. Hàn điểm hồ quan g( mối hàn lỗ ) Liờn kết hàn nhỏ hoặc chi tiết nhỏ
5.3.2.Hàn thộp hợp kim cao
3) Hàn trong mụi trường khớ bảo vệ.
5.3.2.Hàn thộp hợp kim cao
1) Hàn thộp Crụm
Crụm cú cấu trỳc tinh thể lập phương thể tõm, đồng hỡnh với ferit, vỡ vậy thộp được hợp kim hoỏ bằng crụm, vựng dung dịch rắn austenit sẽ bị thu hẹp và vựng ferit sẽ được mở rộng. Khi hàm lượng crụm trờn 12% sẽ làm cho thộp khụng gỉ ở nhiệt độ thường, với trờn 30%Cr sẽ làm cho thộp khụng gỉ ở nhiệt độ cao. Tuỳ theo hàm lượng crụm trong thộp mà tờn gọi cú khỏc nhau (tờn gọi theo tổ chức của thộp).
Thộp cú hàm lượng crụm tối đa 12 – 13% và hàm lượng cacbon tối thiểu 0,05 – 0,06% gọi là thộp mactenzit.
Thộp cú 13 -16%Cr và 0,06%C gọi là thộp mactenzit-ferit (do một lượng ferit cũn dư chưa kịp biến đổi khi nung).
Thộp cú trờn 25%Cr sẽ cú tổ chức hồn tồn là ferit.
Crụm là nguyờn tố tạo cacbit hoặc hỗn hợp cacbit (Fe,Cr)23C6 cú hồ tan vào kim loại lỏng ở nhiệt độ 9000C, ngồi ra nú cũn làm tăng tớnh ổn định của austenit quỏ nguội, là nguyờn nhõn xuất hiện tổ chức mactenzit sau khi hàn.
Một số mỏc thộp Cr điển hỡnh, tham khảo sỏch Cụng nghệ hàn điện núng chảy (tập 2 –
TS. Ngụ Lờ Thụng, tr.162 – 164.) * Tớnh hàn của thộp khụng gỉ Crụm
Ở nhiệt độ hàn, thộp khụng gỉ crụm bị thay đổi tổ chức và tớnh chất, xuất hiện cỏc pha giũn do một số nguyờn nhõn sau :
- Giũn ở nhiệt độ 4750C: khi thộp bị nung ở nhiệt độ 400 – 5000C thộp trở lờn giũn (đặc biệt ở nhiệt độ 4750C xuất hiện pha α và α’ cú hàm lượng crụm lớn). Thời gian nung đến khi thộp bị hoỏ giũn phụ thuộc vào hàm lượng Cr (vớ dụ 12%Cr ở 105giờ, 20%Cr ở 20 giờ). Biện phỏp khắc phục là nung ngắn ở nhiệt độ 6000C và làm nguội thật nhanh hoặc nung hồ tan để crụm khuếch tỏn đều trong thộp.
- Giũn do pha σ: nú hỡnh thành từ khoảng 45%Cr cũn lại là sắt (cú khi tỷ lệ này tới 1:1). Sự
tạo thành pha σ diễn ra rất chậm trong khoảng nhiệt độ 600 – 8000C. Với thộp chứa hàm lượng Cr trờn 20% sẽ làm xuất hiện mạnh pha này. Cỏc nguyờn tố Si, Mn, Mo mở rộng vựng tồn tại của pha σ (xuất hiện cả ở 9000C). Cacbon và Niken cú tỏc động ngược lại, thộp bị biến dạng nguội trước khi hàn sẽ xuất hiện pha σ ở nhiệt độ thấp hơn.
- Giũn do phỏt triển hạt thụ: thộp ferit bị nung tới nhiệt độ trờn 11500C cú xu hướng phỏt triển hạt rất nhanh tạo ra tổ chức hạt thụ và giũn. Khắc phục hiện tượng này bằng cỏch giảm chế độ nhiệt và giảm thời gian nung ở nhiệt độ trờn 11500C.
Khi lựa chọn vật liệu hàn để hàn loại thộp này cho phộp nhận được kim loại mối hàn cú tổ chức austenit khỏc với kim loại cơ bản để tăng tớnh dẻo của kim loại mối hàn. Trường hợp cần thiết đảm bảo kim loại mối hàn giống với kim loại cơ bản thỡ cần sử dụng một số biện phỏp sau :
- Dựng que hàn cú thành phần Ti để làm nhỏ hạt và hàn với năng lượng đường thấp.
