1.2.1.2 Ngậm xỉ từ thuốc hàn chưa nĩng chảy
Là hiện tượng thuốc hàn bị kẹt lại trong hốc kim loại mối hàn khi kim loại mối hàn đơng đặc, xỉ hàn dạng này cĩ thể là thuốc hàn trong hàn SAW hoặc thuốc từ dây hàn lõi thuốc hoặc chưa nĩng chảy. Khuyết tật dạng này được phát hiện trên phim ảnh bức xạ bằng một vệt đen, phương pháp siêu âm cũng cho gai xung tương tự như khuyết tật ngậm xỉ từ que hàn thuốc bọc.
1.2.1.3 Ngậm xỉ từ các ơxít
Hiện tượng này xảy ra khi các oxit kim loại bị kẹt lại trong hốc kim loại mối hàn khi đơng đặc, một dạng khuyết tật phổ biến nhất của dạng này thường được bắt gặp trong hàn GTAW nhơm, phần nhơm bị oxi hĩa khơng kịp thốt ra khỏi vũng chảy sẽ tạo nên khuyết tật dạng này theo dạng nếp nhăn (puckering) và được nhìn thấy trên phim ảnh bức xạ bằng một vùng tối (hình 1.8). Đối với kỹ thuật siêu âm thì khuyết tật này được phát hiện như ngậm xỉ nhưng biên dạng khơng trịn đều và sĩng cĩ nhiều gai.
Hình 1.8: Ngậm xỉ từ các ơxít trên phim ảnh bức xạ [7] 1.2.1.4 Ngậm xỉ từ Tungsten 1.2.1.4 Ngậm xỉ từ Tungsten
Hiện tượng các hạt tungsten từ điện cực hàn bị nhúng chạm vào vũng kim loại nĩng chảy. Khuyết tật này chỉ xuất hiện trong phương pháp hàn GTAW, khuyết tật sẽ được nhận thấy bằng một điểm sáng trên phim chụp ảnh bức xạ, do Tungsten hấp thụ ánh sáng tốt hơn kim loại cơ bản (hình 1.9). Siêu âm phát hiện tương tự như khuyết tật ngậm xỉ.
1.2.1.5 Ngậm xỉ từ đồng
Xảy ra khi các hạt nhỏ đồng bị kẹt lại trong mối hàn, các hạt đồng này cĩ thể từ ống tiếp điện (contactip) của súng hàn chạm vào vũng hàn đang nĩng chảy hoặc một lượng nhỏ đồng trên lớp tráng dây điện cực bị kẹt lại trong vũng hàn khi đơng đặc. Dạng khuyết tật này thường gặp phải khi hàn MIG, MAG hay SAW, khuyết tật này được nhìn thấy bằng một điểm sáng trên phim chụp ảnh bức xạ và tương tự như khuyết tật Tungsten inclusion, chỉ khác là biên độ điểm sáng khơng thẳng đều như khuyết tật ngậm xỉ từ Tungsten (hình 1.10).
Hình 1.10: Ngậm xỉ từ đồng trên phim chụp ảnh bức xạ [7] 1.2.1.6 Ngậm xỉ từ các kim loại khác 1.2.1.6 Ngậm xỉ từ các kim loại khác
Là hiện tượng các kim loại khác khơng thuộc kim loại cơ bản, kim loại đắp hay một oxit kim loại từ bên ngồi lẫn vào vũng hàn và bị kẹt lại. Khuyết tật dạng này thường xuất hiện hầu hết ở các phương pháp hàn và việc phân biệt chúng cũng là một vấn đề khĩ khăn. Vì vậy việc khắc phục cũng phụ thuộc và từng trường hợp cụ thể.
Khuyết tật ngậm xỉ ảnh hưởng lớn đến độ bền, độ dai va đập và tính dẻo của kim loại mối hàn, giảm tuổi thọ và khả năng làm việc của kết cấu. Tuy nhiên, theo một số tiêu chuẩn thì khuyết tật này cĩ thể được chấp nhận tồn tại trong mối hàn nếu chúng được chứng minh là khơng gây ảnh hưởng đến kết cấu khi đưa vào sử dụng.
