạng phá hủy này là dung dịch
nước của clorit ở nhiệt độ cao hơn 70oC. Tổ chức kim loại hai pha austenite +
ferit có khả năng chống ăn mòn, loại này tốt hơn tổ chức một pha austenite.
Các biện pháp chống ăn mòn dưới ứng suất bao gồm: khống chế môi trường ăn
mòn, dùng vật liệu có khả năng chống ăn mòn tốt hơn và nhiệt luyện giảm ứng
suất dư.
Câu 30: Trình bày vật liệu hàn và kĩ thuật hàn thép không gỉ austenite bằng phương
pháp hàn hồ quang tay và trong môi trường khí bảo vệ?
a) Hàn hồ quang tay.
Với cùng một mác que hàn, cùng một KLCB nhưng khi thay đổi loại liên kết và tư thế
hàn, có thể dẫn đến thay đổi chiều sâu chảy và thành phần KLMH.Que hàn thép
không gỉ austenite cần chọn từ nhóm que hàn có vỏ bọc bazơ và đòi hỏi phải sấy que
hàn trước khi hàn.Khi hàn cần sử dụng năng lượng đường nhỏ, hàn không dao động
ngang, chiều dài hồ quang ngắn, với dong một chiều cực nghịch.
(tham khảo bảng 4-9 và 4-10 trang 193).
Page 27
b) Hàn trong môi trường khí bảo vệ.
Để hàn thép không gỉ austenite, khí bảo vệ thương là khí trơ, khí hoạt tính, hỗn
hợp khí hoạt tính với khí trơ hoặc hỗn hợp khí trơ với khí trơ. So với các quá
trình hàn vừa nêu, hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ có ưu điểm là có
thể dùng cho các dải rộng chiều dày, từ vài phần trục milimet đến vài trục
milimet. Khí trơ không những có tác dụng ổn định hồ quang tốt mà còn hạn chế
mức độ õi hóa các nguyên tố hợp kim khi hàn.
Quá trình hàn bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ hoặc
hỗn hợp khí trơ thích hợp nhất cho hàn các vật liệu có chiều dày tới 7mm. Với
các kết cấu tấm mỏng tới 1,5mm, quá trình hàn này có ưu thế hơn mọi quá trình
hàn hồ quang khác mà chúng ta đã đề cập tới.
Đối với hàn ống, quá trình này đặc biệt có hiệu quả với lớp chân mối hàn do
chất lượng cao của đường hàn. Dòng hàn thường sử dụng là dòng một chiều cực
thuận, trừ trường hợp thép chứa một lượng nhất định nhôm.
Khi hàn, có thể sử dụng chế độ dòng hàn thông thường lẫn chế độ dòng hàn
xung. Dòng hàn ở chế độ xung cho phép giảm chiều rộng VAHN, mức độ biến
dạng và cho phép tạo dáng mối hàn tốt cho các kết cấu tấm mỏng. Do đặc trưng
kết tinh, hàn bằng chế độ xung cũng cho phép giảm tính định tính định hướng
kết tinh của tổ chức KLMH, dẫn đến giảm khả năng hình thành nứt nóng.
Để tăng cường chất lượng tạo dáng đường hàn lót đáy, cần sử dụng khí bảo vệ
từ phía sau mối hàn và trong trường hợp thành ống có chiều dày lớn, kết hợp sử
dụng các vòng lót đáy nóng chảy, (hình 4-24 trang 199)
Quá trình hàn điện cực nóng chảy có thể tiến hành trong môi trường khí hoạt
tính, khi trơ hoặc hỗn hợp khí. Khả năng của quá trình này là:
o Cho phép thay đổi đặc trưng luyện kim (thông qua thay đổi thành phần
khí). Argon cho hồ quang dịch chuyển dạng giọt hoặc dạng tia. Dịch
chuyển dạng tia đặc trưng bởi hồ quang có tính ổn định cao, không có
bắn tóe. Hỗn hợp argon với 3÷5%O2 cho phép giảm giá trị dòng tới hạn,
giảm rỗ khí do hydro gây ra. Hỗn hợp argon với 15÷20% CO2 cho phép
tiết kiệm argon, nhưng lượng nguyên tố hợp kim bị oxi hóa tăng.
o Với hàn trong môi trường CO2, kim loại mối hàn có thể chứa thêm
0,02÷0,04%C nếu KLCB là thép chứa ít hơn 0,1%C (với mục đích giảm
khả năng chống ăn mòn tinh giới). Trong trường hợp này, dây hàn phải
chứa đủ lượng nguyên tố khử oxi và các nguyên tố tạo cacbit như Al, Ti.\
o Cho phép hàn nhiều tư thế khác nhau.
Page 28
Câu 31: Nêu tóm tắt thành phần và tính chất thép không gỉ Duplex?
a) Thành phần hóa học.
Định nghĩa thép không gỉ Duplex: là loại hợp kim thuộc hệ Fe-Ni-Cr, bao gồm hai
pha là ferit và austenite, với 50% austenit phân bố đều bên trong pha nền ferit.
Bảng các thành phần hóa học tiêu biểu của thép Duplex
Tiêu chuẩn EN
Cr Ni Mo N PREN
1.4462 22 5 3 0,17 35 1.4363 23 4 0 0,1 25 PREN là chỉ số đương lượng chống ăn mòn điểm. (Pitting Resistance Equivalent Number)= (%Cr)+(3,3x%Mo)+(16x%N).
