Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn SMAW đến chất lượng mối hàn giáp mối ống từ thép hợp kim p9

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN XUÂN LỰC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN SMAW ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN GIÁP MỐI ỐNG TỪ THÉP HỢP KIM P91 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THÚC HÀ Hà Nội - 2016 MỤC LỤC MỤC LỤC………………………………………………………………………… DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU THÉP HỢP KIM CHỊU NHIỆT P91 10 1.1 Tổng quan thép hợp kim chịu nhiệt 10 1.1.1 Khái niệm thép hợp kim chịu nhiệt 10 1.1.2 Phân loại thép hợp kim chịu nhiệt thông dụng 10 1.2 Thép hợp kim chịu nhiệt P91 15 1.2.1 Đặc điểm thép P91 15 1.2.2 Tính chất lý & hóa học thép P91 17 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN THÉP HỢP KIM P91 22 2.1 Tổng quan công nghệ hàn thép hợp kim P91 22 2.1.1 Tính cơng nghệ thép P91 22 2.1.2 Công nghệ kỹ thuật hàn thép P91 22 2.2 Nghiên cứu giải pháp hàn lớp lót thép ống P91 28 2.2.1 Phương pháp hàn TIG SMAW 29 2.2.2 Phương pháp hàn tự động lớp thuốc (SAW) 30 2.2.3 Phương pháp hàn dây lõi thuốc (FCAW) 30 2.2.4 Phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy mơi trường khí bảo vệ (GMAW) 30 2.3 Công nghệ hàn TIG 33 2.3.1 Nguyên lý hàn TIG 33 2.3.2 Đặc điểm hàn TIG 33 2.3.3 Chế độ hàn TIG 35 2.4 Công nghệ hàn SMAW 41 2.4.1 Hàn hồ quang tay (SMAW), đặc điểm ứng dụng 41 2.4.2 Vị trí hàn 43 2.4.3 Chế độ hàn hồ quang tay 44 2.5 Xử lý nhiệt hàn thép P91 48 2.5.1 Xử lý nhiệt trước hàn 48 2.5.2 Xử lý nhiệt sau hàn 49 2.5.3 Thiết bị xử lý nhiệt phụ kiện kèm theo 53 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HÀN THÉP HỢP KIM P91 56 3.1 Mục đích thực nghiệm 56 3.2 Thiết bị hàn 56 3.2.1 Máy hàn TIG 56 3.2.2 Máy hàn hồ quang tay (SMAW) 56 3.3 Mẫu thí nghiệm 56 3.4 Vật liệu hàn 57 3.4.1 Vật liệu hàn TIG 57 3.4.2 Vật liệu hàn SMAW 59 3.5 Kết thực nghiệm 60 3.5.1 Quy trình hàn giáp mối ống thép P91 (WPS) 60 3.5.2 Trình tự hàn thực nghiệm 73 3.5.3 Kết thực nghiệm theo quy trình hàn SMAW 79 3.5.4 Kết thử kéo hàn theo WPS số 80 3.5.5 Kết quan sát tổ chức tế vi kim loại mối hàn 86 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 90 4.1 Các kết thu 90 4.2 Kết luận kiến nghị 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC Quy trình hàn thực khu công nghiệp Quế Võ – Bắc Ninh …………………………………………………………………………………94 PHỤ LỤC Một số loại thép Austenit thông dụng theo ASTM 114 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TT TỪ VIẾT TẮT Ý NGHĨA KLCB Kim loại KLMH Kim loại mối hàn HAZ Vùng ảnh hưởng nhiệt SMAW Hàn hồ quang que hàn thuốc bọc GMAW Hàn hồ quang điện cực nóng chảy mơi trường khí bảo vệ TIG/ GTAW Hàn hồ quang điện cực khơng nóng chảy mơi trường khí bảo vệ FCAW Hàn dây hàn lõi thuốc SAW Hàn lớp thuốc ASME Hội kỹ sư khí Mỹ 10 AWS Hội hàn Mỹ 11 PWHT Xử lý nhiệt sau hàn 12 DCEP Dòng chiều đấu nghịch 13 DCEN Dòng chiều đấu thuận 14 Ih Dòng điện hàn 15 Uh Điện áp hàn 16 Vh Vận tốc hàn 17  Đường kính 18 t Chiều dày vật liệu 19 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 20 EN Tiêu chuẩn Châu Âu 21 BS Tiêu chuẩn Anh DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Khả chịu nhiệt thép hợp kim qua năm 13 Hình Mối quan hệ nhiệt độ độ bền số loại vật liệu 13 Hình So sánh chiều dày khối lượng số loại thép sử dụng 16 Hình Mối quan hệ nhiệt độ độ bền số loại thép 16 Hình Ảnh hưởng chế độ ram đến độ cứng HAZ, KLCB, KLMH, [12] 18 Hình Ứng suất phá hủy theo thời gian thép P91, [12] 19 Hình Mối quan hệ độ dai va đập hàm lượng