Bài giảng vật liệu hàn và tính hàn

1. Ký hiệu kim loại và hợp kim . 2. Tính hàn của kim lọa và hợp kim . 3. Đánh giá tính hàn của thép . 4 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến tính hàn của thép. 5.Các loại khí thường dùng bảo vệ mối hàn khi hàn .

Trang 1

TRƯỜNG CĐN QUỐC TẾ VABIS HỒNG LAM

Trang 2

CHÀO MƯNG CÁC BẠN ĐẾN VỚI KHÓA HỌC VẬT LIỆU HÀN VÀ

TÍNH HÀN

Trang 6

N I DUNG BAO G M N I DUNG BAO G M Ộ Ộ Ồ Ồ

1 Ký hiệu kim loại và hợp kim

2 Tính hàn của kim lọa và hợp kim

Trang 7

N I DUNG BAO G M N I DUNG BAO G M Ộ Ộ Ồ Ồ

6 Dây hàn

7 Điện cực không nóng chảy

8 Điện cực nóng chảy

9 Vật liệu dùng trong hàn cắt hơi

10 Ôn tập và thi kết thúc môn học.

Trang 8

PhÇn II.TÝnh hµn cña kim lo¹i vµ hîp kim

Tính hàn của kim loại là gì ?

Trang 9

Tính hàn của kim loại và hợp kim

Người ta dùng khái niệm tính hàn để chỉ mức độ

dễ hàn hay khó hàn đối với một loại kim loại cơ bản nào đó, nói cách khác tính hàn là khả năng của kim loại và hợp kim cho phép hình thành mối hàn bằng các công nghệ hàn thông thường thích hợp để mối hàn đạt được các tính chất cần thiết

đảm bảo độ tin cậy của liên kết hàn khi sử dụng.

Trang 10

TÝnh hµn cña kim lo¹i vµ hîp kim

Theo đ nh nghĩa c a hi p h i hàn M ( AWS), ị ủ ệ ộ ỹ tính hàn là kh năng hàn đ ả ượ ủ ậ ệ ơ c c a v t li u c

b n trong đi u ki n ch t o đã quy đ nh tr ả ề ệ ế ạ ị ướ c

nh m t o ra k t c u thích h p v i thi t k c ầ ạ ế ấ ợ ớ ế ế ụ

th và có tính năng thích h p v i m c đích s ể ợ ớ ụ ử

d ng ụ

Trang 11

Đ nh nghĩa v tính hàn theo tiêu chu n qu c ị ề ẩ ố

t ISO 581: 1980 cũng nêu rõ 3 khía c nh ế ạ

đ ượ c coi là th ướ c đo kh năng : ả

1 Nh n đậ ược m i hàn không b n t lành l n ố ị ứ ặ

v i đ liên t c ch p nh nớ ộ ụ ấ ậ

2 Đ t đạ ượ ơc c tính thích h pợ

Trang 12

N u kim lo i và h p kim c a chúng khi hàn đ u x y ra ế ạ ợ ủ ề ảquá trình lý hóa khuyêchs tán tr ng thái r n ho c ở ạ ắ ặ

Trang 13

Có ph i t t c các lo i v t li u có ả ấ ả ạ ậ ệ

tính hàn nh nhau ư …?

Trang 14

Ph©n lo¹i tÝnh hµn

C¨n cø vµo tÝnh hµn cña c¸c lo¹i vËt liÖu cña kÕt cÊu hµn hÖn nay cã thÓ chia thµnh bèn nhãm sau:

VËt liÖu cã tÝnh hµn tèt VËt liÖu cã tÝnh hµn trung b×nh

VËt liÖu cã tÝnh hµn kÐm VËt liÖu kh«ng cã tÝnh hµn

Trang 15

Vật liệu có tính hàn tốt

Bao gồm các loại vật liệu cho phép hàn được bằng

nhiều phương pháp hàn khác nhau, chế độ hàn có thể

điều chỉnh được trong một phạm vi rộng, không cần sử dụng các biện pháp công nghệ phức tạp (như nung

nóng sơ bộ, nung nóng kèm theo, nhiệt luyện sau khi hàn ) mà vẫn đảm bảo nhận được liên kết hàn có chất …lượng cao, có thể hàn chúng trong mọi điều kiện

Trang 16

Ví dụ: Khi hàn thép cácbon thấp và hợp kim thấp

Các phương pháp hàn đều có thể áp dụng Với

thép hợp kim thấp khi chon chế độ, kỹ thuật hàn

có ảnh hướng tới độ ngấu, kim loại cơ bản hòa tan vào mối hàn cũng như thành phần hóa học và tính chất của nó

