II.(3) Vật liệu trong công nghệ hàn

Thứ năm, 05/03/2020, 14:24 GMT+7
  • zalo

VẬT LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ HÀN

 

KHÁI NIỆM VẬT LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ HÀN:

- Tất cả các vật liệu, vật tư cấu thành mối hàn (cần thiết để tạo thành mối hàn) được gọi chung là vật liệu. Trong đó các chi tiết rời lẻ ban đầu của liên kết hàn được gọi là vật liệu cơ bản (VLCB). Còn vật liệu hàn (VLH) là tên gọi chung cho tất cả các vật liệu còn lại như que hàn hoặc dây hàn, thuốc hàn, khí bảo vệ, vật liệu phụ, điện cực không nóng chảy... VLCB cũng như VLH rất đa dạng và đặc biệt VLCB quyết định VLH và dựa vào VLCB để xác định phương pháp CNH và tính toán chế độ công nghệ hàn (CĐCNH).

 

1. Vật liệu cơ bản:

- Trong thực tế sản xuất, thép là vật liệu được dùng nhiều nhất và đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi ngành sản xuất công nghiệp để tạo LKH. Thép là hợp kim của Sắt và Cacbon cùng với các nguyên tố hợp kim (NTHK) khác. Trong đó Cacbon chỉ chiếm từ 0,08% đến dưới 2,1%.
- Ngày nay có hàng trăm loại thép khác nhau, chúng ta có thể chia tương đối thành các nhóm. Ví dụ: thép không gỉ, thép đen. Thép đen cũng có hàng trăm loại nhưng cũng có thể chia thành 3 nhóm trên cơ sở hàm lượng Cacbon: thép Cacbon thấp C ≤ 0,1 %, thép Cacbon trung bình C < 0,45 %, thép Cacbon cao C ≥ 0,45 %.
- Theo hàm lượng và bản chất các nguyên tố hợp kim, người ta chia thép thành các nhóm: thép hợp kim, thép hợp kim thấp (trung bình, cao ), thép Mangan, thép Crôm, thép Silic,…
- Ngoài thép trong thực tế còn phải chế tạo các loại LKH hoặc các kết cấu hàn từ kim loại màu: như Al, Cu, Ni, Ti,… các hợp kim của chúng, bimetal.

 

2. Gang và thép cacbon:

a. Giản đồ trạng thái Sắt - Cacbon:

1

H. 1. Giản đồ trạng thái Fe-C


- Một số đường  có ý nghĩa quan trọng như sau:
► ABCD là đường lỏng để xác định nhiệt độ chảy lỏng hoàn toàn hay bắt đầu kết tinh.
► AHJECF là đường đặc để xác định nhiệt độ bắt đầu nóng chảy hay kết thúc kết tinh.
► ECF(11470C) là đường cùng tinh, xảy ra các phản ứng cùng tinh(eutectic).
► PSK(7270C) là đường cung tích, xảy ra các phản ứng cùng tích(eutectoid).
► ES: Giới hạn hoà tan cacbon trong Fe.
► PQ: Giới hạn hoà tan cacbon tronh Fe.

b. Gang:
Hợp kim Fe-C chứa C ≥ 2,14 và một số tạp chất khác (Mn, Si, Ni, Zn, …. Sẽ trình bày kỹ hơn trong các phần sau)

c. Thép:
- Thép là hợp kim Fe-C với hàm lượng C < 2,14 % ( xem H. 1). Trong giản đồ H.1 trình bày tổ chức của hợp kim Fe-C phụ thuộc vào hàm lượng C và nhiệt độ. Tính chất của thép phụ thuộc nhiều yếu tố khác nhau: thành phần C (hoặc các thành phần hợp kim khác như Mn, Si, Cr, Ni,…), chế độ và công nghệ nhiệt luyện.   

Trong thép cacbon, ngoài C còn có các nguyên tố hợp kim( NTHK) khác thường gặp nhất là Mn, Si, Cr, Ni, P, S, Ti, Cu,… với hàm lượng nhỏ chưa đủ đóng vai trò quyết định các tính chất cơ bản của thép.

 

3. Phân loại thép:

- Có thể phân loại thép cacbon theo nhiều cách khác nhau:

a. THEO PHƯƠNG PHÁP LUYỆN KIM:

+    Thép Mactanh – là thép được luyện trong lò Mactanh; 
+    Thép lò chuyển; 
+    Thép lò điện. 

b. THEO PHƯƠNG PHÁP KHỬ OXY:

+   Thép sôi – thép không khử oxy triệt để.
+   Thép lắng – thép được khử oxy triệt để, do đó có chất lượng cao hơn thép sôi.

c. THEO HÀM LƯỢNG CÁCBON:

+   Thép Cacbon  thấp: C < 0,25%, 
+   Thép Cacbon  trung bình: C = (0,25 – 0,6%), 
+   Thép Cacbon  cao: chứa hàm lượng   C > 0,45%.

d. THEO CÔNG DỤNG:

♦ Thép thông dụng gồm:
+ Nhóm A: chỉ quy định theo cơ tính (độ bền, độ cứng , độ dẻo,…) ký hiệu: CT31, CT33, CT38, CT61….
+ Nhóm B: chỉ quy định thành phần hóa học mà không quy định theo cơ tính; ký hiệu BCT31, BCT33, BCT38, BCT61,…
+ Nhóm C: quy định cả cơ tính và thành phần; ký hiệu CCT31, CCT33, CCT38, CCT61,…
Thép thông dụng nói chung có chất lượng thấp, căn bản dùng trong xây dựng.

