Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn smaw đến chất lượng mối hàn giáp mối ống từ thép hợp kim p91

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 M CăL C M CăL Cầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ DANHăăM CăCÁCăKệăHI UăVĨăCH ăVI TăT T DANHăM CăHỊNHăV DANHăM CăB NGăBI U CH NGă1:ăGÍIăTHI UăTHÉPăH PăKIMăCH UăNHI TăP91 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 lo i thép hợp kim chịu nhiệt thông dụng 10 1.2 Thép hợp kim chịu nhiệt P91 15 1.2.1 Đặc điểm c a thép P91 15 1.2.2 Tính chất lý & hóa học c a thép P91 17 CH NGă2:ăNGHIểNăC UăCÔNGăNGH ăHĨNăTHÉPăH PăKIMăP91 22 2.1 Tổng quan công nghệ hàn thép hợp kim P91 22 2.1.1 Tính cơng nghệ c a thép P91 22 2.1.2 Công nghệ kỹ thu t hàn thép P91 22 2.2 Nghiên c u gi i pháp hàn lớp lót thép ống P91 28 2.2.1 Ph ơng pháp hàn TIG SMAW 29 2.2.2 Ph ơng pháp hàn tự động d ới lớp thuốc (SAW) 30 2.2.3 Ph ơng pháp hàn dây lõi thuốc (FCAW) 30 2.2.4 Ph ơng pháp hàn hồ quang điện cực nóng ch y mơi tr ng khí b o vệ (GMAW) 30 2.3 Công nghệ hàn TIG 33 2.3.1 Nguyên lý hàn TIG 33 2.3.2 Đặc điểm c a hàn TIG 33 2.3.3 Ch độ hàn TIG 35 2.4 Công nghệ hàn SMAW 41 2.4.1 Hàn hồ quang tay (SMAW), đặc điểm ng dụng 41 2.4.2 Vị trí hàn 43 2.4.3 Ch độ hàn hồ quang tay 44 2.5 Xử lý nhiệt hàn thép P91 48 2.5.1 Xử lý nhiệt tr ớc hàn 48 2.5.2 Xử lý nhiệt sau hàn 49 2.5.3 Thi t bị xử lý nhiệt phụ kiện kèm theo 53 CH NGă3ăNGHIểNăC UăTH CăNGHI MăHĨNăTHÉPăH PăKIMăP91 56 3.1 Mục đích thực nghiệm 56 3.2 Thi t bị hàn 56 3.2.1 Máy hàn TIG 56 3.2.2 Máy hàn hồ quang tay (SMAW) 56 3.3 M u thí nghiệm 56 3.4 V t liệu hàn 57 3.4.1 V t liệu hàn TIG 57 3.4.2 V t liệu hàn SMAW 59 3.5 K t qu thực nghiệm 60 3.5.1 Quy trình hàn giáp mối ống thép P91 (WPS) 60 3.5.2ăTrìnhăt ăhƠnăth cănghi m 73 3.5.3 K t qu thực nghiệm theo quy trình hàn SMAW 79 3.5.4 K t qu thử kéo hàn theo WPS số 80 3.5.5 K t qu quan sát tổ ch c t vi kim lo i mối hàn 86 CH NGă4:ăK TăQU ăVĨăĐÁNHăGIÁ 90 4.1 Các k t qu thu đ ợc 90 4.2 K t lu n ki n nghị 90 TĨIăLI UăTHAMăKH O 92 PH ăL Că1ăQuyătrìnhăhƠnăth căhi năt iăkhuăcơng nghi păQu ăVõăậ B căNinh ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ94 PH ăL Că2ăMộtăs ălo iăthépăAustenităthôngăd ngătheo ASTM 114 DANHăăM CăCÁCăKệăHI UăVĨăCH ăVI TăT T TT T ăVI TăT T ụăNGHƾA KLCB Kimălo iăc ăb n KLMH Kimălo iăm iăhƠn HAZ Vùngă nhăh SMAW HƠnăhồăquangăqueăhƠnăthu căbọc GMAW HƠnăhồăquangă năc că nóngăch yă trongă mơiătr TIG/ GTAW ngănhi t ngăkhíăb oăv HƠnăhồăquangăđi năc căkhơngănóngăch yă trongămơiătr ngăkhíăb oăv FCAW