ô xi mối hàn, [1] 20 Hình Sơ đồ nguyên lý hàn TIG 33 Hình 2 Một số hình ảnh mối hàn phương pháp hàn TIG 35 Hình Mối quan hệ dòng điện hàn chiều dày vật hàn 36 Hình Ảnh hưởng dịng điện hàn cực tính đến hình dáng bể hàn, [23] 37 Hình Ảnh hưởng chủng loại khí bảo vệ đến độ ngấu mối hàn 38 Hình Một số điện cực dùng hàn TIG 39 Hình Ảnh hưởng điện cực trình hàn 40 Hình Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang que hàn thuốc bọc 42 Hình Vị trí hàn ống khơng gian 43 Hình 10 Một số kiểu dao động que hàn 46 Hình 11 Ảnh hưởng nhiệt độ nung sơ đến tỷ lệ nứt nguội thép P91 P22, [2] 49 Hình 12 Sơ đồ chuyển biến pha thép P91, [12] 50 Hình 13 Mối quan hệ nhiệt độ nung PWHT hàm lượng % Ni + Mn 51 Hình 14 Ảnh hưởng PWHT đến độ cứng thép P91 52 Hình 15 Chu trình xử lý nhiệt (PWHT) thép P91 52 Hình 16 Thiết bị xử lý nhiệt 1: Thiết bị gia nhiệt; 2: Bộ điều khiển; 3: Bộ ghi nhiệt độ 53 Hình 17 Máy hàn đính 54 Hình 18 Tấm sứ gia nhiệt 54 Hình 19 Súng bắn nhiệt Fluke 568 55 Hình 20 Sợi thuỷ tinh bảo ơn 55 Hình Thiết bị hàn TIG + SMAW (TIG-400W) 56 Hình Thơng số ống thép P91 57 Hình 3 Liên kết hàn nối ống giáp mối thép ống P91 57 Hình Que hàn TIG 57 Hình Phụ kiện hàn TIG 59 Hình Que hàn Chromet 9MV-N 59 Hình Xử lý nhiệt sau hàn thép ống P91 77 Hình Hình dạng mối hàn hàn dịng 130 A 77 Hình Hình dạng mối hàn hàn dịng 150 A 78 Hình 10 Hình dạng mối hàn hàn dịng 70 A 78 Hình 11 Quy định mẫu thử kéo theo TCVN 197:2002 81 Hình 12 Mẫu thử kéo thép P91 81 Hình 13 Máy thử kéo nén WE-1000B 82 Hình 14 Kẹp mẫu 82 Hình 15 Mẫu trước sau kéo 83 Hình 16 Ảnh hưởng dòng điện hàn đến giới hạn bền kéo thép P91 84 Hình 17 Ảnh hưởng vận tốc hàn đến giới hạn bền kéo thép P91 84 Hình 18 Cấu trúc vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) thép P91 86 Hình 19 Vị trí lấy mẫu thử soi tổ chức tế vi 86 Hình 20 Tổ chức tế vi KLCB, × 400 lần 86 Hình 21 Tổ chức tế vi vùng, KLMH HAZ sau PWHT, × 400 lần 88 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Thành phần hóa học thép P91 17 Bảng Cơ tính thép P91 nhiệt độ phịng 17 Bảng Tính chất lý học thép P91 17 Bảng Thành phần hóa học số loại thép chịu nhiệt, [5] 21 Bảng Vật liệu hàn thép P91 24 Bảng 2 Nhiệt độ nung nóng sơ số loại thép hợp kim chịu nhiệt 26 Bảng Nhiệt độ PWHT số loại thép hợp kim chịu nhiệt, [12] 27 Bảng Mối quan hệ đường kính điện cực dịng hàn 35 Bảng Mối quan hệ chiều dày lưu lượng khí bảo vệ 35 Bảng Nhiệt độ PWHT thép P91 51 Bảng Kí hiệu dây hàn theo số tiêu chuẩn 58 Bảng Cơ tính dây hàn ER90S-B9 58 Bảng 3 Thành phần hóa học dây hàn ER90S-B9 58 Bảng Bảng thông số chế độ hàn khuyến cáo với dây hàn ER90S-B9 58 Bảng Kí hiệu que hàn theo số tiêu chuẩn 59 Bảng Cơ tính que hàn Chromet 9MV-N 59 Bảng Thành phần hóa học que hàn Chromet 9MV-N 59 Bảng Bảng thông số chế độ hàn khuyến cáo với Chromet 9MV-N 60 Bảng Kết hàn thực nghiệm thay đổi dòng điện hàn 79 Bảng 10 Kích thước mẫu thử 81 Bảng 11 Dung sai chiều rộng mẫu thử 81 Bảng 12 Kết thử kéo 83 MỞ ĐẦU Thép hợp kim chịu nhiệt ứng dụng rộng rãi giới, nhiều lĩnh vực khác có nhiều nghiên cứu liên quan đến vấn đề Tuy nhiên, Việt nam chưa có nhiều cơng trình nghiên cứu cụ thể chi tiết cho mác thép chịu nhiệt thông dụng sử dụng nhiều thực tế Thử thách lớn gặp phải đặt ngành công nghiệp lượng điện kỷ 21 đạt mục tiêu cho việc tăng hiệu theo yêu cầu kinh tế trưởng thành quốc gia phát triển Các quy định môi trường yêu cầu sản xuất phải giảm lượng khí thải CO2 bảo đảm yêu cầu chất lượng độ tin cậy sản phẩm Ngành công nghiệp vật liệu phát triển, đặc biệt loại thép có độ bền rão làm việc nhiệt độ cao ngày đóng vai trò quan trọng cải tiến nhà máy có áp dụng cho dự án Thép P91 loại thép hợp kim chịu nhiệt tìm đáp ứng yêu cầu nêu tương lai vài năm tới có chỗ đứng thị trường vật liệu Xuất phát từ thực tế đó, kết hợp với việc ứng dụng ngày nhiều loại thép nhà máy nhiệt điện, tác giả định chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ hàn SMAW đến chất lượng mối hàn giáp mối ống từ thép hợp kim P91” LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU Thép P91 (9Cr-1Mo-V-Nb-N) phát triển từ năm 1970 phịng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (ORNL) bảo trợ phủ Hoa Kỳ (USA) Thép P91 sử dụng rộng rãi công nghiệp như: đường ống yêu cầu áp suất nhiệt độ cao thiết bị trao đổi nhiệt, lò nhà máy nhiệt điện Hai thập niên gần đây, vật liệu sử dụng coi tiêu chuẩn ngành công nghiệp lượng điện địi hỏi phải có tính cao, khơng bị phá hủy theo thời gian có độ bền rão cao Lý do, nóng khỏi giàn nhiệt lò chịu nhiệt độ khoảng 570 ÷ 600 oC áp suất cao dải 170÷230at, đoạn cuối giàn nhiệt, đường ống phải làm việc điều kiện khắc nghiệt Đã có nhiều cơng ty, hãng lớn nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn loại thép Lincoln, Esab, Miller Tuy nhiên P91 đến với Việt Nam, xuất nhiều dự án nhiệt điện lớn Vũng Áng, Mơng Dương, Thái Bình, Nghi Sơn, khu cơng nghiệp Quế Võ – Bắc Ninh Tìm hiểu dự án, tác giả có dịp tham gia kết hợp làm việc với cán bộ, kỹ sư, kỹ thuật công nhân thuộc Tổng công ty lắp máy Lilama 69-1 giúp đỡ, tạo điều kiện nghiên cứu trình cơng nghệ hàn loại thép hợp kim chịu nhiệt vào năm 2013 2015 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Mục tiêu luận văn nghiên cứu ảnh hưởng chế độ hàn SMAW đến chất lượng mối hàn giáp mối ống từ thép hợp kim P91 Trên sở đề quy trình hàn phù hợp loại vật liệu - Đối tượng nghiên cứu phơi thép ống SA355 P91, sử dụng đường ống, giàn nhiệt nồi thiết bị trao đổi nhiệt nhà máy nhiệt điện - Phạm vi nghiên cứu xoay quanh vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng chế độ hàn SMAW (dòng điện hàn điện áp hồ quang,….) đến chất lượng mối hàn giáp mối ống từ thép hợp kim P91 Đóng góp tác giả: Xác định ảnh hưởng thông số chế độ hàn hồ quang tay (SMAW) đến chất lượng liên kết hàn ống đường kính ngồi  180; chiều dày t = 25 mm từ thép hợp kim chịu nhiệt P91 - Phương pháp nghiên cứu Tổng hợp phân tích lý thuyết có liên quan đến tình hình nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá kết Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm nhằm tìm ảnh hưởng thơng số chế độ hàn hồ quang tay (SMAW) đến chất lượng liên kết hàn ống từ thép hợp kim chịu nhiệt P91 Trong chừng mực định kiến thức, kinh nghiệm khả nghiên cứu, tác giả chắn tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp từ phía người đọc để tác giả hồn chỉnh kiến thức 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 PHỤ LỤC Một số loại thép Austenit thông dụng theo ASTM 114 ... TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Mục tiêu luận văn nghiên cứu ảnh hưởng chế độ hàn SMAW đến chất lượng mối hàn giáp mối ống từ thép hợp kim P91 Trên sở đề quy trình hàn. .. giả định chọn đề tài ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ hàn SMAW đến chất lượng mối hàn giáp mối ống từ thép hợp kim P91 ” LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU Thép P91 (9Cr-1Mo-V-Nb-N) phát triển từ năm 1970 phịng thí... cứu ảnh hưởng chế độ hàn SMAW (dòng điện hàn điện áp hồ quang,….) đến chất lượng mối hàn giáp mối ống từ thép hợp kim P91 Đóng góp tác giả: Xác định ảnh hưởng thông số chế độ hàn hồ quang tay (SMAW)