Crom và Molybden là hai nguyên tố ổn định hóa ferit.Niken và nitơ là hai nguyên tố
ổn định hóa austenite. Hàm lượng crom, molybden và nitơ ảnh hưởng đến khả năng
chống ăn mòn của thép.
b) Tính chất của thép không gỉ Duplex.
Có khả năng chống ăn mòn cao và cơ tính tốt, xuất phát từ thành phần hóa học và
tổ chức tế vi cân đối (“duplex”) của chúng, với tỉ lệ thể tích ferit và austenite như
nhau.
Về mặt thành phần hóa học, hàm lượng cao của các nguyên tố Cr và Mo có khả
năng chống ăn mòn tinh thể (Cr) và chống ăn mòn điểm (Mo), Việc bổ sung thêm
nitơ có thể tăng biến cứng cấu trúc thông qua cơ chế dung dịch rắn xen kẽ, làm
tăng giới hạn chảy và độ bền kéo nhưng không làm giảm độ dai của thép.
Về tổ chức tế vi, cấu trúc hai pha đảm bảo khả năng chống ăn mòn điểm và ăn mòn
dưới ứng suất tốt hơn so với thép không hỉ austenite thông dụng.
Note: so với nhóm không gỉ thuộc nhóm ferit, thép không gỉ duplex có độ dai lớn hơn
và tính hàn tốt hơn. Chúng cũng có độ bền lớn hơn và khả năng chống ăn mòn tốt hơn.
Chúng thường được sử dụng trong chế tạo bể chứa hóa chất trên tàu hàng.
Câu 32: Nêu tính hàn của thép không gỉ Duplex? (trang 207)
Trong vùng biên nóng chảy, tỉ lệ giữa hai pha ferit và austenite thay đổi đáng kể so
với tỉ lệ ban đầu của chúng trong kim loại cơ bản và có thể làm giảm độ dai của
chúng trong vùng ảnh hưởng nhiệt so với kim loại cơ bản.
Page 29
Một trong những quan tâm chính khi hàn thép không gỉ duplex là khả năng chống
ăn mòn có thể bị suy giamrkhi không giữ được tỉ lệ pha cân đối cần thiết giữa ferit
và austenit, và cả khả năng giòn mối hàn nếu hình thành các pha kết tủa có hại.
(hình 4-26 trang 208). Nếu khi hàn không đảm bảo khống chế tỉ lệ pha ferit trong
KLMH và KLCB trong khoảng 25-50% (số FN=30-70%) thì sẽ đảm bảo kết hợp
tốt độ bền, độ dai va đập và khả năng chống ăn mòn của liên kết hàn.
Vì vậy, việc duy trì được thành phần hóa học và tính chất của thép như ở trạng thái
trước khi hàn, sự cân đối tỉ lệ giữa hai pha trong KLMH và trong VAHN là những
yếu tố then chốt đóng vai trò quyết định chất lượng liên kết hàn. (tham khảo hình
4-27).
Tỉ lệ ferit chấp nhận cho KLMH nằm trong khoảng 22-70%. Nói chung, tỉ lệ ferit
là do thành phần hóa học và tốc độ nguội của mối hàn quyết định. Khi hàn lượng
các nguyên tố ổn định hóa austenite như niken và nitơ lớn, tỉ lệ ferit trong KLMH
sẽ cao, không phụ thuộc quá trình nguội. Tuy nhiên, tỉ lệ ferit cao quá sẽ dẫn đến
giảm khả năng chống mòn dưới ứng suất và tính dẻo của KLMH. Do đó, các kĩ
thuật khống chế tỉ lệ ferit có tầm quan trọng đặc biệt.
Câu 33: Nêu tóm tắt thành phần và tính chất của thép không gỉ biến cứng kết tủa?
(trang 217)
a)
Về mặt thành phần hóa học, thép không gỉ biến cứng kết tủa có chứa các
nguyên tố như Cu, Nb, Ti, Al. Đây là những nguyên tố tham gia hòa tan vào
dung dịch rắn trong quá trình ủ hòa tan hoặc cân bằng austenit. Trong các pha
hóa già sau đó, chúng tạo ra các pha phân tán siêu tế vi, làm chop ha kim loại
nền trở nên cứng hơn và bền hơn.
Theo cấu trúc kim loại xuất hiện sau khi chúng được làm nguội từ nhiệt độ ủ
hòa tan hoặc nhiệt độ austenite hóa, có 3 loại thép không gỉ biến cứng kết tủa là
thép mactenzit, thép nửa austenite và thép austenite. (tham khảo bảng 4-21 và
4-22 trang 218).
b)
Thép không gỉ biến cứng kết tủa là nhóm thép không gỉ quan trọng có độ bền
cao, khả năng chống ăn mòn, chống oxy hóa tốt và dễ gia công trong chế tạo.
Thép loại này được bền hóa theo cơ chế hình thành mactenzit, bền hóa hoặc kết
hợp cả hai.
Thép ko gỉ biến cứng kết tủa được sử dụng khi cần độ bền cao (862÷2068 MPa
tùy theo trạng thái nhiệt luyện), có độ dai phá hủy tốt, khả năng chống ăn mòn
Page 30
cao (tương đương thép AISI 302 và 304) và khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ
trung bình. Thép không gỉ biến cứng kết tủa thuộc loại thép độ bền cao, dễ gia
công. Chúng thường được gia công ở trạng thái độ bền rất thấp, rồi sau đó mới
bền hóa biến cứng kết tủa tại 480÷620oC. Biến cứng kết tủa (biến cứng hóa già)
là phương pháp tăng độ cứng và độ bền của kim loại và thông thường bao gồm
3 giai đoạn: hòa tan dung dịch rắn, tôi (làm nguội nhanh) và hóa già (nung lại
có kiểm soát).