Làm sạch bề mặt

Chuẩn bị liên kết theo yêu cầu

Trang 17

Vật liệu có tính hàn trung bình

so với nhóm trên, nhóm này chỉ thích hợp với một

số phương pháp hàn nhất định, các thông số của chế

độ hàn chỉ có thể dao động trong một phạm vi hẹp, yêu cầu về vật liệu hàn chặt chẽ hơn Một số biện pháp công nghệ như nung nóng sơ bộ, giảm tốc độ nguội và sử lý nhiệt sau khi hàn, có thể được sử …

Trang 18

Ví dụ: Khi hàn thép cácbon trung bình

- Sử dụng dây hàn que hàn có hàm lượng cácbon nhỏ, có

hệ xỉ bazơ chứa ít Hydro để tăng tính dẻo của kim loại mối hàn

- Nung nóng sơ bộ trước khi hàn với đương lượng

cácbon trong dảI 0,45 – 0,6 Nhiệt độ nung nóng sơ bộ 100- 200 Nhiệt độ giữa các đường hàn bằng nhiệt độ nung nóng sơ bộ

Trang 19

Ví dụ: Khi hàn thép cácbon trung bình

Chuẩn bị kiểu liên kết hàn phù hợp sao cho lượng

kim loại hòa tan vào mối hàn là tối thiểu Khi hàn

nhiều đường cần sử dụng năng lượng đường nhỏ đối với các lớp đầu tiên

Chọn chế độ hàn có hệ số ngấu phù hợp ( từ 2-7)

Trang 20

VÝ dô: Khi hµn thÐp c¸cbon trung b×nh cã

Trang 21

Ví dụ: Khi hàn thép cácbon trung bình có

hàm lượng 0,58%C

Duy trì nhiệt độ giữa các đường hàn 2500C

Không cho phép kim loại cơ bản nguội xuống

dưới 2350C

Sau khi hàn tiến hành ram ở nhiệt độ 5500C

Trang 22

Vật liệu có tính hàn kém

Gồm những loại vật liệu cho phép nhận được các

liên kết hàn với chất lượng mong muốn trong các

điều kiện khắt khe về công nghệ và vật liệu hàn Thường phải sử dụng các biện pháp sử lý nhiệt hoặc hàn trong những môi trường bảo vệ đặc biệt (khí trơ,

chân không ) chế độ hàn nằm trong một phạm vi …rất hẹp Tuy vậy, liên kết hàn vẫn có khuynh hướng

bị nứt và dễ xuất hiện các khuyết tật khác làm giảm chất lượng sử dụng của kết cấu hàn

Nhóm này có các loại thép cácbon cao, thép hợp kim cao, thép đặc

biệt (như thép chụi nhiệt, thép chụi mài mòn, thép chống rỉ).

Trang 23

Vật liệu có tính hàn kém

Ví dụ: Khi hàn thép các bon cao

Nhiệt độ nung nóng sơ bộ và nhiệt độ giũa các đường hàn 200 – 3150C , nguội chậm sau khi hàn

Sử dụng quá trình hàn ít Hydro

Sử dụng các biện pháp giảm lượng kim loại cơ bản vào mối hàn

Trang 24

Vật liệu có tính hàn xấu

Thường phải hàn bằng các công nghệ đặc biệt, phức

tạp và tốn kém Tổ chức kim loại mối hàn tồi, dễ bị

nứt nóng và nứt nguội Cơ tính và khả năng làm việc của liên kết hàn thường thấp hơn so với vật liệu cơ

bản

Ví dụ phần lớn các loại gang và một số hợp kim đặc biệt

Trang 25

Các yếu tố nào ảnh hưởng tới tính hàn của kim loại và hợp kim ?

1 Thành phần hóa học

2 Công nghệ sản xuất thành phẩm

3.Công nghệ hàn

Trang 26

Trang 27

Hàm lượng các nguyên tố hợp kim

Là các nguyên tố đư vào trong vật liệu để đạt được

một số tính chất co lí, hóa đặc biệt ( bền nhiệt, chống

ăn mòn hóa học, độ bền cao ) Hàm lượng các …

nguyên tố này càng cao thì tính hàn càng giảm

Tạp chất lưu huỳnh, phốt pho.

