Khi đ ng kính dây hàn tăng mà dòng điện không đổi thì chiều sâu ngấu gi m
t ơng ng. Đ ng kính dây hàn gi m thì hồ quang ăn sâu hơn vào kim lo i cơ b n do
đó m i hàn sẽ hẹp và chiều sâu ngấu lớn.
Khi dòng điện không đổi đ ng kính dây gi m sẽ làm dây hàn nóng ch y nhanh
45
Hình 3.10: Sự nh h ng đến độ ngấu c a đ ng kính dây [12]
3.1.4.5. u,ăkhuy tăđi m c aăph ngăpháp
uăđi m:
- Gi m chi phí s n xuất - Kh năng tựđộng hóa cao - Năng suất cao
- Không t n nhiều th i gian cho việc làm s nh m i hàn - Không bị nh h ng b i tia hồ quang hàn
- Không gây nhiều khói b i
Khuy tăđi m - Hồ quang dễ thổi lệch - Chỉ ng d ng vị trí hàn bằng và hàn ngang - Dễ gây ra khuyết tật (ngậm xỉ, biến d ng, n t ...) - Khó điều khiển độ ngấu - Chỉ ng d ng cho một s m i ghép. 3.1.5. Ph ngăphápăhƠnăDơyăhƠnălõiăthu c
Hàn dây lõi thu c là một ph ơng pháp hàn đ ợc phát triển trên cơ s ph ơng
pháp hàn GMAW, ph ơng pháp hàn này ngày nay đ ợc ng d ng rộng rãi trên thế
46
3.1.5.1. Khái ni m và nguyên lý ho tăđ ng
Hình 3.11: Nguyên lỦ hình thành m i hàn trong hàn
FCAW[11]
Hô quang đ ợc hình thành từ sự nóng ch y c a dây hàn lõi thu c, dòng điện
đ ợc truyền qua dây lõi thu c t i ng tiếp điện, khi dây lõi thu c ch m vào vật hàn sẽ
phát sinh ra hồ quang hàn, nhiệt độ hồ quang sẽ làm nóng ch y dây lõi thu c và vật hàn, lõi thu c nóng ch y sẽ t o thành vùng khí bao quang vũng hàn b o vệ vũng hàn nóng ch y, kim lo i dây hàn và vật hàn nóng ch y sẽ hòa huyện vào nhau t i vũng hàn khi đông đặc sẽ t o thành kim lo i m i hàn nh hình 3.11[12].
3.1.5.2. C ngăđ dòngăđi năvƠăđi n áp hàn
C ng độ dòng điện hàn và điện áp hàn đ ợc lựa chọn ph thuộc vào chiều dày kim lo i cơ b n, c ng độdòng điện tăng sẽ làm tăng độ ngấu, độ rộng và tăng hệ s kim lo i đắp vào m i hàn. Lựa chọn c ng độ dòng điện và điện áp hàn sao cho phù hợp là một công việc đòi h i kiến th c cơn b n và kỹnăng c a ng i thợ hàn b ng 3.6 giới thiệu ph m vi c ng độ và điê ̣n ap han ng vơi cac đ ng kính dây thông dụng.
B ng 3.6: hiệu chỉnh chế độ hàn trong hàn FCAW [6]Đ ng kính Đ ng kính
(mm)
Hàn phẳng Hàn vị trí nghịch
Dòng Điện(A) Điện áp(V) Dòng Điện(A) Điện áp(V) 1,2 150 – 225 22 – 26 125 – 200 22 – 25 1,6 175 – 275 25 – 28 150 – 200 24 – 27 2,0 200 – 375 26 – 30 175 – 225 25 – 29 2,4 300 – 450 25 – 32
47
3.1.5.3. Tốcăđô ̣ăcớpădơy
Cũng gi ng nh ph ơng pháp GMAW c ng độ dòng điện sẽ đ ợc quyết định bởi tôc độ câp dây hàn. Đ ng kính dây hàn càng lớn thì c ng độ dòng sẽ tăng nhanh khi hiê ̣u chố̉nh tôc độ câp dây va pha ̣m vi điêu chố̉nh tôc độ câp dây cang he ̣p . Th ̣c ra hàn dây lõi thu c (và các ph ơng pháp GMAW khác ) là ph ơng pháp có đặ c tốnh ap không đổi (CV) nên khi han viê ̣c hiê ̣u chỉnh điện áp sẽ có tác đ ộng lơn hơn so vơi hiê ̣u chỉnh c ng độ [8].
