Nghiên cứu đề xuất quy trình hàn và kỹ thuật hàn nối hai vật liệu c45 SKD61

Nghiên cứu đề xuất quy trình hàn và kỹ thuật hàn nối hai vật liệu c45 SKD61 Nghiên cứu đề xuất quy trình hàn và kỹ thuật hàn nối hai vật liệu c45 SKD61 Nghiên cứu đề xuất quy trình hàn và kỹ thuật hàn nối hai vật liệu c45 SKD61 Nghiên cứu đề xuất quy trình hàn và kỹ thuật hàn nối hai vật liệu c45 SKD61

MỤC LỤC Trang tựa TRANG QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LVTN i LÝ LỊCH KHOA HỌC ii LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM ƠN v TÓM TẮT vi ABSTRACT vii MỤC LỤC viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi DANH SÁCH CÁC HÌNH xii DANH SÁCH CÁC BẢNG xvii MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 2.1 Ý nghĩa khoa học .xvii 2.2 Ý nghĩa thực tiễn Mục tiêu nghiên cứu đề tài 3.1 Mục tiêu chung 3.2 Mục tiêu cụ thể Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu 4.2 Phạm vi nghiên cứu Kết cấu luận văn Chương TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU Giới thiệu vật liệu 1.1.1 Thép C45 1.1.2 Thép SKD61 Thực trạng hàn nối hai vật khác Việt Nam viii Các nghiên cứu nước 1.3.1 Nghiên cứu nước 1.3.2 Các kết nghiên cứu nước Nhận định định hướng nghiên cứu 10 1.4.1 Nhận định 10 1.4.2 Định hướng nghiên cứu 11 Chương NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 Nội dung nghiên cứu 12 Phương pháp nghiên cứu 12 2.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 12 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 12 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 Phương pháp hàn SMAW 17 3.1.1 Hồ quang hàn 17 3.1.2 Cường độ dòng điện hàn (I) 18 3.1.3 Tốc độ hàn (Vh) 19 3.1.4 Góc độ que hàn (φ) 20 3.1.5 Chiều dài hồ quang (le) 21 3.1.6 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình hàn (Th) 22 3.1.7 Hàn nối vật liệu 24 3.1.8 Hàn nối hai vật liệu khác 25 Khuyết tật hàn 27 3.2.1 Nứt (Weld Crack) 27 3.2.2 Rổ khí/ hốc khí (Cavities) 28 3.2.3 Ngậm xỉ (Solid inclusions) 30 3.2.4 Thiếu ngấu (Lack of fusion) 31 3.2.5 Lẹm chân chảy loang 31 3.2.6 Khuyết tật hình dáng liên kết hàn 32 Tính hàn thép 33 ix 3.3.1 Ảnh hưởng cacbon 33 3.3.2 Ảnh hưởng kết cấu bề dày mối ghép 34 Ảnh hưởng lượng hàn 35 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 38 Các thông số công nghệ hàn hàn ghép nối hai vật liệu thép S45C – thép SKD61 phương pháp hàn SMAW 38 4.1.1 Chi tiết hàn 38 4.1.2 Gia nhiệt thép S45C 40 4.1.3 Gia nhiệt thép SKD61 42 4.1.4 Vật liệu đắp 43 4.1.5 Thiết kế chi tiết hàn 43 Đề xuất quy trình hàn ghép nối hai vật liệu thép S45C – thép SKD61 44 4.2.1 Đề xuất quy trình hàn giáp mối 44 4.2.2 Đề xuất phương án hàn giáp mối tròn 54 Hàn thực nghiệm đánh giá chất lượng mối hàn thép S45C – thép SKD61 57 4.3.1 Hàn thực nghiệm mẫu 57 4.3.2 Hàn thực nghiệm mẫu tròn 65 4.3.3 Kết kiểm tra mối hàn 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 Kết luận 78 Kiến nghị 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC 84 x DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT NDT Non–Destructive Testing Kiểm tra không phá hủy RT Radiography Testing Kiểm tra chụp ảnh phóng xạ SMAW Shielded Metal Arc Welding Hàn hồ quang tay với que hàn có thuốc bọc TIG Tungsten Inert Gas AWS American Welding Society Hiệp hội hàn Hoa Kì ASME American Society of Mechanical Engineers Hiệp hội kỹ sư khí Hoa Kỳ MIG Metal Inert Gas GMAW Gas Metal Arc Welding UT Ultrasonic Testing MIG Metal Inert Gas Hàn hồ quang điện cực khơng nóng chảy Hàn hồ quang mơi trường khí trơ với điện cực nóng chảy Hàn hồ quang kim loại mơi trường khí Kiểm tra siêu âm Hàn hồ quang mơi trường khí trơ với điện cực nóng chảy xi DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Trục vít sau mài hoàn chỉnh [6] Hình 2.1: Máy hàn MATRIC 4000 AC/DC [12] 13 Hình 2.2: Súng bắn nhiệt độ từ xa có tia laser DT8780 [13] 14 Hình 2.3: Máy thử nghiệm kéo – nén – uốn vật liệu WEW–1000B [14] 15 Hình 2.4: Kính hiển vi kim tương SINOWON IMS–300 [15] 16 Hình 3.1: Hệ thống thiết bị hàn SMAW phụ kiên liên quan 17 Hình 3.2: Mối liên hệ cường độ tốc độ đắp cho que hàn Ø4.8 mm [19] .18 Hình 3.3: Hiện tượng dòng hàn thấp cao [20] 19 Hình 3.4: Khuyết tật xảy tốc độ hàn nhanh [20] 20 Hình 3.5: Góc độ que hàn 21 Hình 3.6: Chiều dài hồ quang [19] 21 Hình 3.7: Chiều dài hồ quang [20] 22 Hình 3.8: Biến dạng nhiệt hàn 23 Hình 3.9: Tính chất kim loại thay đổi nhiệt độ [22] 23 Hình 3.10: Kích thước mẫu hàn 24 Hình 3.11: Kích thước mối ghép .24 Hình 3.12: Trình tự thực mối hàn đính 24 Hình 3.13: Bố trí lớp hàn thứ tự hàn đường hàn 25 Hình 3.14: Kích thước mẫu hàn 25 Hình 3.15: Kích thước mối ghép .25 Hình 3.16: Trình tự thực mối hàn đính [10] 26 xii Hình 3.17: Tạo biến dạng ngược trước hàn [10] .26 Hình 3.18: Bố trí lớp hàn thứ tự hàn đường hàn [10] 26 Hình 3.19: Phân loại khuyết tật nứt [23] 28 Hình 3.20: Các vết nứt dọc, nứt ngang [22] 28 Hình 3.21: Phân loại khuyết tật rỗ khí theo BS EN [22] 29 Hình 3.22: Các dạng khuyết tật rỗ khí [22] 30 Hình 3.23: Mối hàn ngậm xỉ [22] 30 Hình 3.24: Sơ đồ phân loại khuyết tật ngậm xỉ [22] 31 Hình 3.25: Phân loại khuyết tật thiếu ngấu [22] 31 Hình 3.26: Lẹm chân chảy loang [22] 32 Hình 3.27: Một số dạng khuyết tật hình dáng [22] 32 Hình 3.28: Bề dày tương đương (CJT) kết cấu hàn [24] 34 Hình 3.29: Xác định số tính hàn kết cấu dựa CJT [24] 35 Hình 3.30: Xác định nhiệt độ nung sơ hàn với que giảm hydro EXX16, EXX28, EXX48 hàn phương pháp bán tự động [24] 36 Hình 3.31: Xác định nhiệt độ nung sơ dùng que hàn thường [24] 36 Hình 4.1: Độ rộng vùng quét tối thiểu 39 Hình 4.2: Kích thước chi tiết mẫu mẫu .39 Hình 4.3: Bề dày tương đương (CJT) kết cấu hàn .41 Hình 4.4: Kích thước mối ghép [29] 44 Hình 4.5: Kích thước mối ghép trịn [29] 44 Hình 4.6: Kích thước phôi mẫu sau cắt 45 Hình 4.7: Kích thước vát cạnh phôi mẫu 46 xiii Hình 4.8: Làm phơi mẫu 46 Hình 4.9: Trình tự bố trí lớp hàn .46 Hình 4.10: Góc độ que hàn hàn đính 47 Hình 4.11: Đồ gá sử dụng hàn đính khoảng cách mối ghép 47 Hình 4.12: Trình tự thực mối hàn đính 48 Hình 4.13: Tạo biến dạng ngược trước hàn 48 Hình 4.14: Mài lòm điểm đầu điểm cuối mối hàn đính .48 Hình 4.15: Biểu đồ gia nhiệt trước hàn 49 Hình 4.16: Góc độ que hàn hàn lớp chân 49 Hình 4.17: Góc độ que hàn đường hàn 50 Hình 4.18: Góc độ que hàn đường hàn 51 Hình 4.19: Góc độ que hàn đường hàn 51 Hình 4.20: Góc độ que hàn đường hàn n+1 52 Hình 4.21: Góc độ que hàn đường hàn n+2 52 Hình 4.22: Kích thước rãnh mài 53 Hình 4.23: Kích thước phơi mẫu sau cắt 54 Hình 4.24: Kích thước vát cạnh phôi mẫu 55 Hình 4.25: Làm phơi tròn 55 Hình 4.26: Đồ gá sử dụng khoảng cách mối ghép .56 Hình 4.27: Trình tự bố trí lớp hàn .57 Hình 4.28: Tủ sấy hộp giữ nhiệt que hàn 58 Hình 4.29: Phơi mẫu sau cắt .58 Hình 4.30: Phơi mẫu vát cạnh 59 xiv Hình 4.31: Làm phơi mẫu 59 Hình 4.32: Trình tự bố trí lớp hàn 60 Hình 4.33: Góc độ que hàn hàn đính 60 Hình 4.34: Khoảng cách mối ghép hàn đính 60 Hình 4.35: Tạo biến dạng ngược trước hàn 61 Hình 4.36: Gia nhiệt trước hàn 61 Hình 4.37: Mẫu hàn sau hàn lớp chân 61 Hình 4.38: Lớp hàn 62 Hình 4.39: Lớp hàn 62 Hình 4.40: Lớp hàn 62 Hình 4.41: Lớp hàn 63 Hình 4.42: Lớp hàn 63 Hình 4.43: Kích thước rãnh mài 63 Hình 4.44: Lớp hàn 64 Hình 4.45: Mẫu sau thực nghiệm hàn 64 Hình 4.46: Các mẫu xử lý nhiệt sau hàn .65 Hình 4.47: Phơi mẫu sau cắt vạt cạnh 66 Hình 4.48: Trình tự bố trí lớp hàn .66 Hình 4.49: Góc độ que hàn hàn đính 67 Hình 4.50: Khoảng cách mối ghép hàn đính 67 Hình 4.51: Mẫu hàn hàn lớp chân 67 Hình 4.52: Đường hàn 68 Hình 4.53: Đường hàn 68 xv Hình 4.54: Đường hàn 68 Hình 4.55: Đường hàn 69 Hình 4.56: Đường hàn 69 Hình 4.57: Các mẫu tròn sau thực nghiệm hàn 69 Hình 4.58: Mẫu trịn xử lý nhiệt sau hàn 70 Hình 4.59: Kết kiểm tra mẫu 71 Hình 4.60: Kết kiểm tra mẫu 71 Hình 4.61: Kết kiểm tra mẫu 71 Hình 4.62: Kích thước vị trí mẫu thử nghiệm kéo mẫu hàn 72 Hình 4.63: Mẫu thử nghiệm kéo sau mài phẳng 72 Hình 4.64: Kết thử nghiệm kéo mẫu 73 Hình 4.65: Mẫu thử nghiệm kéo dạng tròn theo chuẩn AWS D1.1–2015 73 Hình 4.66: Kết kiểm tra mẫu trịn 74 Hình 4.67: Kết kiểm tra mẫu tròn 74 Hình 4.68: Kết kiểm tra mẫu tròn 74 Hình 4.69: Kết kiểm tra mẫu tròn 74 Hình 4.70: Kết kiểm tra mẫu tròn 74 Hình 4.71: Kết thử nghiệm kéo mẫu trịn 75 Hình 4.72: Mẫu tẩm axít để chuẩn bị chụp tổ chức tế vi mối hàn 75 Hình 4.73: Hình dạng mặt cắt ngang mối hàn 76 Hình 4.74: Tổ chức tế vi vùng ảnh hưởng nhiệt phía thép S45C 76 Hình 4.75: Tổ chức tế vi vùng ảnh hưởng nhiệt phía thép SKD61 76 xvi DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hóa học thép S45C [1] Bảng 1.2: Cơ tính thép S45C [1] Bảng 1.3: Thành phần hóa học SKD61 [2] Bảng 1.4: Cơ tính thép SKD61 [2] .6 Bảng 1.5: Chế độ hàn nối (SKD61) [6] Bảng 3.1: Cơ tính thép thay đổi nhiệt thay đổi [21] 23 Bảng 3.2: Chỉ số tính hàn tương đương theo CE [24] 34 Bảng 4.1: Cơ tính que