Đây là hai nguyên tố gây khó khăn trong quá trình

Trang 28

Trang 29

Trang 30

4 Kết cấu hàn

Hình dạng, kết cấu của vật liệu hàn ảnh hưởng tới tính hàn của kết cấu Các kết cấu có nhiều đường hàn giap nhau có thể xảy ra hiện tượng ứng suất tập chung gây biến dạng ảnh hưởng tới tuổi thọ của kết cấu hàn

Trang 31

 Tr Tr ướ ướ c tiên hàn các m i hàn giáp m i, sau đó c tiên hàn các m i hàn giáp m i, sau đó ố ố ố ố các m i hàn góc ố

các m i hàn góc ố

Trang 32

4 KÕt cÊu hµn

Trang 33

 TrTrướước tiên hàn các m i hàn ng n, sau đó các m i hàn c tiên hàn các m i hàn ng n, sau đó các m i hàn ốố ắắ ốốdài

Trang 34

 Tr Tr ướ ướ c tiên hàn các m i hàn d c(hàn leo), sau c tiên hàn các m i hàn d c(hàn leo), sau ố ố ọ ọ

đó hàn các m i hàn tròn(hàn ngang) ố

Trang 36

k ho ch hàn/ k ho ch tr t t ế ạ ế ạ ậ ự

hàn

 Th t hàn đ bi n d ng ít nh tTh t hàn đ bi n d ng ít nh tứ ựứ ự ể ếể ế ạạ ấấ

Trang 37

Phần III Đánh giá tính hàn của thép

Mục Đớch

Vật liệu đó có tính

hàn tốt hay xấu?

Có khả năng tạo nứt nóng, nứt nguội không?

Nhiệt độ nung nóng sơ bộ

là bao nhiêu?

Trang 38

đánh giá bằng cách gián tiếp thông qua thành phần hóa học và kích thước của vật liệu như sau:

Hàm lượng cácbon tương đương: (CE) Thông số đánh giá nứt nóng: Hcs Thông số đánh giá nứt nguội: Pl Xác định nhiệt độ nung nóng sơ bộ Tp

Đánh giá tính hàn của thép

Trang 39

Hàm lượng cácbon tương đương: (CE)

Hàm lượng cácbon tương đương đặc trưng cho tính chất của vật liệu và biểu hiện tính hàn của nó Đối với thép cácbon và hợp kim nói chung thì CE được xác định theo các công thức sau:

Trang 40

Đây là công th c tính CE theo kinh nghi m đ i v i Đây là công th c tính CE theo kinh nghi m đ i v i ứứ ệệ ố ớố ớ

thép có ch a ít h n 2% các nguyên t h p kimứ ơ ố ợ

CE = %C/1 + %Mn/6 + %Cr/5 + %Ni/15

+ %Mo/4 + %Cu/13.

Theo s so sánh ph n trăm có th xác đ nh đự ầ ể ị ược tính

Theo s so sánh ph n trăm có th xác đ nh đự ầ ể ị ược tính hàn c a thép hk th pủ ấ

hàn c a thép hk th pủ ấ

§¸nh gi¸ tÝnh hµn cña thÐp

Trang 42

§¸nh gi¸ tÝnh hµn cña thÐp

CE > 0,55% Dùng các biện pháp như trên và tiến hành nhiệt luyện sau khi hàn Dùng vật liệu hàn là thép không gỉ Austenit 25/25, cùng với sử lý nhiệt trước và sau khi hàn, làm nguội chậm

CE =0,4 – 0,48%:Phải gia nhiệt Tp=100ºC-200ºC

và sử dụng vật liệu có kiểm soát lượng hydro

CE =0,48-0,55%:Sử dụng vật liệu có kiểm soát

lượng hydro và tiến hành gia nhiệt bình thường

CE = 0,3%: tính hàn giống thép C thấp

Trang 44

Đánh giá tính hàn của thép Thông số đánh giá nứt nóng: Hcs

Đối với thép cácbon trung bình và hợp kim trung bình thì thông số đánh giá nứt nóng đựơc xác định bằng công thức:

Trang 45

Trong đó: C, Mn, Cr, Mo, V, Ni là thành phần hóa học của các nguyên tố đó có trong thép kể cả các nguyên tố có hại như P, S

Thông số đánh giá nứt nóng: Hcs

Trang 46

Dễ dàng nhận thấy lưu huỳnh được coi là nguyên nhân chính gây ra nứt nóng Cácbon và phốt pho cùng với lưu huỳnh sẽ làm tăng mạnh khả năng nứt nóng Mangan, crôm, môlipđen và vanađi có tác dụng cản trở lại sự nứt nóng