Hình 3.12: M i quan hệ giữa t c độ cấp dây và dòng điện
3.1.5.4. Lo i c c tính
Hình 3.13: nh h ng c a cực tính trong hàn FCAW[11]
Khác với hàn GMAW chỉ luôn dùng cực tính DCEP ,dây han lõi thuôc co c ̣c tốnh hàn tùy thuộc vào lo i thu c hàn ch a trong dây , c ̣c tốnh DCEN (dây han mang c ̣c
âm) bị đ t nóng ít hơn và bề mặt chi tiết (c ̣c d ơng) không co tac đô ̣ng tẩy sa ̣ch , các giọt kim lo i l ng khi chuyển dịch sang vũng chảy nhanh chong b ị nguô ̣i nên đô ̣ sâu ngâu thâp.
C ̣c tốnh DCEP (dây han mang c ̣c d ơng ), dây han đ ợc đôt nong nhiêu hơn vâ ̣t han lam cho no nong chảy lo ng hơn, cô ̣ng thêm vơi hiê ̣u ng tẩy s ch oxít, l ợng
48
kim loa ̣i chuyển di ̣ch nhiêu va đô ̣ ngâu môi han sẽ cao hơn. Hình 3.9 minh ho ̣a cac tac đô ̣ng của c ̣c tốnh khi han dây thuôc.
Độ nhú ( CTWD – contact tip work distance ) hoă ̣c có tên gọi khác ( ESO –
Electrical stick out). Trong han dây lõi thuôc, đô ̣nhú điện cực (CTWD –Hình 3.14) có tác động m nh đến quá trình hình thành m i hàn. Tác động c a độ nhú nh sau:
- Tăng CTWD sẽ lam dây han nong va dễ ch y hơn nên c ng độ dòng hàn sẽ gi m và ng ợc l i.
- Tăng CTWD sẽ lam tăng điê ̣n ap hô quang môi han co xu thê mô cao song do kim loa ̣i đăp chảy loảng tôt hơn nên ha ̣n chê rổ khố; rổ xố̉.
- Gi m CTWD sẽ làm cho dòng hàn và gi m điện áp hồ quang nên độ ngấu tăng lên.
Hình 3.14: Độ dài điện cực và Stick out [11]
3.1.5.5. Khíăb oăv
Hàn dây lõi thu c có thể không cần dùng khí b o vệ và đặc điểm này giúp hàn dây lõi thuôc đ ợc a chuộng và mang l i nhiều hiệu qu kinh tê. Song khi han viê ̣c dùng dây thu c b o vệ bằng khí (outer shielded) hoă ̣c (dual shielded) sẽ giúp quá trình b o vệ m i hàn t t hơn và giá thành thấp hơn. Quá trình b o vệ ổn định hồ quang do khí b o vệ ngoài đ m nhiê ̣m.
Tùy thuộc vào lo i dây hàn các khí b o vệ có thể là:
Khí CO2: thích hợp khi hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp . Khi ham l ợng cacbon trong chi tiêt han thâp hơn 0,05% thì quá trình hàn làm tăng l ợng cacbon trong môi han co thể lên đên 0,10%. Khi han l ợng cacbon trong kim loa ̣i nên cao thố qua trình hàn x y ra hiện t ợng thoát cacbon làm nh h ng đến độ c ng , tính thấm tôi cũng nh có thể gây ra các vết n t[7].
49
Hỗn hợp khí trộn 82% Ar + 18% CO2, lo i khí này có thể cho d ng chuyển dich giọt cầu nh , thích hợp khi hàn các vị trí nghịch . Ngoài ra cơ tính m i hàn còn đ ợc nâng cao do s ̣ mat Mangan va sillic do qua trốnh kh ̉ Oxyt giảm.