Câu 34: Trình bày tóm tắt công nghệ hàn thép không gỉ biến cứng kết tủa mactenzit?
(trang 219)
Thép không gỉ biến cứng kết tủa thuộc nhóm cấu trúc mactenzit có khả năng chống
ăn mòn cao hơn thép không gỉ mactenzit thông thường. Chúng có từ tính ở cả trạng
thái hòa tan trong dung dịch rắn lẫn trạng thái biến cứng kết tủa. Khi hàn không
cần nung nóng sơ bộ hoặc bổ sung sau khi hàn.
Thép không gỉ biến cứng kết tủa thuộc nhóm cấu trúc mactenzit có tính hàn tốt. Do
hàm lượng cacbon thấp, chúng không bị nứt nguội khi hàn. Cũng không có vấn đề
nứt nóng liên quan đến các loại thép không gỉ khác có chứa đồng. Tuy nhiên,
chúng có thể bị nứt nóng do cacbon nếu được hàn với thép cacbon hoặc thép hợp
kim thấp. Thép loại này ở dạng tấm mỏng thường được hàn ở trạng thái sau khi ủ.
Sau khi hàn, phải ủ hòa tan và hóa già nhân tạo mới có thể đạt được độ bền và khả
năng chống ăn mòn tối đa. Để ngăn hình thành nứt và độ cứng quá mức, nói chung
không phải nung nóng sơ bộ khi hàn thép loại này. Tuy nhiên trước khi hàn, các
liên kết có chiều dày lớn và độ cứng vững cao thường được hóa già quá mức nhằm
đạt được độ dai cao. Cũng cần tránh tạo ra ứng suất dư và các vết cắt nhọn trên kết
cấu, mặc dù độ dai của thép là lớn.
Câu 35: Nêu tóm tắt thành phần và tính chất thép mactenzit hóa già? (trang 221)
Thành phần hóa học và cơ tính thép maraging: bảng 4-23 trang 221.
Note: thép có hàm lượng 18%Ni là loại phổ biến nhất vì có thể nhiệt luyện đơn
giản hơn các loại khác để đạt tới cơ tính tối ưu. Các nguyên tố C, Mn, Si được coi
là không có lợi và giữ ở hàm lượng thấp.
Thép 18% Ni phổ biến nhất có kí hiệu ASTM A538 gồm 3 cấp Gr. A, B, C (còn
được gọi là thép 18Ni(200), 18Ni(250), 18Ni(350). Thành phần hóa học của chúng
được giới thiệu trong bảng 4-23.
Độ bền khác nhau của thép đạt được thông qua hàm lượng Co, Mo, Ti. Quy trình
nhiệt luyện thép được thể hiện trên hình 4-31. (trang 222).
Page 31
Thép được nung nóng tới 816oC, để hòa tan các nguyên tố biến cứng như Ti và Al,
sau đó được làm nguội trong không khí. Tại nhiệt độ Ms (vào khoảng 200oC với
thép A538 Gr.B, và 160oC với A538 Gr.C), austenite bắt đầu chuyển biến thành
mactenzit hoàn tất ở khoảng 93oC. Sự chuyển biến pha này xảy ra trong một dải
rộng tốc độ nguội. Sau đó thép chứa hoàn toàn mactenzit được hóa già khoảng 1
giờ tại nhiệt độ khoảng 482oC, để tạo ra các hạt phân tán mịn bên trong pha nền
kim loại. Thực ra đây là quá trình biến cứng phân tán chứ không phải quá trình hóa
già. Khi tăng thời gian của gian đoạn này, độ cứng cũng tăng. Molybden có vai trò
tham gia trực tiếp vào các hạt phân tán, làm biến cứng pha nền bằng cơ chế phân
tán. Coban không tham gia trực tiếp vào quá trình biến cứng, nhưng có tác dụng
đẩy nhanh quá trình này. Một điểm đặc biệt là trong quá trình nung, chuyển biến
pha từ α sang γ xảy ra trong một dải nhiệt độ hẹp vào khoảng 650-680oC, nhưng
chuyển biến pha theo chiều ngược lại từ γ sang α lại xảy ra ở dải nhiệt độ rất thấp
(khoảng 260-300oC). Điều này cho phép sự hóa già mactenzit tại 485oC kéo dài
trong vài giờ mà không có chuyến biến pha sang austenite.
Câu 36: Trình bày tính hàn và công nghệ hàn thép mactenzit hóa già? (trang 223)
Vùng ảnh hưởng nhiệt của liên kết hàn thép maraging chia làm 3 vùng rõ rệt (tham
khảo trang 223).
Khi hàn thép maraging, hầu như không xảy ra hiện tượng nứt nguội do hydro, chủ
yếu vì hàm lượng cacbon trong mactenzit tại vùng ảnh hưởng nhiệt rất thấp, làm
cho mactenzit tương đối mềm ở trạng thái sau khi hàn. Tuy nhiên, có thể xảy ra nứt
nóng vì hàm lượng mangan thấp làm cho thép đặc biệt nhạy cảm với hiện tượng
giòn do lưu huỳnh. Ngoài ra sunphit titan cũng là nguyên nhân nứt nóng. Hàm
lượng titan càng cao thì khả năng nứt nóng càng tăng. Để tránh nứt nóng và suy
giảm cơ tính, thép maraging cần được hàn không nung nóng sơ bộ và nhiệt độ giữa
các đường hàn không nên vượt quá 120OC.
