Một số phương pháp hàn thép kết cấu cacbon và ảnh hưởng đến tính hàn - PGS.TS.Hoàng Tùng

Đăng lúc: , Cập nhật

Một số phương pháp hàn thép kết cấu cacbon và ảnh hưởng đến tính hàn đã được PGS.TS.Hoàng Tùng biên soạn và xuất bản

Một số phương pháp hàn thép kết cấu cacbon và ảnh hưởng đến tính hàn đã được PGS.TS.Hoàng Tùng biên soạn và xuất bản

Ảnh hưởng của thành phần hóa học trong thép đến tính hàn.

Tính hàn của thép phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hóa học của nó.
- Cacbon. Thép có hàm lượng cacbon tới 0,25% có tính hàn tốt. Hàm lượng cacbon càng tăng, tính hàn càng kém vì nó làm tăng khả năng thấm tôi của kim loại mối hàn và vùng lân cận mối hàn và như vậy tăng khả năng xuất hiện vết nứt. Khi cháy cacbon dễ tạo ra một
lượng lớn các rỗ khí.
- Mangan. Với một lượng nhỏ (dưới 1%) mangan không ảnh hưởng tới tính hàn. Khi hàm lượng mangan tăng tính thấm tôi tăng, sẽ dẫn đến nứt.
- Silic. Hàm lượng silic tăng sẽ khó hàn do tính chảy loãng của thép lớn và tạo thành ôxyt silic khó nóng chảy ở lại trong mối hàn dưới dạng rỗ xỉ.
Crôm làm giảm tính hàn của thép vì bị ôxy hóa tạo thành ôxyt crôm khó nóng chảy. Khi crôm tác dụng với cacbon tạo thành cacbit crôm, làm giảm tính dẻo của kim loại mối hàn và tăng độ cứng vùng lân cận mối hàn.
- Niken. Hàm lượng niken trong thép có thể thay đổi trong một phạm vi lớn. Niken có tác dụng làm nhỏ hạt, tăng tính dẻo và tăng độ bền của thép. Niken có tác động tích cực tới tính hàn của thép, nhưng phải có biện pháp bảo vệ tốt chống lại tác động của ôxy vì nó dễ bị ôxy hóa.
- Molipden có trong thành phần của tất cả các thép hợp kim bền nhiệt. Nó làm thép có hạt nhỏ, giữ độ bền ở nhiệt độ cao, nhưng làm giảm tính hàn và là nguyên nhân gây nên vết nứt ở kim loại mối hàn và vùng lân cận mối hàn.
- Phốt pho là thành phần có hại trong thép vì làm tăng khả năng nứt nguội.
Ảnh hưởng của từng nguyên tố riêng biệt sẽ tăng lên khi kết hợp với các nguyên tố khác, đặc biệt là với cacbon. Để đánh giá gần đúng tính hàn của thép theo thành phần hóa học của nó, người ta tính theo một công thức thành phần cacbon tương đương, theo đó ta có thể đánh giá tính hàn của mác thép đã cho.

Phương pháp hàn các mối hàn.

Phương pháp tiến hành hàn các mối hàn phụ thuộc vào chiều dài và chiều dày tấm hàn. Mối hàn có chiều dài tới 250 mm được coi là mối hàn ngắn, từ 250 -1000 mm là trung bình; lớn hơn 1000 mm là mối hàn dài.
Những mối hàn ngắn được hàn một mạch liên tục (hình 29a) từ đầu đến cuối cùng một hướng.
Mối hàn dài trung bình thường được hàn một mạch từ giữa về hai phía (hình 29b) hoặc kiểu hàn ngắt bậc (hình 29c). Trong kiểu hàn sau mối hàn được chia ra thành từng đoạn dài 100 - 350mm sao cho mỗi đoạn như vậy hàn mất đúng một que hàn. Trong trường hợp này việc chuyển từ đoạn này sang đoạn khác trùng với lúc phải thay que hàn. Mỗi đoạn nhơ như vậy được hàn theo hướng ngược lại với hướng chung của cả mối hàn. Đoạn cuối cùng 7 sẽ được hàn theo như hình 29c.
Những mối hàn dài cũng được hàn từ giữa ra hai phía, nhưng theo phương pháp ngắt bậc ngược, lúc này có thể sử dụng hai thợ hàn cùng một lúc (hình 29d).
Phương pháp hàn từ giữa về hai phía của mối hàn cũng như phương pháp hàn ngắt bậc có khả năng làm giảm ứng suất và biến dạng xuất hiện. 
Hình 29