Khi Hcs ≥ 4 thì thép có thiên hướng nứt nóng khi hàn

Với thép độ bền cao và chiều dày lớn cần Hcs < 1,6

ữ 2 sẽ ít thiên hướng nứt nóng

Trang 47

Đánh giá tính hàn của thép Thông số đánh giá nứt nguội: Pl

Thông số đánh giá nứt nguội là thông số biểu thị sự ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim tới sự hình thành nứt nguội

Trang 48

- Trong đó PCM là thông số biểu thị sự biến dòn của vùng ảnh hưởng nhiệt

- HD là hàm lượng Hyđrô có trong kim loại

mối hàn (ml/100g)

- Hệ số cường độ cứng vững.K là

Trang 49

- PCM là thông số biểu thị sự biến dòn của vùng ảnh hưởng nhiệt

Trang 50

Để hạn chế hiện tượng nứt nguội cần phải giảm hàm lượng cácbon và hàm lượng Hyđrô trong kim loại mối hàn (ví dụ dùng thuốc hàn, que hàn không ẩm có chứa

ít H2)

Khi Pl ≥ 0,286 thì thép có thiên hướng tạo nứt nguội

Trang 51

Đánh giá tính hàn của thép Xác định nhiệt độ nung nóng sơ bộ Tp

Đối với thép cácbon trung bình và cao, cũng như các loại thép hợp kim thường phải nung nóng sơ bộ trước khi hàn Nhiệt độ nung nóng sơ bộ Tp xác định theo công thức sau:

Trang 52

Phần IV nh hưởng của các nguyên tố hợp kim Ả

Trang 53

1 Cácbon

Là nguyên tố quan trọng quyết định chủ yếu đến tổ chức

và cơ tính của thép Như vậy từ giản đồ trạng thái sắt

cácbon Khi lượng cácbon tăng thì lượng xêmantít tăng tương ứng làm thay đổi tổ chức tế vi của thép ở trạng

nh hưởng của các nguyên tố hợp kim Ả

đến tính hàn của thép

Trang 56

Khi thay đổi lượng cácbon thì cơ tính của thép

thay đổi nhiều Quy luật chung là lượng cácbon

tăng thì độ bền và độ cứng tăng, độ dẻo và độ dai giảm Tuy nhiên độ bền chỉ tăng khi hàm lượng

cácbon đến giới hạn 0,8 ữ 1% Nếu cácbon vượt

quá giới hạn này thì độ bền lại giảm đi, đồng thời hàm lượng cácbon tăng sẽ làm xấu tính hàn của

thép

Trang 57

Có trong thép cácbon với một hàm lượng là 0,25 ữ

Trang 58

3 Silic

Có trong thép cácbon với hàm lượng vào khoảng 0,05 ữ

0,35% Có thêm Si vào thành phần của thép khi nóng

chảy nó đóng vai trò là chất khử Với hàm lượng như

trên nó không làm thay đổi đáng kể cơ tính của thép

Nhưng nếu tăng hàm lượng silic lên nữa thì thép sẽ tăng

độ bền, độ đàn hồi, độ cứng nhưng đồng thời nó cũng tăng độ dòn Khi hàn lượng Si có trong thép tăng > 1,2% thì tính hàn của thép sẽ xấu đi

Trang 59

Nitơ thẩm thấu vào kim loại lỏng từ môi trường không khí xung quanh Dưới tác động của nhiệt độ cao của hồ quang

điện, một phần nitơ chuyển sang trạng thái nguyên tử và hoà tan vào trong kim loại lỏng ở bể hàn Trong quá trình làm nguội của bể hàn thì nitơ lại tách ra khỏi dung dịch và kết hợp với kim loại và các nguyên tố hợp kim để tạo

thành các liên kết hoá học gọi là các nitrit: Fe2N, Fe4N, MnN, SiN Các liên kết hoá học này làm tăng độ bền, độ

4 Nitơ

Trang 60

Nitơ có khả năng thẩm thấu vào kim loại bể hàn lớn nhất khi hàn bằng hồ quang dài hay hàn bằng điện cực trần (đến 0,2%), khi hàn dưới lớp thuốc thì khả năng thẩm thấu của nitơ là ít nhất (0,002%) Khi hàn bằng que hàn có lớp thuốc bọc thì lượng nitơ có trong kim loại mối hàn có thể từ 0,02 ữ 0,05% Khi tăng cường

độ dòng điện hàn thì lượng nitơ có trong mối hàn sẽ giảm Tăng hàm lượng cácbon và mangan ở lõi que

hàn hay thuốc bọc thì lượng nitơ có trong kim loại

mối hàn cũng giảm mạnh Khi hàn hơi thì lượng nitơ

có trong kim loại mối hàn không lớn, khoảng 0,015 ữ

0,02%

Trang 61

Lưu huỳnh là một tạp chất có hại cho thép Nó dễ tác động với sắt để tạo thành sunfit sắt (FeS) có nhiệt độ nóng chảy

là 1193 C, thấp hơn thép Vì vậy khi thép kết tinh thì sunfít sắt vẫn còn ở thể lỏng nằm ở biên giới giữa các hạt nên nó

5 lưu huỳnh.

