ĐỀ CƯƠNG bài GIẢNG môn kết cấu hàn

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA CƠ KHÍ ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG MƠN KẾT CẤU HÀN GV: NGUYỄN HOÀNG BẢO HƯNG download by : skknchat@gmail.com KẾT CẤU HÀN BÀI 1: VẬT LIỆU CHẾ TẠO KẾT CẤU HÀN 1.1 TÍNH HÀN CỦA THÉP 1.1.1 Khái niệm phân loại a Khái niệm: - Tính hàn khả hàn vật liệu điều kiện chế tạo quy định trước nhằm tạo kết cấu thích hợp với thiết kế cụ thể có tính tích hợp với mục đích sử dụng Tính hàn đo khả năng: + Nhận mối hàn lành lặn khụng bị nứt + Đạt tính thích hợp + Tạo mối hàn có khả trì tính chất q trình vận hành b Phân loại tính hàn: - Căn vào tính hàn loại vật liệu kết cấu hàn hện chia thành bốn nhóm sau: + Vật liệu có tính hàn tốt: Bao gồm loại vật liệu cho phép hàn nhiều phương pháp hàn khác nhau, chế độ hàn điều chỉnh phạm vi rộng, không cần sử dụng biện pháp công nghệ phức tạp (như nung nóng sơ bộ, nung nóng kèm theo, nhiệt luyện sau hàn.) mà đảm bảo nhận liên kết hàn có chất lượng cao, hàn chúng điều kiện Thép cácbon thấp phần lớn thép hợp kim thấp thuộc nhóm + Vật liệu có tính hàn thoả mãn (hay cịn gọi vật liệu có tính hàn trung bình): so với nhóm trên, nhóm thích hợp với số phương pháp hàn định, thông số chế độ hàn dao động phạm vi hẹp, yêu cầu vật liệu hàn chặt chẽ Một số biện pháp cơng nghệ nung nóng sơ bộ, giảm tốc độ nguội sử lý nhiệt sau hàn, sử dụng Nhóm có số thép hợp kim thấp, thép hợp kim trung bình + Vật liệu có tính hàn hạn chế: Gồm loại vật liệu cho phép nhận liên kết hàn với chất lượng mong muốn điều kiện khắt khe công nghệ vật liệu hàn Thường phải sử dụng biện pháp sử lý nhiệt hàn môi trường bảo vệ đặc biệt (khí trơ, chân khơng) chế độ hàn nằm phạm vi hẹp Tuy vậy, liên kết hàn có khuynh hướng bị nứt dễ xuất khuyết tật khác làm giảm chất lượng sử dụng kết cấu hàn.Nhóm có loại thép cácbon cao, thép hợp kim cao, thép đặc biệt (như thép chụi nhiệt, thép chụi mài mòn, thép chống rỉ) + Vật liệu có tính hàn xấu: Thường phải hàn công nghệ đặc biệt, phức tạp tốn Tổ chức kim loại mối hàn tồi, dễ bị nứt nóng nứt nguội Cơ tính khả làm việc liên kết hàn thường thấp so với vật liệu Ví dụ phần lớn loại gang số hợp kim đặc biệt Trước đây, người ta nghĩ có số vật liệu khơng có tính hàn, tức khơng thể hàn Tuy nhiên với phát triển khoa học công nghệ hàn, ngày khẳng định tất vật liệu có tính hàn dù chất lượng đạt Khoa Cơ khí – Bộ mơn SCCK GV: Nguyễn Hoàng Bảo Hưng download by : skknchat@gmail.com Trang KẾT CẤU HÀN khác Sự xuất loại vật liệu mới, loại liên kết hàn đòi hỏi phải thường xuyên cập nhật kiến thức, nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ thích hợp để tạo kết cấu hàn có chất lượng cần thiết 1.