Thép maraging thường được hàn bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường
khí trơ vì quá trình hàn này cho phép dễ khống chế năng lượng đường ở mức thấp
và bảo vệ tốt kim loại nóng chảy khỏi tác động oxy hóa.
Note: tham khảo bảng 4-24 trang 224 để biết thêm về thành phần hóa học của dây
hàn để hàn thép maraging 18 Ni.
Câu 37: Trình bày tính hàn và công nghệ hàn thép austenite mangan?
a) Tính hàn của thép austenite mangan.
Page 32
Tính dẻo của thép austenite mangan tăng theo nhiệt độ cho đến nhiệt độ chuyển
biến pha của austenite. Trong khoảng nhiệt độ 815-870 oC (thậm chí tới nhiệt
độ nóng chảy của kim loại cơ bản) có thể xảy ra nứt nóng. Do đó khi hàn cần có
các biện pháp hạn chế nứt nóng.
Khi hàn, việc nung nóng nhiều lần có thể làm cho kim loại tiết ra pha cacbit và
làm chuyển biến một phần pha austenite. Điều này làm giảm đáng kể tính dẻo
của thép. Vì vậy, thép austenite mangan cần được hàn với mức năng lượng
đường tối thiểu. Quá trình hàn chủ yếu là hàn hồ quang, dùng cho cả hàn nối
lẫn hàn đắp.
b) Công nghệ hàn thép austenite mangan.
Khi hàn thép austenite mangan không nên nung nóng sơ bộ kim loại cơ bản. Để
tránh VAHN bị nung nóng quá mức dẫn đến bị giòn, nhiệt độ giữa các đường
hàn không được vượt quá 315oC (nhiệt độ bề mặt kim loại cơ bản không vượt
50oC ở vị trí cách đường hàn 150mm). Năng lượng đường cần chọn tối thiểu
nhưng vẫn đảm bảo hàn ngấu ở mức cần thiết. Khi hàn bằng que hàn (dòng một
chiều cực nghịch), kĩ thuật hàn cần đảm bảo hồ quang ngắn và không dao động
ngang que hàn. Để hạn chế tích lũy nhiệt trong vật hàn, có thể hàn gián đoạn.
Các đường hàn cần được rèn bằng búa khi đang nóng đỏ nhằm giảm ứng suất
hàn. Các mối hàn nhiều lượt cần được ưu tiên sử dụng vì các lượt hàn sau có tác
dụng ram mactenzit xuất hiện trong các lượt hàn trước đó.
Tham khảo các loại que hàn để hàn thép austenite mangan ở trang 225.
Câu 38: Nêu tính hàn của gang?
Gang là một trong những vật liệu khó hàn nhất vì những lí do sau đây:
Khả năng biến dạng dẻo thấp
Trong trường biểu đồ thử kéo của gang, không có vùng biến dạng rõ rệt. Ứng suất
tăng nếu tải trọng tăng và khi ứng suất kéo đạt tới giới hạn bền, gang sẽ nứt.
Những giá trị ứng suất như vậy hoàn toàn có thể xảy ra trong quá trình hàn gang do
sự nung nóng và làm nguội không đều của vật hàn. Các vết nứt có thể xuất hiện cả
trong mối hàn lẫn trong KLCB.
Xu hướng hình thành các tổ chức tôi cứng và giòn khi hàn.
Khi hàn gang, do tốc độ nguội lớn, tại VAHN xuất hiện các tổ chức tôi như
mactenzit, bainit.Độ cứng có thể lên đến 800HB và khó có thể gia công cơ sau khi
hàn. Mactenzit còn nguy hiểm ở chỗ, tổ chức kim loại này thường xuất hiện kèm
theo ứng suất dư, thường là nguyên nhân dẫn đến nứt ở VAHN.
Page 33
Sự xuất hiện gang trắng tại VAHN.
(tham khảo biểu đồ trang 231)
Khó hàn gang ở tư thế khác hàn sấp.
Khác với thép khi kết tinh, gang có một khoảng chuyển tiếp không đáng kể, khiến
nó chuyển hầu như trực tiếp từ trạng thái lỏng sang trạng thái đặc. Cùng với tính
chảy loãng cao, điều này cản trở hàn gang ở các tư thế hàn sấp.
Xu hướng rỗ mối hàn.
Nếu kim loại mối hàn là gang, có thể xảy ra rỗ mối hàn do nhiệt độ nóng chảy thấp
của gang (1142oC ở 4,3%C, gang thông dụng trong CN thường nóng chảy ở 1200-
1250oC) và sự chuyển đột ngột từ trạng thái lỏng sang đặc kết tinh, các loại khí CO
và CO2 được hình thành trong môi trường oxi hóa khi hàn không kịp thoát ra khỏi
vũng hàn.
Tính đa dạng của các sản phẩm gang: công nghệ hàn gang phải được đa dạng hóa
theo từng trường hợp.
Câu 39: Trình bày công nghệ hàn gang nguội? (trang 236)
Hàn nguội đòi hỏi sử dụng công suất tối thiểu của nguồn nhiệt hàn để hạn chế đến
mức tối thiểu sự hình thành các tổ chức tôi và tổ chức biến trắng tại VAHN. Khi
hàn thường không sử dụng nung nóng sơ bộ, kết hợp với việc khống chế nhiệt độ
vật hàn trong quá trình hàn (thực hiện đường hàn dài khoảng 2-3 cm, sau đó để cho
nguội xuống dưới 50oC rồi mới làm tiếp). Trình tự hàn theo chiều dài mối hàn
thường áp dụng là hàn bước ngược (hàn phân đoạn nghịch), hàn đối xứng và hàn
gián đoạn.