HƠnădơyăhƠnălõiăthu c SAW HƠnăd ớiălớpăthu c ASME Hộiăkỹăs ăc ăkhíăMỹ 10 AWS HộiăhƠnăMỹ 11 PWHT X ălỦănhi tăsauăhƠn 12 DCEP Dòngă1ăchi uăđ uăngh ch 13 DCEN Dòngă1ăchi uăđ uăthu n 14 Ih Dòngăđi năhƠn 15 Uh Đi năápăhƠn 16 Vh V năt căhƠn 17  18 t Chi uădƠyăv tăli u 19 TCVN TiêuăchuẩnăVi tăNam 20 EN TiêuăchuẩnăChơuăỂu 21 BS TiêuăchuẩnăAnh Đ ngăkính DANHăM CăHỊNHăV Hình 1 Kh chịu nhiệt c a thép hợp kim qua năm 13 Hình Mối quan hệ nhiệt độ độ bền c a số lo i v t liệu 13 Hình So sánh chiều dày khối l ợng c a số lo i thép sử dụng 16 Hình Mối quan hệ nhiệt độ độ bền c a số lo i thép 16 Hình nh h ng c a ch độ ram đ n độ c ng c a HAZ, KLCB, KLMH, [12] 18 Hình ng suất phá h y theo th i gian c a thép P91, [12] 19 Hình Mối quan hệ độ dai va đ p hàm l ợng ô xi mối hàn, [1] 20 Hình Sơ đồ nguyên lý hàn TIG 33 Hình 2 Một số hình nh mối hàn ph ơng pháp hàn TIG 35 Hình Mối quan hệ dòng điện hàn chiều dày v t hàn 36 Hình nh h ng c a dịng điện hàn cực tính đ n hình dáng bể hàn, [23] 37 Hình nh h ng c a ch ng lo i khí b o vệ đ n độ ngấu mối hàn 38 Hình Một số điện cực dùng hàn TIG 39 Hình nh h ng 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 b n 46 Hình 11 nh h ng c a nhiệt độ nung sơ đ n tỷ lệ n t nguội c a thép P91 P22, [2] 49 Hình 12 Sơ đồ chuyển bi n pha c a thép P91, [12] 50 Hình 13 Mối quan hệ nhiệt độ nung PWHT hàm l ợng % Ni + Mn 51 Hình 14 nh h ng c a PWHT đ n độ c ng c a thép P91 52 Hình 15 Chu trình xử lý nhiệt (PWHT) thép P91 52 Hình 16 Thi t bị xử lý nhiệt 1: Thi t bị gia nhiệt; 2: Bộ điều khiển; 3: Bộ ghi nhiệt độ 53 Hình 17 Máy hàn đính 54 Hình 18 Tấm s gia nhiệt 54 Hình 19 Súng bắn nhiệt Fluke 568 55 Hình 20 Sợi thuỷ tinh b o ôn 55 Hình Thi t bị hàn TIG + SMAW (TIG-400W) 56 Hình Thơng số ống thép P91 57 Hình 3 Liên k t 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 d ng mối hàn hàn dòng 130 A 77 Hình Hình d ng mối hàn hàn dòng 150 A 78 Hình 10 Hình d ng mối hàn hàn dòng 70 A 78 Hình 11 Quy định m u thử kéo theo TCVN 197:2002 81 Hình 12 M u thử kéo thép P91 81 Hình 13 Máy thử kéo nén WE-1000B 82 Hình 14 Kẹp m u 82 Hình 15 M u tr ớc sau kéo 83 Hình 16 nh h ng c a dòng điện hàn đ n giới h n bền kéo c a thép P91 84 Hình 17 nh h ng c a v n tốc hàn đ n giới h n bền kéo c a thép P91 84 Hình 18 Cấu trúc vùng nh h ng nhiệt (HAZ) thép P91 86 Hình 19 Vị trí lấy m u thử soi tổ ch c t vi 86 Hình 20 Tổ ch c t vi c a KLCB, × 400 lần 86 Hình 21 Tổ ch c t vi vùng, KLMH HAZ sau PWHT, × 400 lần 88 DANHăM CăB NGăBI U B ng 1 Thành phần hóa học c a thép P91 17 B ng Cơ tính c a thép P91 t i nhiệt