5.5.1 Cấu trỳc thụ đại của liờn kết hàn tổng đoạn
Sau khi hàn xong cả 2 lớp, tiến hành cắt mẫu bằng mỏy cƣa cần ở kớch thƣớc phự hợp với gỏ mẫu của thiết bị hiển vi quang học, sau đú mài phẳng và đỏnh búng mẫu bằng giấy rỏp ở cỏc cỡ hạt khỏc nhau rồi tiến hành chụp ảnh bằng mỏy ảnh thụng thƣờng sẽ nhận đƣợc cỏc kết quả về cấu trỳc thụ đại của liờn kết hàn tổng đoạn nhƣ thể hiện trờn Hỡnh 5. 45dƣới đõy.
Hỡnh 5. 45 Cấu trỳc thụ đại của liờn kết hàn tổng đoạn
Xem xột trờn một loạt cỏc tiết diện ngang của liờn kết hàn tổng đoạn khi hàn bằng bộ thụng số chế độ hàn nhƣ Bảng 4- 1, Bảng 4- 2 thấy rằng: Mối hàn khụng bị rỗng hay rỗ khớ, khụng ngậm xỉ, khụng bị nứt. Khi hàn với chế độ hàn đó chọn thỡ liờn kết hàn nhận
103 đƣợc cũng khụng bị khuyết tật hỡnh dỏng nhƣ khụng ngấu, chỏy cạnh hay chảy tràn,... Sự chuyển tiếp từ KLMH đến KLCB tƣơng đối đều đặn và liờn tục – nghĩa là liờn kết hàn đạt đƣợc hỡnh dỏng phự hợp.
Kết quả phõn tớch trờn Hỡnh 5. 45cũng cho thấy rằng đƣờng hàn lút cú độ hạt mịn hơn so với đƣờng hàn phủ. Điều này cú thể hiểu đƣợc vỡ đƣờng hàn lút cú năng lƣợng đƣờng bộ hơn, trong khi nú lại đƣợc thực hiện trƣớc nờn tốc độ nguội sẽ nhanh hơn dẫn đến cấu trỳc hạt kim loại sẽ mịn hơn. Ngƣợc lại, đƣờng hàn phủ (phớa trờn) do phải thực hiện với năng lƣợng đƣờng lớn kốm với biờn độ dao động ngang lớn để bảo đảm điền đầy rónh hàn, nờn tốc độ nguội của đƣờng hàn này sẽ chậm hơn và kết quả là cấu trỳc hạt kim loại trong đƣờng hàn phủ sẽ thụ hơn. Trong trƣờng hợp này cú thể thấy phõn bố và cấu trỳc của đƣờng hàn phủ gần giống với cấu trỳc của vật đỳc.
Trờn Hỡnh 5. 45cũng cho thấy rừ cỏc vựng ảnh hƣởng nhiệt (HAZ) khi hàn 2 lớp liờn kết tổng đoạn nghiờn cứu. Nhỡn chung, vựng ảnh hƣởng nhiệt trong trƣờng hợp này khỏ lớn. Điều này cú thể hiểu đƣợc vỡ liờn kết hàn đƣợc thực hiện ở năng lƣợng đƣờng khỏ lớn. Tuy nhiờn với mỏc thộp A36 cú tớnh hàn tốt nờn ảnh hƣởng của vựng HAZ đến cơ tớnh mối hàn khụng lớn lắm, do vậy cú thể ƣu tiờn sử dụng năng lƣợng đƣờng lớn để đạt đƣợc năng suất cao. Kết quả trờn Hỡnh 5. 45cũng cho thấy rằng phần lớn KLMH của đƣờng hàn đỏy trở thành vựng HAZ của lớp hàn phủ.
5.5.2 Cấu trỳc tế vi của liờn kết hàn tổng đoạn
Sau khi chụp ảnh tổ chức thụ đại của liờn kết hàn, tiến hành chụp ảnh tế vi trờn hệ thống kớnh hiển vi quang học ở độ phúng đại 100 lần, ta nhận đƣợc cỏc kết quả dƣới đõy.
5.5.2.1 Cấu trỳc tế vi của đường hàn đỏy
Cấu trỳc tế vi ở 3 vựng đặc trƣng của đƣờng hàn đỏy đƣợc thể hiện trờn Hỡnh 5. 46, trong đú vựng D1 thuộc kim loại cơ bản (KLCB) và nằm sỏt vựng HAZ của đƣờng hàn đỏy, vựng D2 thuộc vựng HAZ, cũn vựng D3 gồm vựng HAZ và một phần của kim loại mối hàn (KLMH). Kết quả phõn tớch kim tƣơng học tại 3 vựng này cho thấy rằng kim loại cú tổ chức ferrite – pearlite với hỡnh dạng và cỡ hạt khỏc nhau.
Hỡnh ảnh trờn Hỡnh 5. 46b cho thấy rằng, ở phớa bờn trỏi cỏc hạt kim loại sắp xếp cú tớnh định hƣớng theo thớ, cũn ở vựng sỏt mộp bờn phải thỡ cấu trỳc thớ dần mờ nhạt. Điều này cú thể hiểu đƣợc bởi vỡ vựng D1 ở xa vựng HAZ nờn cấu trỳc kim loại khụng bị thay đổi mà vẫn bảo toàn cấu trỳc thớ do cỏn của KLCB. Kết quả phõn tớch cũng cho biết rằng kớch thƣớc hạt kim loại trong KLCB là tƣơng đối nhỏ - nghĩa là KLCB cú cấu trỳc hạt khỏ mịn nờn cú cơ tớnh cao.
Hỡnh 5. 46c là cấu trỳc tế vi vựng HAZ của đƣờng hàn đỏy. Chỳng ta thấy rằng cấu trỳc thớ đó hoàn toàn biến mất – nghĩa là tại vựng này đó cú sự định hỡnh lại cấu trỳc kim loại. Ở phớa bờn trỏi Hỡnh 5. 46c, cỏc hạt kim loại tuy đó mất tớnh định hƣớng theo thớ nhƣng kớch thƣớc của chỳng cũn nhỏ nờn cơ tớnh vẫn cao tƣơng đƣơng với KLCB. Trong khi đú ở phớa bờn phải Hỡnh 5. 46c cho thấy rất rừ sự ảnh hƣởng của nhiệt hàn đến cấu trỳc kim loại. Tại đõy tổ chức kim loại vẫn là ferrite – pearlite nhƣng ở dạng tổ chức quỏ nhiệt (vitmantet), thể hiện bằng cỏc hạt ferrite hỡnh kim đõm xuyờn vào cỏc hạt pearlite. Cấu trỳc hạt kim loại tại khu vực này cũng khỏ thụ.
Trờn Hỡnh 5. 46d là cấu trỳc tế vi của vựng HAZ và KLMH đƣờng hàn đỏy. Chỳng ta thấy rất rừ một đƣờng viền chảy phõn chia vựng D3 thành 2 khu vực. Ở phớa bờn trỏi đƣờng viền chảy là vựng HAZ ở dạng tổ chức quỏ nhiệt với cấu trỳc hạt thụ, cỏc hạt đa cạnh khỏ đều nhau. Vựng này đƣợc dự bỏo sẽ cú cơ tớnh bị suy giảm. Ở phớa bờn phải đƣờng viền chảy là vựng KLMH và cũng cú tổ chức ferrite – pearlite, nhƣng cỏc hạt kim
104 loại cú dạng hỡnh kim nhỏ và quay hƣớng về phớa tõm của đƣờng hàn. Cấu trỳc này gần giống với cấu trỳc của vật đỳc.
a) Cỏc vựng khảo sỏt của đường hàn đỏy b) Cấu trỳc tế vi của vựng D1( x100)
c) Cấu trỳc tế vi của vựng D2 (x100) d) Cấu trỳc tế vi của vựng D3 (x100) Hỡnh 5. 46Cấu trỳc tế vi của đường hàn đỏy
105 Ở độ phúng đại 500 lần, cấu trỳc tế vi của vựng D2 thuộc đƣờng hàn đỏy đƣợc thể hiện trong Hỡnh 5. 47. Kết quả phõn tớch kim tƣơng học cho thấy rằng tổ chức kim loại tại vựng này là hỗn hợp của ferrite và pearlite, trong đú pearlite và ferrite phõn bố khỏ đều nhau. Cỏc hạt ferrite tại vựng này cú tớnh định hƣớng rừ rệt (cỏc hạt ferrite cú cấu trỳc dài cạnh và đõm xuyờn vào pearlite), điều này cú thể hiểu đƣợc vỡ kim loại vựng này cú tốc độ nguội lớn. Kết quả cũng cho thấy rằng cấu trỳc kim loại vựng này giống với tổ chức quỏ nhiệt khi hàn.