Một số loại que hàn phổ biến cho hàn gang nguội. (tham khảo trang 236)
Que hàn có lõi Ni
Que hàn có lõi là hợp kim Ni-Fe
Que hàn có lõi là hợp kim Ni-Cu.
Câu 40: Nêu đặc điểm và tính hàn của đồng và hợp kim đồng? (trang 255)
a) Đặc điểm.
Đồng có độ bền hóa học cao trong một số môi trường ăn mòn, giữ được cơ tính
ở nhiệt độ thấp, có tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt.
Đồng thau (hợp kim Cu-Zn với tối đa 42%Zn, hoặc có thêm một lượng nhất
định các nguyên tố khác như Al, Fe, Ni, Si) có khả năng chống ăn mòn tốt, có
độ bền cao hơn đồng nguyên chất. Khi hàm lượng kẽm vượt quá 20%, đồng
Page 34
thau dễ bị nứt và bị phá hủy do hiện tượng ăn mòn dưới ứng suất khi bị nung
cục bộ. Đồng thau dùng như vật liệu kết cấu.
Đồng thanh là hợp kim đồng với các nguyên tố hợp kim chính không phải là
kẽm (các hợp kim Cu-Sn, Cu-Al, Cu-Pb,Cu-Si…) có khả năng chống ăn mòn
cao, ổn định trong môi trường hơi nước, nước biển…Đồng thanh cũng được sử
dụng như vật liệu kết cấu và trong các thiết bị dưới dạng đường ống.
Hợp kim Cu-Ni có thể chứa tới 30%Ni và được sử dụng như vật liệu kết cấu
dưới dạng các bể chứa và đường ống làm việc trong các môi trường hóa chất ăn
mòn.
b) Tính hàn.
Do kim loại cơ bản có tính dẫn nhiệt cao, việc nung nóng cục bộ bị hạn chế, đòi
hỏi sử dụng nguồn nhiệt hàn có công suất lớn, có mức độ tập trung cao, hoặc sử
dụng nguồn nhiệt hàn xung có công suất hạn chế. Đồng có xu hướng tăng kích
thước hạt ở nhiệt độ cao. Do đó khi hàn nhiều lớp, nên thực hiện rèn mỗi lớp
sau khi hàn trong khoảng nhiệt độ 550-800oC để làm mịn hạt.
Đồng dễ bị oxi hóa ở nhiệt độ cao, dẫn đến hiện tượng lẫn xỉ (oxit đồng có
nhiệt độ nóng chảy cao hơn đồng) khi hàn.
Một số tạp chất có trong đồng và hợp kim đồng có thể kết hợp với oxi để tạo
thành các cùng tinh có nhiệt độ nóng chảy thấp.
Khi hàn đồng thau, kẽm dễ bị bay hơi do nhiệt độ bay hơi thấp hơn nhiệt độ
nóng chảy của đồng. Điều này gây ra hiện tượng rỗ mối hàn. Có thể khắc phục
hiện tượng này bằng cách nung nóng sơ bộ đến 200-300oC và tăng tốc độ hàn
để giảm thể tích kim loại nóng chảy.
Hệ số dãn nở nhiệt cao của đồng có thể gây nên ứng suất và biến dạng cao khi
hàn. Sự kết hợp ứng suất cao với cơ tính thấp tại khoảng nhiệt độ 400-600oC có
thể gây nên nứt khi hàn. Để giảm biến dạng, cần hàn trong điều kiện gá kẹp, sử
dụng hàn đính. Khi chiều dày liên kết lớn, có thể tăng giá trị khe đáy.Trong
trạng thái lỏng, đồng hòa tan một lượng lớn hidro. Do tính dẫn nhiệt tốt của
đồng, quá trình kết tinh vũng hàn thường xảy ra với tốc độ lớn, có thể làm cho
hidro không kịp thoát ra khỏi vũng hàn, dễ dẫn đến rỗ khí và nứt tế vi. Hiện
tượng này có thể xảy ra trong KLMH lẫn VAHN.
Độ chảy loãng của đồng và đặc biệt đồng thau rất cao, do đó khó hàn ở các tư
thế khác hàn sấp.
Câu 41: Nêu đặc điểm và tính hàn của Ni và hợp kim Ni? (trang 264).
a) Đặc điểm
Page 35
Niken có tính chất đặc biệt như tính bền nhiệt, khả năng chống ăn mòn cao, điện
trở cao. Niken kĩ thuật có hàm lượng tạp chất tối đa 2,4% (độ bền 294-755 MPa;
độ dãn dài tương đối 2-50% tùy theo trạng thái nhiệt và biến dạng).
Các hợp kim niken bao gồm chủ yếu hợp kim dưới dạng dung dịch rắn và hợp kim
biến cứng kết tủa, bảng 7-4 trang 264.
b) Tính hàn.
Xu hướng rỗ khí khi hàn.
Khi hàn Ni có thể xảy ra rỗ khí do độ hòa tan của oxi, nitơ và hidro bị giảm
mạnh tại nhiệt độ chuyển tiếp từ trạng thái lỏng sang trạng thái đặc (nhiệt độ
nóng chảy). Các chất khí đó có thể phản ứng với Ni để tạo thành các chất không
hòa tan trong KLMH. Ngoài ra trong vũng hàn, nitơ kết hợp với một phần Ni để
tạo thành Ni3N không ổn định, một phần tạo thành pha khí gây rỗ. Vì vậy phải
biết bảo vệ tốt vùng hàn khỏi tác động của không khí bên ngoài.Kĩ thuật hàn ở
đây đòi hỏi sử dụng hồ quang ngắn nhằm giảm mạnh tác dụng của không khí.