♦ Thép Cacbon kết cấu:
- Có chất lượng tốt, hàm lượng C từ 0,08 – 0,85%. Dùng trong chế tạo chi tiết máy; ký hiệu C08, C10, C15, … C85.

♦ Thép Cacbon dụng cụ:
- Có độ cứng cao, hàm lượng C lớn hơn 0,5%, dùng để chế tạo dụng cụ, ký hiệu CD70A, CD80 (CD80A),…, CD130A (CD130).

 

4. Thép hợp kim:
- Là thép có chứa một lượng các NTHK đủ lớn, quyết định mọi tính chất của thép. Thép này có hàm lượng tạp chất rất nhỏ, do đó có cơ tính rất cao.

- Có rất nhiều cách phân loại thép hợp kim:

4.1. Theo tổng lượng các NTHK, chia ra: 
a) Thép hợp kim thấp : NTHK < 2,5%, 
b) Thép hợp kim trung bình : NTHK = ( 2,5 – 10% )
c) Thép hợp kim cao : NTHK > 10%.

4.2. Theo NTHK chủ yếu:
Người ta gọi tên thép theo NTHK chính có trong thép (thường nguyên tố đó có hàm lượng trung bình trở lên); ví dụ: thép Crôm, thép măng gan, thép Crôm-Niken, thép Crôm-Niken-Môlípđen,v.v…

4.3. Theo công dụng:
a) Thép hợp kim kết cấu, để chế tạo các chi tiết, các bộ phận máy hoặc các kết cấu kim loại khác.
b) Thép hợp kim dụng cụ, để chế tạo các dụng cụ (dao cắt kim loại, khuôn dập, chi tiết đo, ….)
c) Thép hợp kim và thép hợp kim đặc biệt là loại thép có các tính chất đặc biệt mà các thép trên không có được, ví dụ: có tính ăn mòn, có khả năng làm việc ở nhiệt độ cao, có tính giãn nở nhiệt đặc biệt.
Ký hiệu: Thường dùng hệ thống số và chữ để ký hiệu, trong đó: số đầu tiên là hàm lượng Cacbon tính bằng phần vạn, các chữ tiếp theo là chỉ  NTHK, các số đứng đằng sau các chữ chỉ phần trăm nguyên tố đó có trong hợp chất. Một số loại thép thông dụng nhất được nêu trong b.3 đến b.5.

 

5. Tính hàn của thép:

5.1. Hàm lượng cacbon và tính hàn: 
- Tính hàn của kim loại là khả năng của kim loại cho phép thực hiện LKH trên nó bằng cách nung nóng chảy cục bộ 2 hoặc nhiều chi tiết thành phần để sau khi kết tinh ta nhận được LKH.
Đối với thép, có nhiều cách đánh giá tính hàn. Thông dụng nhất là dựa vào thành phần hoá học của thép. Thành phần hoá học của thép (ngoài Fe) còn có: C, Mn, Si,Cr, Ni, Mo, P, S, V ,W, Nb, Cu,…. Tính hàn của thép có thể đánh giá gần đúng theo thành phần hoá học dựa vào hàm lượng các NTHK:
Mei = ( Mn + Si + Cr + Ni )    
- nếu: Mei   1% :
§ thép có tính hàn tốt khi:                   C  < 0,25%.
§ thép có tính hàn trung bình khi:  0,25%  < C  < 0,35%.
§ thép có tính hàn hạn chế khi:  0,35%  < C  < 0,45%.
§ thép có tính hàn xấu khi:              0,45%  <  C  
- nếu: 1% < Mei    2% :
§ thép có tính hàn tốt khi:              C     0,2%.
§ thép có tính hàn trung bình khi:  0,2%    <  C    0,35%.
§ thép có tính hàn hạn chế khi: 0,35%  <  C    0,45%.
§ thép có tính hàn xấu khi:  0,45%  <  C . 
- nếu: 1% < Mei  < 3% : 
§ thép có tính hàn tốt khi:                      C    0,1%.
§ thép có tính hàn trung bình khi:      0,15% < C    0,25%.
§ thép có tính hàn hạn chế khi:          0,25% < C  < 0,35%.
§ thép có tính hàn xấu khi:              C >   0,35%  .
Trên cơ sở thành phần hoá học, tính hàn của một số thép cụ thể có thể được phân loại ( thép ký hiệu của Nga và Việt Nam) trong B.1:

B.1. Tính hàn của một số loại thép thông dụng.