- Nung núng sơ bộ lờn nhiệt độ 200 – 4500C (trờn nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactenzit, điểm Ms) và nung núng đồng thời trong quỏ trỡnh hàn ở 200 – 2500C rồi tiến hành giữ nhiệt ở nhiệt độ 1000C và làm nguội chậm sau khi hàn. Kết thỳc quỏ trỡnh hàn tiến hành ram cao để khử ứng suất dư trong liờn kết hàn. Với thộp loại tụi ram trước đú thỡ cần chọn nhiệt độ ram sau khi hàn thấp hơn nhiệt độ ram thộp trước khi hàn khoảng 200C để khụng làm mất tớnh chất của thộp.
* Cụng nghệ hàn thộp khụng gỉ Cr thuộc nhúm ferit
Khú khăn chủ yếu khi hàn là sự xuất hiện tổ chức kim loại hạt thụ to làm giảm tớnh dẻo và độ dai va đập của liờn kết hàn. Khắc phục hiện tượng này bằng cỏch giảm chế độ nhiệt khi hàn, ram ở nhiệt độ 760 – 7800C hoặc sử dụng que hàn cú hàm lượng Ni đủ lớn để xuất hiện tổ chức austenit sau khi hàn. Hàn hồ quang tay thường chọn que hàn cú thành phần Cr-Ni hoặc Cr-Ni-Mn. Khi hàn tự động dưới lớp thuốc do lượng kim loại cơ bản tham
gia vào mối hàn nhiều hơn nờn phải chọn dõy hàn cú hàm lượng Ni lớn hơn khi hàn hồ quang tay. Khi yờu cầu kim loại mối hàn cú tổ chức ferit cần sử dụng que loại thuốc bọc bazơ cú hàm lượng lớn fero Ti và nhụm trong vỏ bọc (10X17T, 10X29).
Khú khăn nữa gặp phải khi hàn thộp ferit là hiện tượng ăn mũn tinh giới (xảy ra cả với thộp khụng gỉ austenit). Việc giảm hàm lượng cacbon trong thộp ferit khụng mang lại hiệu quả cao với hiện tượng ăn mũn tinh giới vỡ tốc độ khuếch tỏn của cacbon và crụm trong thộp ferit cao hơn nhiều so với thộp austenit. Vỡ vậy để khắc phục hiện tượng này khi hàn dựng que hàn (dõy hàn) chứa hàm lượng Ti (0,5%) và Nb (tới 1,0%) cú tỏc dụng ngăn ngừa cacbit crụm hỡnh thành. Ngồi ra hai nguyờn tố này cũn cú tỏc dụng ngăn cản sự hỡnh thành mactenzit tại tinh giới, tăng tớnh ổn định của ferit. Biện phỏp nữa để giảm lượng cacbit crụm là tiến hành ủ để hồ tan cacbit crụm, phục hồi lại tớnh chống ăn mũn của thộp.
2) Hàn thộp Cr - Ni (thộp austenit)
Thộp Cr-Ni được sử dụng nhiều trong ngành năng lượng, hoỏ chất do cú khả năng chịu lạnh, bền nhiệt và chống ăn mũn cao. Loại thộp này cú độ dẫn nhiệt thấp và hệ số giĩn nở nhiệt cao, là nguyờn nhõn gia tăng ứng suất khi hàn.
Thộp hợp kim cao Cr-Ni cú nhiều loại, phổ biến nhất hiện nay là loại thộp thuộc họ 18-8 (18%Cr và 8%Ni). Tuỳ theo mục đớch sử dụng chỳng được chia thành :
- Thộp chống ăn mũn (tối đa 0,12%C) : cú khả năng chống ăn mũn ở nhiệt độ thường và cao
(đến 8000C) trong khụng khớ, trong dung dịch kiềm hoặc axit,…Loại thộp này được sử dụng trong ngành hoỏ chất, dầu khớ.
- Thộp hợp kim bền nhiệt : là cỏc loại thộp khụng gỉ austenit và hợp kim Ni được bền hoỏ
bằng Mo,W (đến 7% mỗi nguyờn tố) và B. Loại thộp này được dựng chế tạo tuabin khớ làm việc ở nhiệt độ 7500C hoặc cao hơn.
- Thộp chịu nhiệt : là loại thộp cú khả năng chống ăn mũn bề mặt ở nhiệt độ tối đa 1100 –
11500C. Thành phần của thộp cú chứa đến 2,5%Al, 7%W và Si tới 2%. Cỏc nguyờn tố này tạo thành lớp ụxit trờn bề mặt bền vững bảo vệ kim loại khỏi tỏc động của mụi trường ăn mũn của khớ ở nhiệt độ cao.