Hỗn hợp khí trộn 98,5% Ar + 1,5% O2. Lo i khí này có thể cho d ng chuyển dịch phunth ng sử d ng trong hàn thép không gĩ.
Hỗn hợp khí trộn 85% He + 15% O2, lo i khí này thích hợp hàn trên thép không
gĩ vơi kiểu chuyển di ̣ch d ng phun. Nó có u điểm là lo i tr ừ sự hình thành Carbide Chrome gây ra tac ha ̣i đên s ̣ ăn mon tinh giơi biên môi han [12].
3.1.5.6. u,ăkhuy tăđi m c aăph ngăpháp
uăđi m:
- Năng suất cao
- Kh năng cơ động cao
- Khi không cần khí b o vệ thiết bị gọn nhẹhơn
- Xỉ hàn góp phần t o biên d ng đ ng hàn
Khuy tăđi m
- Đòi h i tay nghềng i cao - Dễ bị khuyết tật ngậm xỉ
- Dây hàn đắt - Sinh ra nhiều khói
- Chỉ sử d ng trong hàn thép và hợp kim Niken
3.2. Cácăchiăti tăm u
3.2.1. Đ nhănghĩaă
Mẫu chuẩn là một vật liệu hay một chất mà một hay nhiều tính chất c a chúng
đ đồng nhất và đ ợc t o nên để chuẩn hoá một d ng c , đánh giá một ph ơng pháp đo
hoặc đểxác định giá trịđ i với các vật liệu.
Hiệu chuẩn (calibration) đ ợc định nghĩa là tập hợp các thao tác trong điều kiện
quy định để thiết lập m i quan hệ giữa các giá trịđ ợc chỉ b i ph ơng tiện đo, hệ th ng
đo hoặc giá trị đ ợc thể hiện bằng vât đọ hoặc mẫu chuẩn và các giá trị t ơng ng thể
hiện bằng chuẩn. Kết qu hiệu chuẩn đ ợc ghi trong một tài liệu th ng đ ợc gọi là giấy ch ng nhận hiệu chuẩn hoặc thông báo hiệu chuẩn.
Chi tiết mẫu có khuyết tật hàn (Intentional weld defect specimens): là các chi tiết hàn mà các khuyết tật m i hàn đư đ ợc c ý t o ra trong quá trình chế t o dùng làm các chi tiết mẫu cho việc kiểm tra khuyết tật đ ng hàn [17,22].
50
Khuyết tật m i hàn tự nhiên: là khuyết tật m i hàn đ ợc hình thành ngẫu nhiên trong quá trình s n xuất mà không qua bất c sựtác động c ý nào [11].
Khuyết tật m i hàn c ý: là khuyết tật đ ợc đ a vào m i hàn một cách có ch
đích nhằm t o hiệu ng với một ph ơng pháp kiểm tra khuyết tật đ ng hàn nào đó
[11].
Hình 3.15: Các chi tiết mẫu có khuyết tật hàn c a công ty Sonaspection [24]
3.2.2. Yêu c uăkíchăth c hình h c c a chi ti t m u
Nhìn chung không có tiêu chuẩn hay qui định nào về kích th ớc và hình dáng hình học c a mẫu chi tiết hàn bị khuyết tật. Tuy nhiên việc chế t o chi tiết mẫu có bị
khuyết tật hàn ph i đ m b o không gây tr ng i khi kỹ thuật viên thao tác trên chi tiết mẫu.
Để ph c v cho ph ơng pháp kiểm tra bằng siêu âm, chi tiết mẫu ph i có chiều dài, rộng và dày nh sau [22,24]:
- Chiều dày phôi hàn ph i lớn hơn hoặc bằng 6mm cho ph ơng pháp kiểm
tra siêu âm và ≥1mm cho ph ơng pháp X quang [22].
- Chiều dài phôi hàn (dọc tr c m i hàn) ph i đ m b o lớn hơn chiều rộng c a đầu thu và phát sóng siêu âm. Tuy nhiên chiều dài thông th ng ph i > 150mm
cho ph ơng pháp siêu âm và 300m cho ph ơng pháp X quang [24].