5.5.2.2 Cấu trỳc tế vi của vựng gianh giới giữa 2 đường hàn
Trong cỏc mối hàn nhiều lớp, kim loại trong vựng gianh giới giữa 2 đƣờng hàn biến đổi phức tạp nhất do chu trỡnh nhiệt tại đõy liờn tục thay đổi theo chu kỳ hàn cỏc đƣờng hàn sau. Cấu trỳc tế vi của vựng gianh giới giữa 2 đƣờng hàn khi hàn liờn kết hàn tổng đoạn nghiờn cứu trong luận ỏn này đƣợc thể hiện trờn Hỡnh 5. 48 dƣới đõy.
a) Cỏc vựng khảo sỏt tại gianh giới giữa 2 đường hàn
b) Cấu trỳc tế vi của vựng G1( x100)
c) Cấu trỳc tế vi của vựng G2 (x100) d) Cấu trỳc tế vi của vựng G3 (x100) Hỡnh 5. 48 Cấu trỳc tế vi của vựng gianh giới giữa 2 đường hàn
Trờn Hỡnh 5. 48b là cấu trỳc tế vi của vựng G1 thuộc KLCB gần sỏt với vựng HAZ (tƣơng tự với vựng D1 của đƣờng hàn đỏy nờu trờn). Với cựng một độ phúng đại nhƣ nhau, chỳng ta thấy rằng kớch thƣớc hạt kim loại trong vựng G1 lớn rất nhiều so với cỏc hạt kim loại trong vựng D1. Cấu trỳc kim loại trong vựng G1 cũng khụng cũn ở dạng thớ nữa mà thay vào đú cỏc hạt kim loại phõn bố đều và khụng cú tớnh định hƣớng. Điều này cú thể hiểu đƣợc do kim loại vựng G1 đƣợc cấp rất nhiều nhiệt. Khi mới chỉ hàn đƣờng thứ nhất (đƣờng hàn đỏy), kim loại tại vựng G1 và D1 sẽ cú cấu trỳc nhƣ nhau. Nhƣng khi hàn tiếp
106 đƣờng hàn phủ (với năng lƣợng đƣờng lớn), do vựng G1 nằm sỏt đƣờng hàn phủ nờn sẽ nhận đƣợc nhiều nhiệt truyền đến hơn so với vựng D1. Kết quả là trong vựng G1 cỏc hạt kim loại sẽ tiếp tục sỏp nhập vào nhau thành hạt thụ hơn.
Hỡnh 5. 48c là cấu trỳc tế vi của kim loại vựng G2 thuộc vựng HAZ tƣơng tự nhƣ vựng D2 nờu trờn. Khỏc biệt cơ bản ở đõy là kim loại vựng G2 bị ảnh hƣởng nhiệt 2 lần. Khi mới chỉ hàn đƣờng thứ nhất (đƣờng hàn đỏy), kim loại tại vựng G2 và D2 sẽ cú cấu trỳc nhƣ nhau. Nhƣng khi hàn tiếp đƣờng hàn phủ (với năng lƣợng đƣờng lớn), do vựng G2 nằm sỏt đƣờng hàn phủ nờn sẽ nhận đƣợc nhiều nhiệt truyền đến hơn so với vựng D2.
Trờn Hỡnh 5. 48d là cấu trỳc tế vi của kim loại vựng G3. Kim loại tại vựng này thuộc mối hàn của đƣờng hàn đỏy nhƣng lại là vựng HAZ của đƣờng hàn phủ - nghĩa là kim loại tại đõy vừa kết tinh từ pha lỏng xong lại bị HAZ tiếp theo. Kết quả phõn tớch nhận đƣợc trờn Hỡnh 5. 48d cho thấy rằng tổ chức kim loại vựng này cũng là ferrite – pearlite nhƣ khu vực KLMH của vựng D3, nhƣng tớnh định hƣớng khụng cũn và cỏc hạt thụ hơn.
Hỡnh 5. 49 Cấu trỳc tế vi của vựng gianh giới giữa 2 đường hàn tại vị trớ G2 (x500)
Kết quả phõn tớch kim tƣơng học ở độ phúng đại 500 lần của vựng G2 thuộc vựng gianh giới giữa hai đƣờng hàn đƣợc thể hiện trong hỡnh 5.49. Tại đõy tổ chức kim loại nhận đƣợc cũng là hỗn hợp của ferrite và pearlite. Cỏc hạt ferrite tại vựng này cú dạng đa cạnh, nghĩa là khụng cú tớnh định hƣớng. Nguyờn nhõn là vỡ kim loại vựng này đƣợc cấp nhiệt bổ sung khi hàn đƣờng hàn phủ nờn sẽ xảy ra hiện tƣợng kết tinh lại và chỳng cú tốc độ nguội tƣơng đối thấp.