Xu hướng nứt nóng.
Kim loại mối hàn có xu hướng nứt nóng do hình thành cùng tinh có nhiệt độ
nóng chảy thấp dọc tinh giới các hạt thô. Vì vậy cần hạn chế lượng tạp chất có
hại trong KLCB và kim loại phụ.
Để tránh hiện tượng tăng kích thước hạt khi hàn, năng lượng đường phải có giá
trị nhỏ và đồng thời sử dụng các chất biến tính làm mịn hạt kim loại (Ti, Al,
Mo). Khi hàn nhiều lớp, cần để các lớp trước nguội hẳn rồi mới hàn các lớp tiếp
theo.
Tính chảy loãng của KLMH.
Vũng hàn có chiều sâu ngấu cao, góc rãnh hàn nhỏ, vì thế cần tăng góc rãnh
hàn.
Nứt do hóa già biến dạng.
Thường xảy ra ở một số hợp kim Ni, khi nhiệt luyện sau khi hàn có thể làm nứt
VAHN. Hầu hết hợp kim Ni loại biến cứng kết tủa đều dễ bị nứt nóng do hóa
già biến dạng sau khi hàn.
Câu 42: Nêu đặc điểm và tính hàn của nhôm và hợp kim nhôm?
a) Đặc điểm.
Nhôm nhẹ, chống ăn mòn trong các môi trường như không khí, nước, dầu và
nhiều hóa chất…
KLR của nhôm nhỏ, tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. Nhôm có độ bền không cao
nhưng có tính dẻo tuyệt vời, đặc biệt là ở nhiệt độ dưới 0oC. Có thể tăng độ bền
Page 36
của nhôm thông qua hợp kim hóa, biến dạng ở trạng thái nguội, nhiệt
luyện…Nhôm có khả năng chống ăn mòn cao do có lớp oxit nhôm bền vững
trên bề mặt.
Hợp kim nhôm không thể nhiệt luyện được chứa các nguyên tố hợp kim như Si,
Mn, Mg. Các nguyên tố này làm tăng độ bền thông qua sự hình thành các dung
dich đặc hoặc các pha phân tán.
Hợp kim nhôm có thể nhiệt luyện được có chứa các nguyên tố hợp kim Cu, Mg,
Zn và Si dưới dạng đơn hoặc dưới dạng kết hợp. Trong trạng thái ủ, độ bền của
chúng phụ thuộc vào thành phần hóa học tương tự như với các HK không thể
nhiệt luyện được.
Mọi loại hợp kim nhôm loại biến dạng không hóa già đều được sử dụng ở trạng
thái ủ, vì vậy chu trình nhiệt hàn không làm giảm độ bền VAHN.
b) Tính hàn của nhôm và hợp kim nhôm.
Khi hàn, dễ xuất hiện oxit Al2O3. Do đó có thể xảy ra các hiện tượng như nứt
cạnh mối hàn khó nóng chảy, lẫn xỉ trong khi hàn. Vì vậy trước khi hàn phải
khử oxit nhôm bằng các biện pháp cơ học hoặc hóa học.
Tại nhiệt độ cao, do độ bền của Al giảm nhanh, tấm nhôm đang hàn có thể bị
sụt. Độ chảy loãng cao làm nhôm dễ chảy ra khỏi chân mối hàn. Nhôm không
đổi màu khi hàn, do đó khó có thể khống chế kích thước vũng hàn.
Hệ số dãn nở nhiệt cao, modun đàn hồi thấp, nhôm dễ bị biến dạng khi hàn.
Phải làm sạch mép hàn, dây hàn, không chỉ vì cần khử oxit nhôm, mà dầu mỡ
cũng còn là nguyên nhân gây rỗ khí. Rỗ chủ yếu tại KLMH, đường chảy. Nung
nóng sơ bộ và nung đồng thời sẽ làm giảm rỗ. Cần khử các chất chứa hidro trên
bề mặt vật hàn.
Nhôm dẫn nhiệt tốt, phải dùng nguồn nhiệt có công suất cao hoặc nguồn nhiệt
xung khi hàn.
KLMH dễ nứt do cấu trúc hạt hình cột thô và cùng tinh có nhiệt độ nóng chảy
thấp ở tinh giới, cũng như do co ngót khi kết tinh.
Khi hàn nhôm và HK nhôm, cần tránh nung nóng sơ bộ nếu có thể được, vì nó
làm tăng chiểu rộng VAHN và giảm cơ tính liên kết hàn.
Câu 43. Nêu đặc điểm phân loại và tính hàn của titan và hợp kim titan. (trang 296)
a) Đặc điểm và phân loại.
Titan giữ được độ bền cao đến 450-500oC và có KLR nhỏ hơn thép, khả năng
chống ăn mòn tốt trong nhiều môi trường ăn mòn.
Page 37
Việc hợp kim hóa riêng rẽ hoặc kết hợp làm giảm đáng kể độ bền và tính dẻo
của titan. Các nguyên tố HK trong HK titan là Al(3-6%), Mn(<2%), V(3,5-
4,5%), Cr(<2,5%), Sn(2-3%).