- Chiều rộng phôi hàn (vuông góc tr c m i hàn) ph i lớn hơn hoặc bằng L với[22]:
L = 2 x T x tg β (hình 3.8) [ 3.10] Với T chiều dày phôi
β góc ph n x
Chiều rộng phần quét = 8x T (khi m i hàn có yêu cầu độ cao gia c ng Cap) [1,22].
51
Chiều rộng phần quét = 4x T (m i hàn không yêu cầu độcao gia c ng) [1,23]. Chiều rộng này còn tùy thuộc vào yêu cầu c a ng i sử d ng.
Hình 3.16: Độ rộng vùng quét t i thiểu
3.2.3. Hình d ng,ăkíchăth c và dung sai các khuy t t t trong chi ti t m u Hình d ng c a khuy t t t: hình dáng hình học c a khuyết tật nh h ng rất lớn
đến kết qu kiểm tra NDT, các khuyết tật khác nhau sẽ cho kết qu kiểm tra khác nhau,
để tránh làm sai lệch kết qu kiểm tra, hình d ng hình học c a khuyết tật ph i ph thuộc vào lo i khuyết tật và m c đích sử d ng [22].
Kíchăth c ch t o: Kích th ớc khuyết tật ph thuộc vào m c đích sử d ng,
thông th ng kích th ớc c a khuyết tật ph thuộc vào ph ơng pháp kiểm tra và tiêu chuẩn áp d ng. Có những khuyết tật có kích th ớc và vị trí bắt buộc ph i báo cáo, nh ng có những khuyết tật hoặc vị trí c a nó đ ợc chấp nhận và không cần ph i báo cáo. Ph ơng pháp kiểm khuyết tật m i hàn bằng siêu âm có thể phát hiện các khuyết tật có chiều dài lớn hơn bằng một b ớc sóng (λ), thông th ng kích th ớc khuyết tật s n xuất là [24]:
- Chiều dài khuyết tật tử10mm (3/8‖) đến 76mm (3/4‖)
- Chiều cao c a khuyết tật từ3mm (1/8‖) đến 6mm (1/4‖)
Dung sai ch t o: dung sai kích th ớc khi chế t o khuyết tật nh sau[18]: - Dung sai theo chiều dày khuyết tật là ́ 3mm (1/8‖)
- Dung sai theo chiều cao c a khuyết tật là ́ 2mm (5/64‖)
- Kho ng cách từ m c chuẩn (distance from datum) là ́ 2mm (5/64‖)
- Kho ng cách từ bề mặt chi tiết mẫu đến khuyết tật (depth from surface) là
́ 2mm (5/64‖)
52 h chiều cao khuyết tật
θ góc khuyết tật
Hình 3.16: Kích th ớc khuyết tật hàn[22,24]
B ng 3.7: Một vài kích th ớc chi tiết mẫu đang đ ợc sử d ng trên thị tr ng [24]Kích th ớc và kh năng phát hiện khuyết tật mm(inch) Kích th ớc và kh năng phát hiện khuyết tật mm(inch)
Chi tiết hàn Chiều dày (T) Chiều rộng (W) Đ ng kính (D) Chiều dài (L) Phát hiện UT Hàn ng 10(3/8) - 100(4) 200(8) Yes Hàn ng 18(3/4) - 150(6) 200(8) Yes Góc chữ T 6(1/4) 100(4) - 200(8) No Góc chữ T 10(3/8) 100(4) - 200(8) Yes Gíap m i tấm 6(1/4) 100(4) - 200(8) No Gíap m i tấm (1) 100(4) - 200(8) Yes Gíap m i tấm (1) 100(4) - 200(8) Yes Gíap m i tấm 2.5 (1) 150(6) - 250(10) Yes a) Mẫu giáp m i tấm
(plate) b) Mẫu hàn góc (Tee) c) Mẫu hàn ng (pipe)
Hình 3.17: Một s chi tiết mẫu có khuyết tật hàn th ng sử d ng trên thị tr ng [24]
53
3.2.4. B mặt m u chi ti t