5.5.2.3 Cấu trỳc tế vi của đường hàn phủ
Giống nhƣ đƣờng hàn đỏy, đƣờng hàn phủ cũng cú 3 vựng đặc trƣng và đƣợc thể hiện ở Hỡnh 5. 50 dƣới đõy, trong đú vựng T1 gồm một phần của KLMH và vựng HAZ, vựng T2 thuộc vựng HAZ, cũn vựng T3 thuộc KLCB và nằm sỏt vựng HAZ của đƣờng hàn phủ. Kết quả phõn tớch kim tƣơng học tại 3 vựng này cho thấy rằng kim loại cú tổ chức ferrite – pearlite với hỡnh dạng và cỡ hạt rất khỏc nhau do sự tỏc động của nhiệt hàn.
107 Trờn Hỡnh 5. 50b là cấu trỳc tế vi của vựng T1, gồm một phần KLMH và vựng HAZ của đƣờng hàn phủ tƣơng tự nhƣ vựng D3 của đƣờng hàn đỏy. Chỳng ta thấy rừ một đƣờng viền chảy phõn chia vựng T1 thành 2 khu vực. Ở phớa bờn trỏi của đƣờng viền chảy là vựng KLMH với tổ chức ferrite – pearlite. Cỏc hạt kim loại cú dạng hỡnh kim ngắn và thụ nằm quay hƣớng về phớa tõm của đƣờng hàn, giống với cấu trỳc của vật đỳc. Sở dĩ chỳng cú dạng thụ hơn nhiều so với đƣờng hàn đỏy là do đƣờng hàn phủ đƣợc thực hiện với năng lƣợng đƣờng lớn do dũng hàn lớn và thực hiện ở tốc độ chậm. Cũn ở phớa bờn phải của đƣờng viền chảy là vựng HAZ ở dạng tổ chức quỏ nhiệt với cấu trỳc hạt thụ. Vựng này đƣợc dự bỏo sẽ cú cơ tớnh bị suy giảm khỏ nhiều.
a) Cỏc vựng khảo sỏt của đường hàn phủ b) Cấu trỳc tế vi của vựng T1( x100)
c) Cấu trỳc tế vi của vựng T2 (x100) d) Cấu trỳc tế vi của vựng T3 (x100) Hỡnh 5. 50Cấu trỳc tế vi của đường hàn phủ
Hỡnh 5. 50clà cấu trỳc tế vi của vựng HAZ của đƣờng hàn phủ. Hỡnh ảnh ở phớa bờn trỏi cho thấy rất rừ sự ảnh hƣởng của nhiệt hàn đến cấu trỳc kim loại. Tại đõy tổ chức kim loại là ferrite – pearlite nhƣng ở dạng quỏ nhiệt, thể hiện bằng cỏc hạt ferrite hỡnh kim xuyờn vào cỏc hạt pearlite. Đặc biệt là cấu trỳc hạt kim loại tại khu vực này khỏ thụ do hiện tƣợng sỏp nhập hạt kim loại gõy ra. Cũn ở phớa bờn phải, cỏc hạt kim loại tuy đó mất tớnh định hƣớng theo thớ nhƣng kớch thƣớc của chỳng cũn nhỏ.
Hỡnh ảnh trờn Hỡnh 5. 50dcho thấy rằng, ở vựng sỏt mộp bờn trỏi cỏc hạt kim loại khỏ thụ và sắp xếp hỗn độn, trong khi tiến sang phớa bờn phải thỡ cỏc hạt kim loại dần dần sắp xếp cú tớnh định hƣớng theo thớ. Điều này cú thể hiểu đƣợc bởi vỡ vựng T3 nằm ở xa vựng HAZ nờn cấu trỳc kim loại khụng bị thay đổi nhiều. So với vựng D1 của đƣờng hàn đỏy, kim loại trong vựng T3 của đƣờng hàn phủ cú kớch thƣớc thụ hơn nhiều. Điều này đƣợc lý giải rằng do đƣờng hàn phủ cú năng lƣợng đƣờng lớn nờn nhiệt từ vũng hàn truyền sang vựng T3 nhiều hơn, tạo điều kiện cho cỏc hạt kim loại sỏp nhập với nhau dễ dàng hơn.