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến tính hàn a Ảnh hưởng Carbon - Carbon nguyên tố hợp kim hầu hết lọai thép Tăng hàm lượng carbon làm tăng tính biến cứng vật liệu bị tác động nhiệt Khi xét đến tính hàn xét đến khả giảm thiểu nguy xuất vết nứt biến cứng vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ: Heat Affected Zone) + Xác định hàm lượng Carbon tương đương thép hợp kim: - Khi xác định tính hàn thép hợp kim, phải xét đế ảnh hưởng nguyên tố hợp kim có thép đến tính hàn - Hàm lượng Carbon tương đương số thể ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến tính hàn với giả định nguyên tố hợp kim tác động tương tự tác động gia tăng hàm lượng carbon thép - Cơng thức tính CE sau: C C E CE Mn C + Trong đó: C, Mn, Cr, Mo, V, Ni, Cu thành phần hóa học ngun tố có thép tính theo %.Thơng qua giá trị CE đánh giá tính hàn thép thuộc loại - Theo kinh nghiệm sản xuất người ta đánh giá gần tính hàn thép theo thành phần hố học cách so sánh tổng lượng nguyên tố hợp kim (H.K(%) với hàm lượng cácbon có thép C (%) bảng sau: H.K(%) (Mn, SI, Cr, NI ) < 1,0 + Thông số đánh giá nứt nóng: Hcs Đối với thép cácbon trung bình hợp kim trung bình thơng số đánh giá nứt nóng đựơc xác định cơng thức: Hcs Khoa Cơ khí – Bộ mơn SCCK GV: Nguyễn Hồng Bảo Hưng Trang download by : skknchat@gmail.com KẾT CẤU HÀN - Trong đó: C, Mn, Cr, Mo, V, Ni, thành phần hóa học nguyên tố có thép kể nguyên tố có hại P, S - Khi Hcs > thép có thiên hướng nứt nóng hàn Với thép độ bền cao chiều dày lớn cần Hcs < 1,6 thiên hướng nứt nóng - Dễ dàng nhận thấy lưu huỳnh coi nguyên nhân gây nứt nóng Cácbon phốt với lưu huỳnh làm tăng mạnh khả nứt nóng Mangan, crơm, mơlipđen vanađi có tác dụng cản trở lại nứt nóng + Thơng số đánh giá nứt nguội: Pl - Thông số đánh giá nứt nguội thông số biểu thị ảnh hưởng nguyên tố hợp kim tới hình thành nứt nguội H P P l CM K D 60 40.104 (%) - Trong đó: PCM thơng số biểu thị biến dịn vùng ảnh hưởng nhiệt Đối với thép hợp kim thấp: P CM K hệ số cường độ cứng vững HD hàm lượng Hyđrơ có kim loại mối hàn (ml/100g) Khi Pl ( 0,286 thép có thiên hướng tạo nứt nguội Để hạn chế tượng nứt nguội cần phải giảm hàm lượng cácbon hàm lượng Hyđrô kim loại mối hàn (ví dụ dùng thuốc hàn, que hàn khơng ẩm có chứa H2) b Ảnh hưởng kết cấu bề dày mối ghép: - Bề dày tương đương (CJT) số tính đến gia tăng bề dày kết cấu mối ghép Chúng ta biết bề dày thép ảnh hưởng đến q trình phân tán nhiệt hàn, có nghĩa ảnh hưởng đến tốc độ nguội Nói cách khác ảnh hưởng đến tính hàn kết cấu Cơng thức tính CJT sau: Khoa Cơ khí – Bộ mơn SCCK GV: Nguyễn Hoàng Bảo Hưng Trang download by : skknchat@gmail.com KẾT CẤU HÀN c Ảnh hưởng lượng hàn: - Các thông số hàn gây tác động đến chất lượng hàn, nghĩa chúng có ảnh hưởng định đến tính hàn thép kết cấu + Cơng thức tính lượng hàn sau: Trong đó: Q = Năng lượng hàn cho đơn vị chiều dài (KJ/mm) E = Điện áp hồ quang (volts) I = Cường độ hàn (Amperes) V = Tốc độ hàn (mm/min) 1.1.3 Quy trình tổng quát để xác định tính hàn yêu cầu nung sơ + Bước 1: Xác định CE từ thông tin biết thành phần hợp kim mác thép hàn Tham khảo bảng 1.1 ứng với trị số CE tính tốn để biết số tính hàn cần tham khảo Carbon tương đương (C = Bảng 1.1 * Lưu ý: Các số 12 (vd: 12A, 12B, 12C & 13) khơng có liên quan đến