độ phòng 17 B ng Tính chất lý học c a thép P91 17 B ng Thành phần hóa học c a số lo i thép chịu nhiệt, [5] 21 B ng V t liệu hàn thép P91 24 B ng 2 Nhiệt độ nung nóng sơ c a số lo i thép hợp kim chịu nhiệt 26 B ng Nhiệt độ PWHT số lo i thép hợp kim chịu nhiệt, [12] 27 B ng Mối quan hệ đ ng kính điện cực dịng hàn 35 B ng Mối quan hệ chiều dày l u l ợng khí b o vệ 35 B ng Nhiệt độ PWHT c a thép P91 51 B ng Kí hiệu dây hàn theo số tiêu chuẩn 58 B ng Cơ tính c a dây hàn ER90S-B9 58 B ng 3 Thành phần hóa học c a dây hàn ER90S-B9 58 B ng B ng thông số ch độ hàn khuy n cáo với dây hàn ER90S-B9 58 B ng Kí hiệu que hàn theo số tiêu chuẩn 59 B ng Cơ tính c a que hàn Chromet 9MV-N 59 B ng Thành phần hóa học c a que hàn Chromet 9MV-N 59 B ng B ng thông số ch độ hàn khuy n cáo với Chromet 9MV-N 60 B ng K t qu hàn thực nghiệm thay đổi dòng điện hàn 79 B ng 10 Kích th ớc m u thử 81 B ng 11 Dung sai chiều rộng m u thử 81 B ng 12 K t qu thử kéo 83 M ăĐ U Thép hợp kim chịu nhiệt đ ợc ng dụng rộng rưi th giới, nhiều lĩnh vực khác đư có nhiều nghiên c u liên quan đ n vấn đề Tuy nhiên, Việt nam ch a có nhiều cơng trình nghiên c u cụ thể chi ti t cho mác thép chịu nhiệt thông dụng đ ợc sử dụng nhiều thực t Thử thách lớn gặp ph i đặt ngành cơng nghiệp l ợng điện th kỷ 21 đ t đ ợc mục tiêu cho việc tăng hiệu qu theo yêu cầu c a c kinh t tr tr ng thành quốc gia phát triển Các quy định môi ng yêu cầu s n xuất ph i gi m l ợng khí th i CO2 nh ng v n b o đ m yêu cầu chất l ợng độ tin c y c a s n phẩm Ngành công nghiệp v t liệu phát triển, đặc biệt lo i thép có độ bền rưo làm việc nhiệt độ cao ngày đóng vai trị quan trọng c i ti n c a nhà máy có áp dụng cho dự án Thép P91 lo i thép hợp kim chịu nhiệt đư đ ợc tìm đáp ng đ ợc yêu cầu nêu t ơng lai vài năm tới s có chỗ đ ng thị tr ng v t liệu Xuất phát từ thực t đó, k t hợp với việc ng dụng ngày nhiều c a lo i thép nhà máy nhiệt điện, tác gi quy t 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” L CHăS ăNGHIểNăC U Thép P91 (9Cr-1Mo-V-Nb-N) đ ợc phát triển từ năm 1970 b i phịng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (ORNL) d ới b o trợ c a ph Hoa Kỳ (USA) Thép P91 đ ợc sử dụng rộng rưi công nghiệp nh : đ ng ống yêu cầu áp suất nhiệt độ cao thi t bị trao đổi nhiệt, lò c a nhà máy nhiệt điện Hai th p niên gần đây, v t liệu sử dụng đ ợc coi tiêu chuẩn ngành cơng nghiệp l ợng điện địi hỏi ph i có tính cao, khơng bị phá h y theo th i gian có độ bền rưo cao Lý do, nóng khỏi giàn nhiệt c a lò chịu nhiệt độ kho ng 570 ÷ 600 oC áp suất cao d i 