1.2.2 Thiếu ngấu (Lack of Fusion)
Mối hàn thiếu ngấu là hiện tượng kim loại mối hàn và kim loại cơ bản (basic metal) hoặc giữa các kim loại mối hàn ở các lớp khơng liên kết lại với nhau. Đây là
loại khuyết tật nghiêm trọng trong liên kết hàn. Ngồi ảnh hưởng khơng tốt như rỗ khí và ngậm xỉ, nĩ cịn là nguyên nhân chính dẫn đến các vết nứt gây phá hủy liên kết khi làm việc. Theo tiêu chuẩn BS EN ISO 6520-1[15] phân chia các khuyết tật thiếu ngấu thành các dạng sau:
Hình 1.11: Phân loại khuyết tật thiếu ngấu [15]
1.2.2.1 Thiếu ngấu cạnh
Hiện tượng kim loại mối hàn thiếu liên kết với cạnh mép vát kim loại cơ bản. Khuyết tật này cĩ thể được nhìn thấy trực tiếp (trên mối hàn) bằng mắt hoặc khơng nhìn thấy trực tiếp được bằng mắt (trong mối hàn). Khuyết tật được phát hiện trên phim ảnh bức xạ bằng vùng màu đen thẳng liên tục hoặc đứt đoạn ở hai bên mép vát mối hàn. Kỹ thuật siêu âm màu sẽ cho thấy khuyết tật nằm bên cạnh mép vát, với một mặt là đường thẳng đều, mặt bên cho biên dạng khơng đều.
a) Vị trí thường xuất hiện khuyết tật b) Phát hiện khuyết tật bằng phim ảnh bức xạ
Hình 1.12: Khuyết tật thiếu ngấu cạnh [7] 1.2.2.2 Thiếu ngấu giữa các lớp 1.2.2.2 Thiếu ngấu giữa các lớp
Hiện tượng kim loại mối hàn giữa lớp hàn trước khơng liên kết với kim loại mối hàn ở lớp hàn sau trong mối hàn nhiều lớp, chiều cao rãnh thiếu ngấu quá lớn
cũng dễ dẫn đến hiện tượng bẫy xỉ trong rãnh thiếu ngấu và tạo nên khuyết tật ngậm xỉ và khơng thấu (hình 1.13). Khuyết tật này rất dễ phát hiện bằng đầu dị siêu âm sĩng thẳng với gai sĩng tương tự khuyết tật thiếu ngấu cạnh với đường biên dạng thẳng.
a) Vị trí khuyết tật b) Phát hiện khuyết tật bằng phim chụp ảnh bức xạ
Hình 1.13: Khuyết tật thiếu ngấu giữa các lớp [7] 1.2.2.3 Thiếu ngấu chân 1.2.2.3 Thiếu ngấu chân
Hiện tượng kim loại mối hàn ở lớp chân (root) khơng liên kết với cạnh mép vát của chi tiết hàn, khuyết tật này thường để lại một vết đen thẳng trên phim chụp X quang, khuyết tật cĩ thể xuất hiện một bên hoặc hai bên cạnh mối hàn ở lớp chân, phương pháp siêu âm cũng dễ dàng phát hiện khuyết tật này bằng đầu dị gĩc với dạng sĩng tương tự như nứt chân mối hàn (hình 1.14).
a) Vị trí khuyết tật b) Phát hiện khuyết tật bằng phim chụp ảnh bức xạ
Hình 1.14: Khuyết tật thiếu ngấu chân [7] 1.2.3 Khơng thấu (Lack of Penetration) 1.2.3 Khơng thấu (Lack of Penetration)
Khơng thấu là hiện tượng kim loại mối hàn khơng ngấm sâu vào bên trong kim loại cơ bản hoặc kim loại mối hàn, khuyết tật này thường gây thay đổi tiết diện của
chi tiết hàn, dễ sinh ứng suất khi liên kết làm việc. Theo tiêu chuẩn BS EN ISO 6520- 1 [13] phân chia các khuyết tật khơng thấu thành các dạng sau:
Hình 1.15: Phân loại khuyết tật khơng thấu [15] 1.2.3.1 Khơng thấu hồn tồn
Hiện tượng kim loại mối hàn ở hai lớp khơng liên kết với nhau, khuyết tật này thường xuất hiện trong liên kết hàn ở hai mặt như : liên kết vát mép chữ X, chữ U hoặc giáp mối khơng vát mép, hình 1.16 trình bày khuyết tật dạng này. Tuy nhiên trong một số trường hợp do yêu cầu kỹ thuật mối ghép hàn khơng chịu lực lớn thì mối hàn dạng này chỉ thực hiện ngấu một phần (partial joint penetration - PJP) [15] khi đĩ mối hàn thiếu ngấu dạng này được xem như đặc điểm kỹ thuật chấp nhận khơng phải là lỗi khuyết tật.
a) Vị trí xuất hiện khuyết tật b) Phát hiện khuyết tật bằng phim chụp ảnh bức xạ
Hình 1.16: Khơng thấu hồn tồn [7] 1.2.3.2 Khơng thấu chân 1.2.3.2 Khơng thấu chân
Hiện tượng kim loại mối hàn ở lớp chân khơng xuyên ngấu qua mặt sau của kim loại cơ bản, khuyết tật dạng này chỉ xuất hiện ở mối hàn với yêu cầu ngấu hồn
Khơng thấu hồn tồn (Incomplete penetration)
Khơng thấu (Lack penetration)
Khơng thấu chân (Incomplete root fusion)
Vị trí khuyết tật
tồn. Khuyết tật này xuất hiện trên phim chụp ảnh bức xạ với một vệt đen tối thẳng đều. Khi kiểm tra bằng siêu khuyết tật cho gai tương tự dạng nứt nhưng cột sĩng cao và đều hơn.
a) Vị trí xuất hiện khuyết tật b) Phát hiện khuyết tật bằng X quang
Hình 1.17: Khuyết tật khơng thấu chân [7] 1.2.4 Khuyết tật rỗ khí/hốc khí (Porosity) 1.2.4 Khuyết tật rỗ khí/hốc khí (Porosity)
Hiện tượng các khí sinh ra trong q trình hàn hoặc trong quá trình kim loại mối hàn đơng đặc bị lẫn vào mối hàn. Rỗ khí cĩ thể sinh ra ở bên trong hoặc ở bề mặt mối hàn. Rỗ khí cĩ thể nằm ở phần ranh giới giữa kim loại cơ bản và kim loại đắp.
Rỗ khí cĩ thể phân phối tập trung hoặc nằm rời rạc trong mối hàn. Sự tồn tại của rỗ khí trong liên kết hàn sẽ làm giảm tiết diện làm việc, giảm cường độ chịu lực và độ kín của liên kết, theo tiêu chuẩn BS EN ISO 6520-1[15] phân chia các khuyết tật rỗ khí thành các dạng sau:
Hình 1.18: Phân loại khuyết tật rỗ khí theo BS EN [15]
a) Rỗ khí phân bố đều b) Tập trung thành chùm c) Thành đường
Hình 1.19: Các dạng khuyết tật rỗ khí Rỗ khí Rỗ khí (Porosity) Từ các hốc bẫy khí (gas porosity) Do co ngĩt (Shrinkage porosity) Rỗ khí bị cơ lập (isolated) Rố khí phân bố đều (uniformly distributed porosity) Rỗ khí tập trung thành chùm (clustered porosity) Rỗ khí tập trung thành đường (linear porosity) Rỗ thành khoang dài (elongated cavity) Rỗ khí dạng lỗ sâu (worm-hole) Rỗ khí trên mặt (surface pore)
Rỗ khí phân nhánh (interdendritic shrinkage) Rỗ khí rãnh hồ quang (crater pipe) Rỗ khí vi mơ (microshrinkage)
Rỗ khí cĩ thể nằm trong các dạng sau: - Bị phân bố cơ lập rời rạc (isolated). - Phân bố đồng điều
- Tập trung dạng chùm
- Nhiều lỗ tập trung thành dạng đường - Thành khoang kéo dài
- Thành các lỗ nổi trên bề mặt mối hàn
Nhìn chung rỗ khí cho phản xạ sĩng siêu âm rất kém, khi di chuyển đầu dị kích thước khuyết tật hầu như khơng đổi, nếu xung báo là một nhĩm xung nhỏ và cĩ nhiều xung thì cĩ thể đĩ là khuyết tật rỗ khí chùm.
Hình 1.20: Rỗ khí bên trong mối hàn 1.2.4.1 Rỗ khí dạng lỗ sâu 1.2.4.1 Rỗ khí dạng lỗ sâu
Hiện tượng các rỗ khí hình thành trong quá trình đơng đặc, khuyết tật dạng này thường cĩ thể tập trung đơn lẻ hoặc theo nhĩm. Các khuyết tật kéo dài cĩ thể được nhìn thấy như dạng xương cá trên phim chụp ảnh bức xạ.