CE Khoa Cơ khí – Bộ mơn SCCK GV: Nguyễn Hoàng Bảo Hưng download by : skknchat@gmail.com Trang KẾT CẤU HÀN + Bước 2: Dùng sơ đồ 1.1 để xác định bề dày tương đương (CJT) ứng với kết cấu hàn cụ thể Sơ đồ 1.1 + Bước 3: Dùng biểu đồ 1.1, để xác định tác động kết cấu đến số tính hàn Khoa Cơ khí – Bộ mơn SCCK GV: Nguyễn Hồng Bảo Hưng download by : skknchat@gmail.com Trang KẾT CẤU HÀN + Bước 4: Có số hàn dựa vào lượng hàn tính tốn tham chiếu lên biểu đồ biểu đồ để xác định xem có cần nung sơ hay không nung sơ nung với nhiệt độ * Lưu ý: - Sơ đồ 2: que hàn/phương pháp hàn đáp ứng điều kiện giảm hấp thụ hydro; - Sơ đồ 3: dùng lọai que/phương pháp hàn khơng ý đến việc kiểm sốt nồng độ hydro bị mối hàn hấp thụ Khoa Cơ khí – Bộ mơn SCCK GV: Nguyễn Hồng Bảo Hưng download by : skknchat@gmail.com Trang KẾT CẤU HÀN 1.1.4 Nung sơ để cải thiện tính hàn thép Khi hàn thép carbon cao, hợp kim, nung sơ làm chậm tốc độ nguội mối hàn ngăn chặn việc hình thành cấu trúc luyện kim bất lợi cho tính thép vùng ảnh hưởng nhiệt Nung sơ làm giảm chênh lệch nhiệt độ khu vực xung quanh vùng hàn, làm giảm ứng suất nhiệt tác động lên mối hàn Nhiệt độ nung sơ cần xác định theo yêu cầu hình Figure Nung cao gây lãng phí biến dạng kết cấu, nung thấp không cải thiện tính hàn mong muốn Ngịai cịn phải ý đến việc giữ nhiệt lớp hàn để bảo đảm tính hàn cải thiện triệt để Nung sơ giúp cho q trình khí hydro khỏi vùng hàn tăng cường, kết nguy nứt hydro cải thiện đáng kể 1.1.5 Gá đặt hàn đính có vai trị quan trọng cho việc cải thiện cất lượng hàn - Các khuyết tật hàn thường gặp có nguyên nhân non tay nghề quy trình hàn khơng tuân thủ Các khuyết tật bao gồm: Thiếu chảy, chồng mép Thiếu ngấu Nứt đơng rắn Bọt khí Ngậm xỉ - Các khuyết tật hầu hết trình chuẩn bị mối hàn cẩu thả Mặt khác, giám sát hàn thợ hàn xem nhẹ tác động nguyên công gá đặt hàn đính Kết q trình hàn khơng thực suôn sẽ, nhiều trường hợp dẫn đến chất lượng hàn Mối hàn chuẩn bị tốt phải bảo đảm: Góc hàn thíết kế hợp lý để tiết diện lớp hàn có tỉ lệ hợp lý chiều cao bệ rộng; tạo thuận lợi cho q trình khí chống nứt đông rắn mối hàn Mép hàn tẩy để hạn chế bọt khí, ngậm xỉ Các mối hàn đính phải thực với lọai que đắp, phương pháp qui trình hàn Các mối hàn đính phải chắn phân bố hợp lý để chịu đượng co rút, biến dạng nhiệt sinh hàn Khoa Cơ khí – Bộ mơn SCCK GV: Nguyễn Hồng Bảo Hưng download by : skknchat@gmail.com Trang ...KẾT CẤU HÀN BÀI 1: VẬT LIỆU CHẾ TẠO KẾT CẤU HÀN 1.1 TÍNH HÀN CỦA THÉP 1.1.1 Khái niệm phân loại a Khái niệm: - Tính hàn khả hàn vật liệu điều kiện chế tạo quy định trước nhằm tạo kết cấu. .. hàn đo khả năng: + Nhận mối hàn lành lặn khụng bị nứt + Đạt tính thích hợp + Tạo mối hàn có khả trì tính chất q trình vận hành b Phân loại tính hàn: - Căn vào tính hàn loại vật liệu kết cấu hàn. .. Trang KẾT CẤU HÀN + Bước 2: Dùng sơ đồ 1.1 để xác định bề dày tương đương (CJT) ứng với kết cấu hàn cụ thể Sơ đồ 1.1 + Bước 3: Dùng biểu đồ 1.1, để xác định tác động kết cấu đến số tính hàn Khoa