 

Tính hàn tốt

Tính hàn trung bình

Tính hàn hạn chế

Tính hàn xấu

CT0; CT1; CT2; CT3; 10; 15; 25; 09G (09Mn); 15G (15Mn); 08KP (08KP)

CT4; CT5; 30; 30G (30Mn); 09G2 (09Mn2); 15XM; 20XM; 10G2C1 (10Mn2Si1); 20XGC (20CrMnSi); 25XGC (25CrMnSi); 25H (25Ni); 25H3 (25Ni3)

CT6; 35; 40; 45; 40G2 (40Mn2); 20X (20Cr); 35G2 (35Mn2); 30X (30Cr); 40X; 45X; 20XF; 30XF; 40XF; 30XMA; 25CG (25SiMn); 30CG; 35CG; 30XGCacbon 20XH (20CrNi); 30XH; 15XH2; 20XH3

CT7; 50; 55; 65; 50G; 65G; 45G2; 50G2; 50Cr; 35CrM; 35Mn2M; 25CrSi; 40CrSi; 50SiMn; 35CrMnSi; 35CrMNbAl; 35CrMoW; 40CrNi; 50CrNi; 30CrNi3


- Tính hàn tốt là những thép có thể hàn được bằng tất cả các phương pháp, không cần đến biện pháp công nghệ đặc biệt.
- Tính hàn trung bình, là khi hàn thì đạt chất lượng mối hàn cao, nhưng cần phải tuân theo một số quy trình công nghệ nhất định, và phải dùng que hàn phụ, đặc biệt là phải làm sạch cẩn thận bề mặt VLCB, nhiệt độ trong quá trình hàn bình thường.
- Tính hàn hạn chế: là khi hàn đạt được chất lượng bình thường, trong quá trình hàn phải sử dụng những biện pháp đặc biệt như  thuốc hàn, nung nóng sơ bộ, nhiệt luyện, v.v…
- Tính hàn xấu: là những thép khi hàn phải áp dụng một số phương pháp công nghệ đặc biệt, nhưng chất lượng mối hàn vẫn không đạt yêu cầu mong muốn.

5.2. Đánh giá tính hàn của thép:

- Một số đại lượng hoá học có thể phản ánh tính hàn của thép.

a) Hệ số đương lượng cácbon CE  đánh giá tính hàn của thép:

- Hệ số đương lượng cácbon CE (cũng có tư liệu gọi là Hàm lượng cacbon tương đương) đặc trưng cho tính chất vật liệu theo mục đích và tính chất cụ thể  nào đó. Ví dụ giá trị CE xu hướng nứt nóng hay xu hướng biến giòn của kim loại,... Mỗi  đặc tính đó được đề xuất công thức tính CE riêng.  Để đánh giá tính hàn của thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp có thể dựa vào công thức  (1 ) sau đây:

2                                        (1)

- Trong đó C, Mn, Si,  Cr,...là thành phần của các nguyên tố đó có trong thép.
- Thông qua giá trị CE ta có thể đánh giá tính hàn của thép thuộc loại nào. CE càng thấp tính hàn càng tốt và ngược lại. Ngoài ra tính hàn sẽ bị hạn chế khi khác chiều dày.
- Giá trị CE:
• CE< 0,25  thép có tính hàn rất tốt   
• 0,25 < C≤ 0,40  thép có tính hàn trung bình 
• 0,40 < CE < 0,45  thép có tính hàn. 
• CE = 0.45 : thép có tính hàn khi chiều dày tấm hàn   s < 26mm
• CE = 0.4   : thép có tính hàn khi chiều dày tấm hàn 26 ≤  s ≤ 40mm

b) Thông số Hcs đánh giá xu hướng nứt nóng của thép:

Đối với thép cacbon trung bình và hợp kim trung bình có thể xác định tính hàn bằng công thức (2)

3                                     (2)

Khi Hcs ≥ 4, thép có thiên hướng nứt nóng khi hàn.

Trong S, P, C là thành phần hóa học của các nguyên tố đó có trong thép.

c) Thông số PL đánh giá xu hướng nứt nóng của thép:

 PL là thông số biểu thị sự ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim tới sự hình thành nứt nguội.

4                                     (3)

 5                              (3')

Trong đó:

PCM : thông số biểu thị sự biến giòn của vùng ảnh hưởng nhiệt. 
δ : chiều dày vật liệu (mm)
K: hệ số
HD: hàm lượng Hydrô (H2) có trong kim loại (mL/100g)

Khi PL>=0.286 thì thép có hiện tượng tạo nứt nguội.

d) Xác định nhiệt độ nung nóng sơ bộ TP:

Đối với thép cacbon trung bình và cao cũng như thép hợp kim có tính hàn kém, ta thường phải nung nóng sơ bộ trước khi hàn. Nhiệt độ nung nóng sơ bộ TP có thể xác định theo công thức (4):

6                                      (4)

Trong đó:

CE: hệ cố đương lượng cácbon của thép

0 sản phẩm trong giỏ
Giỏ hàng của bạn chưa có sản phẩm nào