1.2.4.2 Rỗ khí trên bề mặt mối hàn
Hiện tượng các rỗ khí hình thành trong q trình hàn hoặc trong quá trình đơng đặc, chúng nổi trên bề mặt mối hàn phá vỡ liên kết bề mặt. Các khuyết tật này cĩ thể được nhìn thấy trực tiếp bằng mắt nhưng khơng xác định rõ các kích thước, hình 1.22 trình bày khuyết tật dạng này. Khuyết tật trên phim chụp ảnh bức xạ cĩ dạng hình trịn với đường viền sắc nét, các lỗ phân bố ngẫu nhiên cĩ khuynh hướng tiến về phần gia cường của mối hàn.
Hình 1.22: Rỗ khí trên bề mặt mối hàn [7] 1.2.4.3 Rỗ khí rãnh hồ quang 1.2.4.3 Rỗ khí rãnh hồ quang
Hiện tượng các rỗ khí hình thành trong q trình đơng đặc mối hàn ở vị trí điểm cuối đường hàn (crater), chúng nổi trên bề mặt mối hàn phá vỡ liên kết bề mặt. Các khuyết tật này cĩ thể nhìn thấy bằng trực tiếp bằng mắt nhưng khơng xác định rõ các kích thước, hình 1.23 trình bày khuyết tật dạng này.
1.2.5 Nứt (Cracks)
Một khuyết tật nứt được tạo ra bởi một vết vỡ gây ra sự bất liên tục trên mối hàn hoặc trên vùng kim loại lân cận mối hàn khi mối hàn đơng đặc. Vết nứt là một trong những khuyết tật nghiêm trọng nhất của liên kết hàn. Nứt cĩ thể xuất hiện trên bề mặt mối hàn, trong mối hàn và ở vùng ảnh hưởng nhiệt. Trong quá trình sử dụng cấu kiện hàn, nếu mối hàn cĩ vết nứt thì vết nứt đĩ sẽ rộng dần ra làm cho kết cấu bị hỏng.Vết nứt cĩ thể xuất hiện ở các nhiệt độ khác nhau.
Các vết nứt cĩ thể cĩ các kích thước khác nhau, cĩ thể là nứt tế vi hay nứt thơ đại. Các vết nứt thơ đại cĩ thể gây phá hủy kết cấu ngay khi làm việc. Các vết nứt tế vi, trong quá trình làm việc của kết cấu sẽ phát triển rộng dần ra tạo thành các vết nứt thơ đại.
Cĩ thể phát hiện bằng mắt thường hoặc đo với kính lúp đối với vết nứt thơ đại và nằm ở bề mặt liên kết hàn. Đối với vết nứt tế vi và nằm bên trong mối hàn cĩ thể dùng các phương pháp kiểm tra như siêu âm, từ tính, chụp ảnh bức xạ, v.v... để xác định chúng.
Hình 1.24: Phân loại khuyết tật nứt [15]
Sơ đồ phân chia vùng ảnh hưởng nhiệt đến kim loại mối hàn và kim loại cơ bản như sau:
Nứt theo bản chất - Nứt nĩng - Nứt nguội - Nứt tầng Nứt theo vị trí - Vùng ảnh hưởng nhiệt - Trên mối hàn
- Trên loại cơ bản Nứt theo hình dạng - Nứt dọc - Nứt ngang - Nứt tia(hình sao ) - Nứt rãnh hồ quang - Nứt thành nhĩm - Nứt phân nhánh Phân loại nứt
Hình 1.25: Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) 1.2.5.1 Nứt dọc 1.2.5.1 Nứt dọc
Hiện tượng các vết nứt chạy dọc theo trục mối hàn, các vết nứt này cĩ thể xuất hiện trên kim loại cơ bản, vùng ảnh hưởng nhiệt, chân mối hàn và trên mối hàn. Các vết nứt được phát hiện trên phim chụp ảnh bức xạ là một vết đen và cho một sĩng thẳng trên màn hình siêu âm.