Không có tiêu chuẩn hay qui định nào về bề mặt chi tiết mẫu. Tuy nhiên bề mặt chi tiết mẫu ph i đ m b o thuận lợi cho ph ơng pháp kiểm tra dự kiến. Ví d các khuyết tật nh kim lo i văng tóe, vết hồ quang, vết búa vv… có thể gây nh h ng đến việc tiếp cận c a thiết bị và kết qu kiểm tra NDT[22]:
3.2.5. Dungăsaiăkíchăth c chi ti t m u có khuy t t t hàn
Các chi tiết mẫu có thểđ ợc chế t o với dung sai kích th ớc khá lớn, sự sai lệch về kích th ớc nhìn chung ph i đ m b o không gây nh h ng đến ph ơng pháp kiểm tra và ph i tham kh o m c ―qui định về kích th ớc hình học mẫu chi tiết‖. Dung sai kích th ớc nh sau [18,22]:
- Kích th ớc theo chiều dài và chiệu rộng là 10% - Kích th ớc mẫu theo đ ng kính là 10%
- Kích th ớc theo chiều dày 10%
D đ ng kính chi tiết mẫu; L chiều rộng chi tiết mẫu; W chiều dài chi tiết mẫu
Hình 3.18: Kích th ớc chi tiết mẫu có khuyết tật hàn [22,24]
3.2.6. V t li u khi ch t o chi ti t m u
Các mẫu chi tiết dùng trong đào t o th ng đ ợc áp d ng một tiêu chuẩn kiểm tra nhất định. Vì vậy để tiện lợi cho quá trình chế t o việc lựa chọn vật liệu nên tuân th theo một tiêu chuẩn cho tr ớc (nh ASME, AWS, ISO...) ngoài ra ph i đ m b o các yêu cầu sau[18,22]:
- Vật liệu sử d ng trong việc chế t o mẫu chi tiết hàn bị khuyết tật về cơ
b n ph i đ m b o không tồn t i bất c sai h ng nào có thể gây nh h ng đến ph ơng
pháp kiểm tra khuyết tật dự kiến.
- Lựa chọn vật liệu ph i xem xét đến m c đích sử d ng c a ng i sử d ng. - Vật liệu sử d ng làm mẫu kiểm tra trong siêu âm ph i đ m b o không có sử chuyển dịch các h t quá 6dB.
- Mẫu khuyết tật cho ph ơng pháp siêu âm th ng là thép các-bon thấp, mẫu cho kiểm tra X quang có thể là thép các-bon thấp, thép không gỉ và nhôm [22].
54
3.2.7. Các khuy t t t trong m u chi ti t hàn dùng trong ki m tra bằng siêu âm
3.2.7.1. Lo i khuy t t t
Các khuyết tật sử d ng trong kiểm tra bằng ph ơng pháp siêu âm th ng đ ợc sử d ng là: n t (Cracks), thiếu ngấu c nh (lack of fusion), không thấu (lack of penetration), rỗ khí (cavities), ngậm xỉ (inclusions), quá ngấu (excess penetration), cháy chân (undercut), lõm (concavity), cháy th ng (burn-through), không đồng phẳng (mismatch), tách lớp (lamination)[22].
3.2.7.2. V trí khuy t t t
Vị trí các khuyết tật sử d ng trong kiểm tra bằng ph ơng pháp siêu âm th ng
đ ợc tách ra và nằm riêng lẻ, các khuyết tật có thể nằm trên bề mặt hoặc có thể nằm
bên d ới bề mặt [22].
3.3. Cácăph ngăphápăt oăkhuy tăt t.ă
Các khuyết tật đ ợc chế t o rất đa d ng về ch ng lo i, hình dáng và ph ơng
pháp, với yêu cầu nó sẽ t o ra ph n ng tr ớc một ph ơng pháp kiểm tra định tr ớc,
đồng th i, vị trí và ph n ng c a nó đ i với các ph ơng pháp kiểm tra ph i đ m b o
t ơng đ ơng với khuyết tật tựnhiên. Các ph ơng pháp t o khuyết tật nh sau:
3.3.1. Không ng u và thi u ng u chân