Trang 62

Để khử lưu huỳnh người ta dùng mangan để tạo

thành MnS theo phản ứng:

Sunfit mangan không hoà tan trong kim loại lỏng và

chuyển hoàn toàn thành xỉ

Có thể dùng can xi để khử lưu huỳnh theo phản ứng:

Trang 63

6 Phôt pho

Phốt pho có trong kim loại mối hàn làm cho nó có xu hư

ớng không đồng nhất, độ hạt phát triển và giảm độ dẻo làm cho thép bị dòn ở nhiệt độ thấp Phốt pho có trong thành phần mối hàn ở dưới dạng phôtfit sắt Fe3P và Fe2P

Trang 64

Người ta khử phốt pho theo các phản ứng sau:

Với oxit sắt

Với oxit canxi

Trang 66

- Gây ra các khuyết tật như rỗ hơi, các vết nứt nhỏ,

kim loại mối hàn trở nên dòn hơn

Khi hàm lượng hyđrô cao thì mối hàn sẽ bị xốp,

độ dẻo bị giảm, kim loại trở nên dòn trong trạng thái nguội

Trang 67

R ỗ ỗ khí khí / Blow hole, porosity

Cluster porosity Gas pore

Blow hole

Herringbone porosity

RỖ KHÍ - sinh ra do hiện tượng khí trong kim loại mối hàn không kịp thoát ra ngoài khi kim loại mối hàn đông đặc

Trang 68

R ỗ khí đơn/ Single gas pore

R ỗ khí đám/ Cluster porosity

Trang 69

N ứ ứ t t

N ứt dọc vùng kim loại cơ bản Nứt ngang vùng kim loại mối hàn

Trang 70

Hiđrụ xõm nhập vào mối hàn như thế nào ?

Thuốc bọc que hàn, thuốc hàn bị ẩm

Từ môi trường không khí xung quanh

bề mặt kim loại cơ bản có nước, tuyết hay bị bẩn, bề mặt kim loại cơ bản, lõi điện cực bị gỉ

Trang 71

Để hạn chế khả năng hoà tan hyđrô

khi hàn thép cần phải … ?

1 Cần hạn chế tới mức thấp nhất độ ẩm của thuốc bọc

que hàn hay thuốc hàn (trước khi hàn cần sấy que hàn hay thuốc hàn theo quy định), bề mặt mép hàn cần được

Trang 72

Dùng dây hàn không bị gỉ, bề mặt mép hàn được

đánh sạch gỉ trước khi hàn

Không áp dụng hàn nhiều lớp khi hàn dưới lớp

thuốc để hạn chế sự thẩm thấu của hyđrô vào mặt sau của mối hàn khi chúng nóng chảy

Trang 73

tránh r khí ỗ

Trang 74

 Chromium (Cr)

 Nâng cao nhi t đ nóng ch y Nâng cao nhi t đ nóng ch y ệ ộ ệ ộ ả ả

 Cr t 1% đ n 2% tăng đ b n, đ dai va đ p Cr t 1% đ n 2% tăng đ b n, đ dai va đ p ừ ừ ế ế ộ ề ộ ề ộ ộ ậ ậ

nh ng không làm gi m tính d o ư ả ẻ

 Crôm t 4% đ n 6% tăng kh năng ch u ăn Crôm t 4% đ n 6% tăng kh năng ch u ăn ừ ừ ế ế ả ả ị ị mòn.

 Cao h n 11% tr thành thép không g Cao h n 11% tr thành thép không g ơ ơ ở ở ỉ ỉ

 Nh ng thép có ch a thêm crôm b c cao tăng Nh ng thép có ch a thêm crôm b c cao tăng ữ ữ ứ ứ ậ ậ

kh năng ch ng ăn mòn, tính b n nhi t ả ố ề ệ

Định dạng
Số trang	131
Dung lượng	15,54 MB
File đính kèm	vat lieu va tinh hàn dao tao cho đạm duong.rar (13 MB)