170÷230at, nhiệt, đ đo n cuối c a giàn ng ống s ph i làm việc điều kiện khắc nghiệt Đư có nhiều cơng ty, hưng lớn nghiên c u ng dụng công nghệ hàn lo i thép nh Lincoln, Esab, Miller Tuy nhiên P91 đ n với Việt Nam, xuất nhiều dự án nhiệt điện lớn nh Vũng Áng, Mông D ơng, Thái Bình, Nghi Sơn, khu cơng nghiệp Qu Võ ậ Bắc Ninh Tìm hiểu dự án, tác gi có dịp tham gia k t hợp làm việc với cán bộ, kỹ s , kỹ thu t công nhân thuộc Tổng công ty lắp máy Lilama 69-1 đ ợc giúp đỡ, t o điều kiện nghiên c u q trình cơng nghệ hàn lo i thép hợp kim chịu nhiệt vào năm 2013 2015 M Că TIểUă NGHIểNă C Uă C Aă LU Nă VĔN,ă Đ Iă T NG,ă PH Mă VIă NGHIểNăC U - Mục tiêu c a lu n văn nghiên c u nh h ng c a ch độ hàn SMAW đ n chất l ợng mối hàn giáp mối ống từ thép hợp kim P91 Trên s đề quy trình hàn phù hợp lo i v t liệu - Đối t ợng nghiên c u đ phôi thép ống SA355 P91, sử dụng ng ống, giàn nhiệt c a nồi thi t bị trao đổi nhiệt nhà máy nhiệt điện - Ph m vi c a nghiên c u xoay quanh vấn đề nghiên c u nh h ng c a ch độ hàn SMAW (dòng điện hàn điện áp hồ quang,….) đ n chất l ợng mối hàn giáp mối ống từ thép hợp kim P91 Đóng góp c a tác gi : Xác định đ ợc nh h ng c a thông số b n c a ch độ hàn hồ quang tay (SMAW) đ n chất l ợng liên k t hàn ống đ  180; chiều dày t = 25 mm từ thép hợp kim chịu nhiệt P91 ng kính - Ph ơng pháp nghiên c u Tổng hợp phân tích lý thuy t có liên quan đ n tình hình nghiên c u thực nghiệm để đánh giá k t qu Nghiên c u lý thuy t thực nghiệm nhằm tìm nh h ng c a thông số b n c a ch độ hàn hồ quang tay (SMAW) đ n chất l ợng liên k t hàn ống từ thép hợp kim chịu nhiệt P91 Trong chừng mực định c a ki n th c, kinh nghiệm nh kh nghiên c u, tác gi chắn s khơng thể tránh khỏi thi u sót Tác gi mong s nh n đ ợc ý ki n đóng góp từ phía ng ki n th c c a i đọc để tác gi hoàn chỉnh 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 PH ăL Că2ăMộtăs ălo iăthépăAustenităthôngăd ngătheoăASTM 114 ... văn nghiên c u nh h ng c a ch độ hàn SMAW đ n chất l ợng mối hàn giáp mối ống từ thép hợp kim P91 Trên s đề quy trình hàn phù hợp lo i v t liệu - Đối t ợng nghiên c u đ phơi thép ống SA355 P91, ... phát từ thực t đó, k t hợp với việc ng dụng ngày nhiều c a lo i thép nhà máy nhiệt điện, tác gi quy t định chọn đề tài ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ hàn SMAW đến chất lượng mối hàn giáp mối ống từ. .. độ hàn SMAW đ n chất l ợng mối hàn giáp mối ống từ thép hợp kim P91 Đây lo i v t liệu đ ợc sử dụng dự án xây dựng nhà máy nhiệt điện Những công nghệ kỹ thu t hàn d ới bao gồm tr ng hợp: Hàn Thép