hàn E8018–C1 [30] 45 Bảng 4.2: Thành phần hóa học que hàn E8018–C1 [30] 45 Bảng 4.3: Các chế độ hàn hàn giáp mối thép S45C – SKD61 53 Bảng 4.4: Các chế độ hàn hàn giáp mối tròn thép S45C – SKD61 57 Bảng 4.5: Các chế độ hàn cho lớp 64 Bảng 4.6: Chế độ hàn cho lớp .70 xvii 86 II Kết kiểm tra thử kéo 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 III Hướng dẫn nhóm vật liệu số tính hàn Chỉ số Hướng dẫn Tính hàn tốt hàn với nhóm que AWS A5.1: E60XX 70XX Hoặc hàn MIG/MAG với dây ER70S–6 hàn dây thuốc (FCAW) ER70T không cần biện pháp đặc biệt nung sơ Thép nhóm có tính hàn xấu có hàm lượng lưu huỳnh cao có 2A* chứa chì, xu nứt nóng nghiêm trọng Khi thiết phải hàn dùng que basic E7016 que hàn austenite có hàm lượng Mangan cao Tính hàn tốt nhóm hàn GMAW FCAW sử dụng điều kiện công nghệ cho phép Với bề dày tương đương ≥50mm, tốt nên sử dụng que hàn phương pháp giảm hydro có chế độ nung sơ thỏa đáng Các que hàn nhóm địi hỏi phải phê chuẩn hàn kết cấu tàu 3A* Nhóm hàn với que hàn tương đương tiêu chuẩn Úc/New 4A* zealand AS/NZS1553.1: E41XX–2 or E48XX–2 Có thể dùng phương pháp GMAW với dây ER70–S6 Có thể dùng phương pháp hàn dây thuốc Nhóm thép hợp kim thấp có độ bền trung bình cao, Chọn que hàn có độ bền tương ứng, thành phần hóa học tương đương Tốt nên chọn nhóm thuốc basic (giảm hydro) dây hàn có cấp độ bền tương đương Nên nung sơ có yêu cầu Nhóm cần lưu ý tính chịu ăn mịn thời tiết, chọn que hàn có chứa 5A* đồng Nickel Khi màu sắc khu vực mối hàn không tiêu kỹ thuật hàn nhóm Giống nhóm Dùng que hàn quy trình giảm hydro với lưu ý hàm lương cacbon tương đương cao, nên khả biến cứng 7, vùng ảnh hưởng nhiệt mạnh Mối hàn phải bảo đảm có tính tốt kim lọai hàn Cần tuân thủ nghiêm nhặt quy trình nung sơ bộ, giữ nhiệt lớp hàn làm nguội chậm sau hàn Nhằm hạn chế xu nứt hydro, que hàn phải sấy bảo quản theo hướng dẫn nhà cung cấp 97 Nhóm thép Chrom–Molybden Molybden phải hàn với nhóm E80XX– B2, dây hàn Autocraft Mn–Mo/CrMo1 áp dụng GMAW Phải bảo 7B* đảm yêu cầu để bảo tồn độ bền rão chống ăn mịn nhiệt hóa cho khu vực hàn Phải sử dụng quy trình hàn giảm hydro kết hợp với quy trình nung, giữ nhiệt thỏa đáng Làm nguội chậm xử lý nhiệt sau hàn *Chú thích: Các ký tự A, B C cho biết cần có ý đặc biệt ngịai số CE diện lưu hùynh (S), chì (Pb) ngun tố hợp kim nằm ngồi cơng thức tính CE Dùng quy trình giảm hydro với ý bảo đảm thành phần hợp kim 10 và độ bền chọn kim lọai đắp Que/dây hàn cần sấy/bảo quản theo 11 hướng dẫn để hạn chế xu nứt hydro Giữ nhiệt độ nung sơ thỏa đáng, 11A làm nguội chậm xử lý nhiệt sau hàn Như nhóm 2A Dùng que giảm hydro sấy cẩn thận Dùng quy trình hàn giảm hydro Tùy ứng dụng sử dụng kim loại đắp 12 có độ bền thấp cao kim lọai hàn Nhóm thép dễ biến cứng cần tuân thủ chặt chẽ quy trình nung sơ bộ, giữ nhiệt, kiểm sốt tốc độ nguội xử lý nhiệt sau hàn Thép hợp kim lị xo: dùng que quy trình giảm hydro để hàn, nhóm Exx16 thích hợp Cần sấy que kỹ Nhiệt độ nung sơ cao 250– 300°C 12A* giữ nhiệt lớp hàn với nhiệt độ không đổi Sau hàn làm nguội chậm chi tiết vôi ủ cách nhiệt Hàn que hàn sấy nóng có nhiệt độ 150 – 200°C Nhóm thép Chrom–Molybden phải hàn với que E90XX –B3 dây 12B* hàn Autocraft CrMo2 hàn MIG/MAG để bảo đảm tính chống rão chống ăn mịn nhiệt hóa Sử dụng quy trình giảm hydro với ý nung sơ bộ, giữ nhiệt làm nguội xử lý nhiệt sau hàn Nhóm thép dụng cụ tơi, tính hàn xấu Hạn chế hàn Khi cần hàn để sửa chữa tạm thời nên dùng que hàn có hàm lượng nickel 12C* cao Ferrocraft 18–Ni (Ni–CI) dây thuốc Supre–Cor sau ủ chi tiết Nung nóng, giữ nhiệt làm nguội chậm Sau hàn phải xử lý nhiệt Cần tham khảo hướng dẫn nhà cung cấp thép hàn 98 IV Sự tương đồng hai vật liệu S45C SKD61 Bảng 1: Thành phần thép S45C SKD61 Thành phần S45C SKD61 C 0,42 – 0,5 0,32 – 0,45 Si 0,4 0,8 – 1,25 Mn 0,5 – 0.8 0,2 – 0,6 P 0,045 0,03 S 0,045 0,03 Cr 0,4 4,75 – 5,5 Mo 0,1 1,1 – 1,75 Ni 0,4 – V – 0,8 – 1,2 Từ bảng thống kê thành phần vật liệu nêu bảng 1, có số nhận xét sau: - Thành phần cacbon hai loại vật liệu có chênh lệch không lớn - Các thành phần nguyên tố lại (Si, Mn, P, S, Cr, Mo, Ni, V) xuất hai vật liệu - Hàm lượng cacbon tương đương (CE): thép S45C nằm khoảng 0,63 – 0,76; thép SKD61 nằm khoảng 1,7 – 2,24 - Tính hàn thép C45: hàm lượng cacbon tăng lên, xu hướng hình thành pha martensit giịn tăng Vì vậy, việc gia nhiệt trước hàn làm nguội chậm sau hàn cần thiết Xu hướng nứt vùng ảnh hưởng nhiệt tăng lên với có mặt hidro vùng ảnh hưởng nhiệt Vì vậy, điều cần thiết sử dụng que hàn cho không trở thành nguồn hidro hấp thụ vào kim loại Nứt mối hàn giòn hidro dễ xảy hàm lượng cacbon vượt 0,55% Nhiệt độ gia nhiệt trước hàn phụ thuộc vào hàm lượng cacbon độ dày tiết diện hàn Hàm lượng 99 cacbon cao độ dày tiết diện lớn nhiệt nung nóng cao Mục đích gia nhiệt trước làm nguội chậm để đảm bảo vùng ảnh hưởng nhiệt có độ cứng nhỏ 35 HRC để kim loại khơng bị giịn - Tính hàn thép SKD61 có tính hàn khơng tốt loại thép cacbon thấp trung bình Do vậy, hàn cần ý: + Gia nhiệt cao trước hàn làm nguội chậm sau hàn; + Kim loại mối hàn khó đạt đặc tính kim loại Vùng kim loại hàn có độ cứng thấp [4] Từ tính chất trên, ta thấy hai vật liệu thép C45 SKD61 tác dụng nhiệt độ kim loại hàn khuếch tán chuyển pha từ trạng thái lỏng sang rắn giúp hình thành nên mối hàn 100 ... tật hàn thường gặp phải hàn ghép nối hai vật liệu C45 – SKD61; - Đề xuất quy trình hàn có tính khả dụng cao chế tạo chi tiết khí có nối hàn ghép nối hai vật liệu thép C45 – SKD61 phương pháp hàn. .. ghép nối hai vật liệu thép C45 – thép SKD61 phương pháp hàn SMAW, đề xuất quy trình hàn ghép nối hai vật liệu thép C45 – thép SKD61, hàn thực nghiệm đánh giá chất lượng mối hàn thép C45 – thép SKD61. .. Hàn nối hai vật liệu khác Quy trình hàn nối hai vật liệu khác gồm bước sau: - Bước 1: Lựa chọn vật liệu hàn + Lựa chọn vật liệu + Lựa chọn vật liệu đắp: tùy theo phương pháp hàn mà chọn vật liệu