Hình 1.26: Các vị trí thường xuất hiện vết nứt dọc
A )Nứt bên trong b) Nứt trên bề mặt c) Phát hiện bằng chụp ảnh bức xạ
Hình 1.27: Vị trí thường xuất hiện các vết nứt dọc [7]
Kim loại cơ bản
Vùng ảnh hưởng nhiệt Trên mối hàn
1.2.5.2 Nứt ngang
Hiện tượng các vết nứt chạy vuơng gĩc theo trục mối hàn, các vết nứt này cĩ thể xuất hiện trên kim loại cơ bản, vùng ảnh hưởng nhiệt và trên mối hàn. Các vết nứt được phát hiện trên phim chụp ảnh bức xạ là một vết đen và cho một sĩng thẳng trên màn hình siêu âm. Tuy nhiên dạng nứt này thường cho tín hiệu sĩng phản xạ siêu âm rất kém do bề mặt vết nứt gần như song song với chùm sĩng âm.
Hình 1.28: Các vị trí thường xuất hiện vết nứt ngang
a) Nứt ngang b) Phát hiện bằng chụp ảnh bức xạ
Hình 1.29: Vị trí các vết nứt ngang [7]
1.2.5.3 Nứt tia
Hiện tượng các vết nứt xuất phát từ một vị trí và bị phân thành nhiều vết nứt ra mọi hướng, nứt tia và nứt hình sao về cơ bản là giống nhau, các vết nứt này cĩ thể xuất hiện trên kim loại cơ bản, vùng ảnh hưởng nhiệt và trên mối hàn. Các vết nứt được phát hiện trên phim chụp ảnh bức xạ là một vết đen hình sao và thường cho tín hiệu sĩng phản xạ siêu âm rất kém.
Kim loại cơ bản Trên mối hàn
Vùng ảnh hưởng nhiệt
Hình 1.30: Các vị trí thường xuất hiện vết nứt tia
1.2.5.4 Nứt rãnh hồ quang hàn
Hiện tượng các vết nứt xuất hiện ở điểm cuối mối hàn, chỉ xuất hiện tại rãnh hồ quang và ở trên bề mặt mối hàn, đơi khi vết nứt cĩ thể lan rộng đến vùng ảnh hưởng. Các vết nứt được phát hiện trên phim chụp ảnh bức xạ là một vết đen.
Hình 1.31: Vị trí vết nứt rãnh hồ quang 1.2.5.5 Nứt theo bản chất 1.2.5.5 Nứt theo bản chất
- Nứt nĩng (hot cracks): xuất hiện trong quá trình kết tinh của liên kết hàn khi nhiệt độ cịn khá cao (trên 10000C). Các vết nứt cĩ thể xuất hiện ở giữa mối hàn (centerline) hoặc ở vùng ảnh hưởng nhiệt.
- Nứt lạnh (cold cracks): là các vết nứt xuất hiện sau khi mối hàn nguội. Cĩ thể xuất hiện khoảng vài giờ hoặc vài ngày sau khi hàn.
- Nứt tầng
- Nứt kết tủa (precipitation induced cracks): nứt do các hợp chất kết tủa trong quá trình hàn.
Kim loại cơ bản
Trên mối hàn Vùng ảnh hưởng nhiệt
- Nứt cắt lớp (lamellar tearing): nứt cĩ dạng phân lớp trên kim loại mối hàn, nứt cắt lớp thường xuất hiện trong thép cán (chủ yếu là thép tấm), đặc điểm nhận dạng là vết nứt cĩ dạng hình bậc thang, các vết nứt này xuất hiện ở khắp nơi.
Hình 1.32: Nứt cắt lớp ở chân mối hàn [7]
1.2.6 Khuyết tật mối hàn chưa hoàn thiện và sai lệch về hình dạng, kích thước
Là các khuyết tật xảy ra khi hình dạng mối hàn và mối ghép chưa hồn thành như mong muốn giữa thực tế và thiết kế. Các khuyết tật này đơi khi ảnh hưởng đến mối hàn trong quá trình sử dụng, nhưng đơi khi chúng khơng gây ảnh nghiêm trọng đến mối hàn. Các khuyết tật này đơi khi được chấp nhận tồn tại trong mối ghép hàn nếu chúng được chứng minh sẽ khơng gây ảnh hưởng đến mối ghép khi đưa vào sử dụng. Các khuyết tật thuộc dạng này thường là:
1.2.6.1 Cháy thủng (Burn-Through)