108
Hỡnh 5. 51 Cấu trỳc tế vi của đường hàn phủ tại vị trớ T2 (x500)
Cấu trỳc tế vi của vựng T2 thuộc vựng AHN của đƣờng hàn phủ ở độ phúng đại 500 lần đƣợc thể hiện trong Hỡnh 5. 51. Kết quả phõn tớch kim tƣơng học cho thấy rằng tổ chức kim loại tại vựng này cũng là hỗn hợp của ferrite và pearlite, trong đú pearlite và ferrite phõn bố khỏ đều. Ở sỏt mối hàn cỏc hạt ferrite mất tớnh định hƣớng, cũn ở sỏt KLCB thỡ cỏc hạt ferrite cú cấu trỳc dài cạnh hơn. Kết quả này đƣợc giải thớch rằng, do hàn đƣờng hàn phủ với năng lƣợng đƣờng lớn nờn kim loại vựng AHN tại vựng nằm sỏt mối hàn sẽ cú tốc độ nguội rất thấp, cũn tại vựng nằm sỏt KLCB sẽ cú tốc độ nguội lớn hơn.
5.5.2.4 Độ cứng tế vi của liờn kết hàn
a) Cỏc vị trớ đo độ cứng tế vi trờn liờn kết hàn b) Độ cứng tế vi theo đường H1( x250)
c) Độ cứng tế vi theo đường H2 (x250) d) Độ cứng tế vi theo đường H3 (x250) Hỡnh 5. 52 Độ cứng tế vi của liờn kết hàn
109 Cỏc kết quả kiểm tra độ cứng tế vi tại cỏc vựng đặc trƣng của liờn kết hàn tổng đoạn vỏ tàu nghiờn cứu trong luận ỏn này đƣợc thể hiện trong Hỡnh 5. 52.
Vị trớ tiến hành đo độ cứng tế vi trong liờn kết hàn giỏp mối tổng đoạn vỏ tàu thuộc về vựng HAZ – nơi đƣợc dự đoỏn cú độ cứng cao. Tỏc giả tiến hành đo độ cứng tế vi dọc theo 3 đƣờng H1, H2 và H3, trong đú:
- Đƣờng H1 thuộc vựng HAZ của đƣờng hàn phủ và nằm gần sỏt mộp trờn của tấm thộp.
- Đƣờng H2 thuộc vựng HAZ gianh giới giữa 2 đƣờng hàn. - Đƣờng H3 thuộc vựng HAZ của đƣờng hàn đỏy.
Bảng 5- 6 Kết quả đo độ cứng tế vi của liờn kết hàn tổng đoạn vỏ tàu thủy
Đƣờng Độ cứng tế vi [HV]
Vị trớ 1 Vị trớ 2 Vị trớ 3 Vị trớ 4 Vị trớ 5 Vị trớ 6
H1 178 175 179 182 - -
H2 182 186 176 169 166 164
H3 166 178 167 - - -
5.6. Thiết lập bộ thụng số cụng nghệ hàn Auto - FCAW phự hợp cho liờn kết hàn tổng đoạn vỏ tàu cho liờn kết hàn tổng đoạn vỏ tàu
Xuyờn suốt toàn bộ quỏ trỡnh nghiờn cứu lý thuyết, mụ phỏng số và thực nghiệm liờn kết hàn giỏp mối một phớa nối tổng đoạn vỏ tàu theo phạm vi và cỏc nhiệm vụ nghiờn cứu của đề tài luận ỏn; cỏc kết quả thu đƣợc đó đỏp ứng đƣợc mục tiờu đề ra. Dựa trờn trờn cỏc kết quả nghiờn cứu ở trờn, đó xỏc định đƣợc bộ thụng số cụng nghệ hàn hợp lý ỏp dụng để hàn liờn kết hàn giỏp mối một phớa nhiều lớp, cú lút đỏy, thộp hợp kim thấp độ bền cao cấp A (A36) bằng quỏ trỡnh hàn Auto-FCAW nhƣ thể hiện trong Bảng 5- 7 và Bảng 5- 8.
Bảng 5- 7 Bộ thụng số cụng nghệ hàn đường hàn đỏy
TT Thụng số Giỏ trị Dung sai Ghi chỳ
1 Vật liệu cơ bản: Thộp chế tạo vỏ tàu cấp A 2 Dõy hàn: E 71T-1, đƣờng kớnh 1,2 mm 3 Cỏc thụng số mối ghộp Gúc rónh hàn α 450 10 Khe hở mối ghộp a 6 mm - 1 Phạm vi chiều dày t 10 25 mm 4 Gúc độ mỏ hàn Gúc di chuyển mỏ hàn 750 - 50 Gúc làm việc mỏ hàn β 900 10 5 Vị trớ hàn Hàn đứng từ dƣới lờn (3G-u) a t
110 6 Dao động đầu hàn
Dao động đầu hàn theo kiểu răng cƣa
Tần số dao động fh 2,8 Hz 0,2