Một số mỏc thộp và cụng dụng của chỳng tham khảo trong sỏch Cụng nghệ hàn điện núng chảy (Tập 2 – Ngụ Lờ Thụng tr.176-178).
* Tớnh hàn của thộp khụng gỉ austenit (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tớnh hàn của thộp khụng gỉ austenit phụ thuộc vào thành phần cỏc nguyờn tố hợp kim cú trong thộp, cụ thể như sau :
- Nứt núng trong kim loại mối hàn và vựng ảnh hưởng nhiệt
Với thộp hồn tồn austenit, nứt núng trong kim loại mối hàn thường xảy ra ở cuối quỏ trỡnh kết tinh của kim loại lỏng mối hàn do tạo thành pha cú nhiệt độ núng chảy thấp gõy hiện tượng tỏch lớp kim loại mối hàn. Tại vựng ảnh hưởng nhiệt do tốc độ nguội nhanh làm tăng ứng suất kộo gõy nờn hiện tượng nứt núng. Khi thộp cú tổ chức austenit + delta ferit, hiện tượng nứt
núng cú thể được khắc phục do cỏc nguyờn tố ổn định ferit (Al, Mo, Si) cú tỏc dụng khử lưu huỳnh trong vũng hàn (hồ tan tạp chất và giảm hiện tượng thiờn tớch).
Hỡnh 5 -3. Nứt vựng ảnh hưởng nhiệt khi hàn thộp X10NiCrAlTi32-10
Hàn thộp austenit, nguy cơ xảy ra nứt núng cao hơn thộp ferit do sự hồ tan S, P ớt hơn, được thể hiện ở bảng sau :
Nguyờn tố bị hồ tan Đụng đặc ferit Đụng đặc austenit Nồng độ hồ tan (%) Nhiệt độ hồ tan (0C) Nồng độ hồ tan (%) Nhiệt độ hào tan (0C) Si 18,50 1200 2,15 1170 Nb 4,50 1360 2,00 1220 S 0,18 1365 0,05 1356 P 2,80 1050 0,25 1150 O 0,05 - 0,01 - N 0,10 600 2,80 650
Cú thể sử dụng một số biện phỏp sau để giảm hiện tượng nứt núng khi hàn :
+ Chỳ ý nhiệt độ giữa cỏc đường hàn khi hàn nhiều lớp khụng vượt quỏ 1800C để trỏnh sự lớn lờn của hạt.
+ Dựng que hàn cú chứa hàm lượng S, P cực thấp (que hàn đĩ qua tinh luyện chõn khụng hoặc tinh luyện điện xỉ).
+ Hàn cỏc thộp austenit cú thành phần Mo (nhúm 4A) sẽ xảy ra sự tỏch lớp Mo mạnh khi hàm lượng Mo > 3%. Khi hàn nờn sử dụng que hàn với hàm lượng cỏc nguyờn tố hợp kim Ti, Nb, V nhằm cải thiện tớnh chống ăn mũn ở nhiệt độ cao.
+ Giảm chế độ nhiệt khi hàn bằng cỏch giảm năng lượng đường, giảm tiết diện mối hàn và giảm lượng kim loại cơ bản tham gia vào mối hàn.
+ Sử dụng vật liệu hàn và quy trỡnh hàn hợp lý để nhận được kim loại mối hàn cú thành phần delta ferit nhất định. Nếu lượng delta ferit trong kim loại mối hàn tăng sẽ làm giảm
khả năng chống ăn mũn.
- Giũn kim loại mối hàn đối với thộp chịu nhiệt và thộp bền nhiệt ở nhiệt độ cao
Hiện tượng giũn xuất hiện khi kết cấu hàn làm việc ở nhiệt độ cao (350 – 5000C) xảy ra sự khuếch tỏn cacbon, làm thay đổi tổ chức kim loại dẫn đến giảm tớnh dẻo của kim loại mối hàn (sự hỡnh thành pha giũn, sự tạo thành Cr23C6). Khắc phục hiện tượng này bằng cỏch giảm hàm lượng cacbon trong mối hàn xuống.