Ti tan có chuyển biến pha tại 885oC. Dưới nhiệt độ này là α-Ti có cấu tạo mạng
tinh thể lục giác xếp chặt và trên nhiệt độ này là β-Ti có cấu tạo mạng tinh thể
lập phương thể tâm. Các nguyên tố Al, Sn, N, O làm tăng nhiệt độ chuyển biến
pha, mở rộng vùng α-Ti. Các nguyên tố như Mo, V, Mn, Cr giữ cho titan có cấu
trúc mạng tinh thể β ở cả nhiệt độ thường.
Phân loại:
Titan kĩ thuật, có cơ tính tối thiểu và chứa một lượng khống chế các nguyên
tố tạp chất như oxi, cacbon và sắt. Titan kĩ thuật có khả năng chống ăn mòn
tốt, dễ hàn. Khi hàn cần sử dụng vật liệu chứa ít Fe.
α và giả α (hợp kim giả α là hợp kim α+β, nhưng các nguyên tố ổn định hóa
pha β chỉ tới mức độ giới hạn hòa tan của chúng trong pha α, còn được gọi là
HK thấp α+β).
β và α+β. Các Hk có cấu trúc β ổn định cũng có độ ổn định nhiệt, độ bền và
tính dẻo cao, tính hàn tốt. Các Hk hai pha, trong đó pha β tồn tại ở nhiệt độ
cao là các HK không bền hóa ở nhiệt độ cao. Các HK hai pha, trong đó pha
β có thể tồn tại được ở nhiệt độ thấp (khi làm nguội) là các HK có thể bền
hóa thông qua nhiệt luyện nhưng lại có tính hàn kém.
Hợp kim cao β chứa nhiều chất ổn định hóa pha β. Hầu hết có thể hàn được
ở trạng thái ủ hoặc trạng thái nhiệt luyện. Liên kết sau khi hàn có tính dẻo tốt
nhưng độ bền tương đối thấp.
b) Tính hàn của Titan và hợp kim titan. (trang 296).
Các khó khăn chính liên quan đến tính hàn khi hàn titan và HK titan.
Hoạt tính cao của titan.
Titan dễ liên kết với các chất khí có trong không khí khi nó được nung và nóng
chảy. Từ nhiệt độ 350oC trở lên, titan hấp thu mạnh oxi và tạo thành cấu trúc mạng
xen kẽ có độ bền và độ cứng cao nhưng lại có tính dẻo thấp. Oxi có tác dụng ổn
định hóa pha α và liên kết với titan để tạo thành lớp oxit titan TiO2 bền vững trên
bề mặt KL.
Page 38
Từ nhiệt độ 550oC trở lên, nitơ bị hòa tan mạnh vào titan, liên kết hóa học với nó
và một phần tạo nên pha nitrit có mạng xen kẽ với tính dẻo thấp: Ti+0,5N2=TiN
hoặc 6Ti+N2=2Ti3N. Như vậy, dưới dạng nguyên tố xen kẽ và dưới dạng nitrit,
nitơ làm tăng độ cứng và giảm tính dẻo của Ti.
Hidro, thậm chí ở hàm lượng thấp cũng làm giảm cơ tính đáng kể của Ti.Hàm
lượng hidro tối đa chỉ được là 0,001% và phải có biện pháp khử hidro.
Tính nhạy cảm của titan với chu trình nhiệt hàn.
Khi nung và nguội, vùng pha β bị tăng kích thước hạt. Điều này liên quan đến
tính dẫn nhiệt thấp của titan. Khi nguội và hóa già, có thể hình thành các pha
giòn. Do đó, tính dẻo của kim loại bi giảm và hình thành sự không đồng nhất
tính chất của liên kết hàn. Có thể giải thích tính nhạy cảm của HK titan đối với
chu trình nhiệt hàn thông qua các giản đồ chuyển biến pha, tương tự như đối
với trường hợp hàn thép HK thấp, hình 9-1 trang 299.
Câu 44: Nêu đặc điểm hàn vật liệu khác chủng loại? (trang 309)
Mặc dù có những khó khăn nhất định khi hàn, các kết cấu hàn từ VLKL khác
nhau về chủng loại có ứng dụng ngày càng nhiều trong công nghiệp do những
ưu điểm về mặt kinh tế và kĩ thuật.
Xét về tính hàn, hầu hết kim loại khác chủng loại có sự khác biệt đáng kể về
nhiệt độ nóng chảy, KLR, lý tính, đặc biệt là hệ số dãn nở nhiệt. Chúng cũng
khác nhau về mặt cấu tạo mạng tinh thể và thông số mạng. (tham khảo bảng
10.1 trang 310).
Với những kim loại có hoạt tính mạnh như titan, niobi, tantan, molybden, do
mức độ hòa tan lẫn nhau của các KLCB không cao, khi hàn còn có thể hình
thành các hợp chất giữa các kim loại giòn và cứng. (tham khảo bảng 10-2 trang
311)
Để hàn thành công các kim loại khác chủng loại với nhau, cần thực hiện một số
biện pháp nhằm giảm xuống mức tối thiều thời gian các kim loại được hàn với
nhau ở trạng thái lỏng, từ đó giảm kích thước các lớp giòn từ các hợp chất giữa
các kim loại.
Các biện pháp tiếp theo bao gồm bảo vệ hữu hiệu kim loại khi hàn khỏi tác
động của không khí bên ngoài khi hàn, ngăn ngừa sự hình thành các pha giữa
các kim loại có đặc tính giòn nhờ sử dụng các lớp đệm trung gian có tính hàn
tốt đối với cả hai KLCB trong liên kết hàn và ngăn ngừa sự tăng kích thước của
Page 39
các pha giữa các kim loại có đặc tính giòn thông qua hợp kim hóa KLMH bằng
một số nguyên tố.