- Suy giảm cơ tớnh thộp khụng gỉ austenit do hệ số giĩn nở nhiệt lớn
Thộp austenit cú hệ số giĩn nở nhiệt lớn hơn nhiều so với thộp cacbon thấp. Khi hàn nhiều lớp, do ảnh hưởng nhiệt nờn lớp hàn đầu tiờn thường bị biến dạng nhiệt (biến cứng). Cỏc yếu tố làm suy giảm cơ tớnh kim loại vựng ảnh hưởng nhiệt và cỏc lớp hàn đầu tiờn : + Chu trỡnh nhiệt hàn (phụ thuộc vào từng phương phỏp hàn) nếu khụng đỳng sẽ làm giảm tớnh dẻo và độ bền của liờn kết hàn.
+ Nhiệt độ vận hành cao làm cho cỏc pha mịn cacbit và pha sigma bị cầu hoỏ, gõy nờn hiện tượng giũn.
+ Quỏ trỡnh tạo thành cacbit và pha sigma trong kim loại mối hàn làm giảm tớnh dẻo của kim loại mối hàn.
Để khắc phục những khú khăn trờn cú thể dựng cỏc biện phỏp sau :
+ Tụi đồng nhất hoỏ tổ chức austenit ở 1050 – 11000C để khử ứng suất dư, khử biến cứng và làm đồng đều thành phần hoỏ học mối hàn.
+ Ủ ổn định hoỏ ở 750 – 8000C để hồ tan cacbit và pha sigma. - Hiện tượng phỏ huỷ liờn kết hàn thộp austenit do ăn mũn tinh giới
Trong phạm vi kim loại nguội xuống từ 800 – 5000C, Cr23C6 được hỡnh thành. Thời gian nguội trong khoảng nhiệt độ này càng lõu thỡ càng tạo nhiều cacbit crụm, làm cho hàm lượng Cr trong vựng đú giảm xuống dưới trị số cú khả năng chống ăn mũn (12 – 13%Cr).
Biờn giới hạt từ trạng thỏi thụ động sẽ chuyển sung trạng thỏi bị động khi tiếp xỳc với mụi trường ăn mũn. Cú ba dạng ăn mũn tinh giới :
+ Ăn mũn tinh giới xảy ra tại vựng ảnh hưởng nhiệt: khi kim loại cơ bản khụng chứa đủ lớn
lượng Ti, Nb, V , sẽ gia tăng nguy cơ hỡnh thành cacbit crụm.
+ Ăn mũn tại kim loại mối hàn: Do tỏc động của chu trỡnh nhiệt hàn, tại tinh giới kim loại mối
hàn sẽ tiết ra Cr23C6. Nếu kim loại mối hàn chứa nhiều cacbon hoặc thiếu Ti, Nb, V hoặc thời gian lưu kim loại trong khoảng nhiệt độ 800 ữ 5000C lõu sẽ tạo càng nhiều cacbit crụm.
+ Ăn mũn cục bộ: xảy ra ở sỏt đường chảy của kim loại mối hàn. Loại ăn mũn này xuất hiện (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ở thộp đĩ được ổn định hoỏ bằng Ti, Nb. Khi hàn, vựng sỏt đường chảy của kim loại mối hàn được nung lờn trờn 12500C gõy hồ tan cacbit NbC và TiC vào austenit, khi nguội xuống 800 – 5000C sẽ xuất hiện Cr23C6 nhưng khụng xuất hiờn NbC và TiC nửa.
Cú thể khắc phục hiện tượng ăn mũn tinh giới bằng cỏc biện phỏp sau:
+ Giảm hàm lượng cacbon trong thộp xuống giới hạn hồ tan trong austenit (0,02 ữ 0,03%). + Hợp kim hoỏ austenit bằng Ti, Nb, V, Ta.
+ Nung hồ tan ở nhiệt độ 950 ữ 11500C và trỏnh lưu kim loại lõu trong khoảng nhiệt độ 800 ữ 5000C.
+ Nõng cao hàm lượng Cr trong thộp lờn trờn 24%Cr. - Hiện tượng phỏ huỷ do ăn mũn dưới ứng suất
Hiện tượng ăn mũn dưới ứng suất do tỏc động đồng thời của mụi trường ăn mũn và ứng suất kộo (do hàn, nắn chỉnh sửa, mài thụ hoặc giĩn nở nhiệt). Loại ăn mũn này xảy ra ở vựng chuyển tiếp giữa cỏc tinh thể ở kim loại mối hàn và kim loại vựng ảnh hưởng nhiệt khi kết cấu làm việc trong mụi trường dung dịch giàu clo, xỳt hoặc nước giàu ụxy ở nhiệt độ cao hơn 700C. Cỏc biện phỏp hạn chế loại ăn mũn này là :
+ Nõng cao thành phần ferit trong thộp Cr-Ni (dựng thộp austenit + ferit).
+ Nõng cao hàm lượng Mo (sử dụng thộp V4A – CrNiMo thay cho V2A – CrNi).
+ Giảm ứng suất kộo trong vật liệu bằng cỏch nung ở nhiệt độ 4500C, hoặc nung hồ tan, phun bi trờn bề mặt (tạo ứng suất nộn riờng trờn bề mặt vật liệu).
* Cụng nghệ hàn thộp austenit
Để cú biện phỏp cụng nghệ phự hợp đảm bảo nhận được mối hàn cú chất lượng theo yờu cầu, khi hàn cỏc thộp Austenit ta cần tũn thủ cỏc vấn đề sau :
- Làm sạch sẽ chất bẩn, dầu mỡ về mỗi phớa mộp hàn ớt nhất 50mm
- Sử dụng que hàn cú cựng tớnh chất với kim loại cơ bản nhưng với thành phần Niken lớn hơn.
- Chuẩn bị liờn kết hàn sao cho thành phần kim loại cơ bản tham gia vào hỡnh thành mối hàn ớt nhất.
- Khi hàn cần kiểm soỏt chặt chẽ nhiệt độ cỏc lớp giữa mối hàn khụng được quỏ lớn (nhiệt độ này phụ thuộc vào thành phần kim loại vật hàn).
- Khống chế kớch thước bể hàn nhỏ để giảm chế độ nhiệt (mỏ hàn đi thẳng hoặc dao động ngang trong phạm vi tối đa 1 ữ 2 lần đường Dũng que hàn), ưu tiờn hàn với hồ quang xung khi hàn cỏc vật mỏng.
- Chỳ ý tốc độ làm nguội mối hàn khụng được quỏ nhanh để giảm nguy cơ nứt núng do tỏch lớp kim loại.
- Cuối đường hàn phải được lấp đầy và giữ mỏ hàn từ 5 ữ 10 giõy sau khi tắt hồ quang. - Với cỏc thộp ổn định austenit (được hợp kim với Ti, Nb, Ta, V) khi hàn cú xu hướng hạ thấp nhiệt độ tạo cacbit và kộo dài thời gian bắt đầu hỡnh thành cacbit; do đú ớt nhậy cảm với ăn mũn giữa cỏc tinh thể. Tuy nhiờn, khi hàm lượng cỏc bon trong thộp này lớn (tỷ lệ Ti/C = 4:1 , Nb/C = 8:1) thỡ hàm lượng cỏc nguyờn tố Ti, Nb bị giảm, do đú khả năng chống ăn mũn thấp. Để giảm nguy cơ ăn mũn, sử dụng que hàn cú thành phần Ti, Nb, V,... hoặc cú hàm lượng Cr, Ni cao. Nhiệt độ lớp giữa khụng nờn vượt quỏ 1800C.
- Hàn cỏc thộp austenit với hàm lượng cacbon từ 0,05% trở lờn cần phải tớnh đến nguy cơ ăn mũn giữa cỏc tinh thể. Cần lựa chọn que hàn chất lượng với hàm lượng Cr và Ni cao hoặc được hợp kim thờm Ti, Nb,.... Chỳ ý nhiệt độ lớp giữa khụng được vượt quỏ 1500C.
- Hàn cỏc thộp hợp kim cao với hàm lượng cacbon thấp, thụng thường C < 0,02% (X1CrNi..., X2CrNi...), cỏc thộp bền nhiệt, nguy cơ ăn mũn tinh giới thấp, do đú phạm vi điều chỉnh chế độ hàn rộng hơn. Tuy nhiờn, để đạt mối hàn cú chất lượng cao nờn sử dụng que hàn với hàm lượng Cr, Ni lớn và nhiệt độ lớp giữa khụng vượt quỏ 2000C.
- Hàn cỏc thộp austenit khụng cú Mo (nhúm 2A), nguy cơ nứt núng ớt xảy ra nhưng khả năng bền hoỏ ăn mũn lỗ thấp. Hàn cỏc thộp austenit cú thành phần Mo (nhúm 4A), tuy cải thiện được việc chống ăn mũn lỗ nhưng sẽ xảy ra sự tỏch lớp Mo mạnh khi hàm lượng Mo > 3%. Khi hàn nờn sử dụng que hàn với hàm lượng cỏc nguyờn tố hợp kim Ti, Nb, V nhằm cải thiện