Quá trình hình thành liên kết hàn vững chắc có thể tóm tắt trong hai giai đoạn sau:
Giai đoạn chuẩn bị: các KLCB được đưa gần tới nhau đến khoảng cách đủ
hình thành liên kết giữa các nguyên tử, bằng các cơ chế: quá trình hình thành
liên kết giữa các nguyên tử, bằng các cơ chế : quá trình thấm ướt pha lỏng
vào bề mặt rắn của kim loại, cùng xảy ra biến dạng dẻo hai kim loại ở trạng
thái rắn và thông qua quá trình khuyeechs tán.
Giai đoạn kết thúc: hình thành liên kết vững chắc, trong đó các quá trình
lượng tử của tương tác giữa các điện tử đóng vai trò nhất định, dẫn tới sự
hình thành hoặc liên kết kim loại, hoặc liên kết hóa trị.
Trong nhiều trường hợp khi hàn, khó có thể tránh được sự xuất hiện các pha
giòn do diện tích các bề mặt tiếp xúc lớn và sự tiếp xúc không xảy ra cùng
một lúc trên toàn bộ bề mặt tiếp xúc. Để đảm bảo tạo liên kết đủ tin cậy trên
toàn bộ các bề mặt tiếp xúc, nhất là đối với các kết cấu lớn, đôi khi cần cố ý
tạo ra lớp các hợp chất giữa các kim loại mang tính đồng đều, nhưng có độ
bền không cao.
Để đảm bảo tạo liên kết nhanh và đồng đều của kim loại nóng chảy và kim
loại rắn được nung tới nhiệt độ hàn, điều quan trọng là độ sạch bề mặt của
kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao hơn trong hai kim loại cơ bản đó. Trong
trường hợp như vậy, việc tránh oxi hóa bề mặt có tác dụng giảm mức năng
lượng hoạt hóa, cải thiện tính thấm ướt và tạo độ ổn định cho tiếp xúc giữa
hai kim loại lỏng và rắn.
Khi hàn thép với nhôm, có thể sử dụng biện pháp công nghệ truyền thống là
sử dụng các lớp phủ kẽm dày 30-50 µm hoặc các lớp phủ bằng nhôm dày
0,1-0,2 µm hoặc các lớp phủ kết hợp đồng –kẽm, niken-kẽm.
Ngoài ra, còn có thể sử dụng biện pháp bảo vệ kim loại mối hàn bằng một số
nguyên tố nhằm giảm chiều dày lớp hợp chất giữa các kim loại.
Câu 45: Trình bày công nghệ hàn thép với nhôm?
Khó khăn chính khi nối nhôm và thép bằng nhiệt là phần kim loại cơ bản hòa tan
vào nhau rât thấp và sự hình thành các pha giòn giữa nhôm và sắt, làm giảm khả
năng chịu tải của kết cấu. Hơn nữa hệ số dãn nở nhiệt khác nhau của chúng cũng
tạo nên ứng suất dư đáng kể trong liên kết. Vấn đề nữa là nhiệt độ nóng chảy khác
nhau của hai KLCB này và nhiệt độ nóng chảy cao của lớp bề mặt oxit nhôm.
Page 40
Giải pháp hàn thường bao gồm việc giảm mức độ hòa tan giữa hai vật liệu hoặc sử
dụng kẽm làm lớp trung gian. Thành phần hóa học thích hợp của kim loại vật liệu
hàn cũng giúp giảm thiểu vấn đề độ hòa tan, ví dụ hợp kim Al-Si giảm khả năng
hình thành các pha giòn Al-Fe nhờ tạo nên các pha Al-Si-Fe.
Trường hợp tiêu biểu là hàn thép tấm mỏng tráng kẽm với nhôm, lớp phủ bằng
kẽm đóng vai trò vật liệu trung gian khi hàn.
o Hàn thép với nhôm bằng hồ quang: loại mối hàn là hàn nóng chảy với nhôm
nhưng là hàn vảy với thép. Các kĩ thuật hàn được sử dụng là hàn ở chế độ hồ
quang ngắn mạch hoặc hàn hồ quang có xung năng lượng thấp. Dây hàn thường
là dây hợp kim nhôm chứa silic, khí bảo vệ argon và không cần sử dụng thuốc
hàn như trong trường hợp hàn vảy thông thường. Tính chất của liên kết hàn tốt
khi chiều dày lớp các pha giòn chuyển tiếp nhỏ hơn 5µm. Khi thử độ bền kéo,
liên kết thường bị phá hủy ở VAHN tấm nhôm.
o Hàn vảy thép với nhôm dung tia lazer: Hàn vảy thép với nhôm dùng tia lazer
cũng sử dụng cùng các nguyên lí luyện kim và dùng nhiệt để khắc phục các vấn
đề liên quan đến việc nối nhôm với thép. Công nghệ có triển vọng nhất là sử
dụng lazer bán dẫn Nd:YAG để nung chảy tấm nhôm vài mm chồng lên tấm
thép tráng kẽm. Việc loại bỏ oxit thực hiện bằng thuốc hàn không có đặc tính ăn
mòn. Khi bị nung chảy, liên kết được tạo ra bằng cách hàn vảy thông qua kẽm.
Nhôm bị nung chảy đóng vai trò VLBS. Chiều dày cho phép của lớp hợp chất
trung gian giữa các kim loại Al-Fe tối đa là 5µm.