Hàn thép kết cấu cacbon thấp

Thép cacbon thấp thuộc loại thép có tính hàn tốt. Đối với các loại thép này, công nghệ hàn được chọn theo yêu cầu đảm bảo đồng bộ độ bền so với kim loại cơ bản và không gây ra các khuyết tật trong liên kết hàn.
a) Hàn bằng que hàn và dây hàn bột
Tùy theo độ bền của thép và yêu cầu đối với kết cấu mà ta chọn loại que hàn. Trong những năm gần đây, để hàn các kết cấu chế tạo từ thép cacbon thấp, người ta dùng que hàn E46T có lớp thuốc bọc rutil hoặc các que : AHO-3; AHO-4; OZC-4...
Đối với các kết cấu đặc biệt quan trọng người ta dùng que hàn có thuốc bọc fluocanxi và fluocancirutil, loại E42A, hoặc que YOHM - 13/45; CM-11.
Các loại que hàn năng suất cao có chứa bột sắt trong vỏ bọc và que hàn cho độ sâu ngấu lớn cũng được sử dụng rộng rãi trong thời gian gần đây, ví dụ loại AHO-5.
Để hàn năng suất cao các mối hàn đứng theo phương pháp hàn từ trên xuống dưới, người ta thường dùng que hàn AHO-9. Loại que hàn này cũng được dùng để hàn các mối hàn có các vị trí khác trong không gian.
Chế độ hàn thép cacbon thấp, que hàn được chọn theo chiều dày kim loại cơ bản và loại mối hàn (một lớp hoặc nhiều lớp) (bảng 34).
Bảng 34. Chế độ hàn thép cabon thấp
Chiều dày kim loại (mm) 0,5 - 1 1,1 - 2 2,1 - 5 5,1 - 10 15,1 - 20 <20
Đường kính que hàn (mm) 1 - 1,5 1,5 - 2,5 2,5 - 4 4 - 5 5 - 6 6 - 7,5
Bảng 35
 
Tùy theo loại thuốc bọc vỏ que hàn mà người ta chọn loại dòng điện hàn và cách đấu cực. Khi hàn các mối hàn góc của các tấm tôn dày và hàn lớp lót của lớp hàn đầu tiên, ta nên nung nóng chi tiết hàn tới nhiệt độ 120 150°C để tăng thêm khả năng kim loại mối hàn chống lại sự xuất hiện vết nứt nóng.
Khi hàn sửa chữa các vùng có khuyết tật nên tiến hành hàn một đoạn có chiều dài không nhỏ hơn 100 mm.
Các mối hàn đính không ngấu giảm đáng kể tính dẻo của kim loại trong vùng này và dẫn đến giảm khả năng làm việc của kết cấu.
Khi hàn bán tự động thép cacbon thấp, người ta sử dụng dây hàn bột ΠΠ-AH3. Loại dây này đảm bảo hồ quang cháy ổn định, hình dạng mối hàn đẹp, bắn tóe ít và dễ bong xi. Hệ số đắp của loại dây này tăng theo tỷ lệ với độ tăng của mật độ dòng điện và có thể đạt tới 20 g/Ah. Ngoài ra cũng có thể sử dụng dây hàn bột loại ΠΠ-АН1; ЭРС - 15/2.
Ngoài ra năng suất khi hàn bằng dây hàn bột tăng khi ta tiến hành hàn nó trong môi trường khí bảo vệ CO2 cho phép tăng mật độ dòng điện, giảm lượng bắn tóe và do đó tăng năng suất lên 1,5-2 lần. Chế độ hàn được chọn theo vị trí của mối hàn và đường kính dây hàn (bảng 36).
Bảng 36. Chế độ hàn bằng dây bột
Vị trí mối hàn Đường kính dây (mm) Dòng điện hàn (A) Điện áp hồ quang (V) Tốc độ dẫn dây (mm/s)
Sấp 2,5 280-400 24-27 48-69
Ngang 2,5
2
200-300
180-240
23-26
22-24
38-48
50-59
Đứng 2 140-180 22-24 38-48

Năng suất khi hàn bán tự động bằng dây hàn bột cao hơn 1,5-2 lần so với phương pháp hàn tay.
b) Hàn dưới lớp thuốc.
Khi hàn dưới lớp thuốc, để đạt được độ bền đều đối với thép cacbon thấp, người ta sử dụng loại thuốc hàn có thành phần mangan và silic cao như AH-348A; OCЦ - 45 và các loại dây hàn như Cв - 08; Cв - 08A.
Khi hàn các kết cấu quan trọng người ta thường dùng loại thuốc này và loại dây hàn Cв- 08ГA.
Khối lượng đắp đáng kể khi hàn tự động dưới lớp thuốc được tiến hành bằng dây Φ4 và Φ5 mm, còn khi hàn các vật mỏng, người ta sử dụng dụng dây Φ0,8-3mm.
Khi hàn bán tự động ta dùng dây Φ0,8-2mm.
c) Hàn các mối hàn giáp mối và mối hàn góc dưới lớp thuốc.
Khi hàn các kết cấu chế tạo từ thép cacbon thấp, người ta sử dụng rộng rãi phương pháp hàn không vát mép.
Quá trình vát mép chỉ cần thiết để tạo dáng mối hàn tốt hơn và khi bề dày kim loại quá lớn mà ta không hàn ngấu được.
Chế độ hàn các mối hàn giáp mối phụ thuộc vào loại mối hàn (một phía, hai phía, một lớp, nhiều lớp); phương pháp chuẩn bị mép hàn (có vát mép, không vát mép, có khe hở); phương pháp giữa vũng hàn (đệm thuốc, đệm đồng, hàn lót băng tay).
Các mối hahàn giáp mối có chiều dày tới 16mm hàn với dây Φ1,6÷2mm (bảng 37).
Hàn các mối hàn góc dưới lớp thuốc được tiến hành ở tư thế "lòng thuyền" hoặc tư thế "góc" (bảng 38) và (bảng 39).
Bảng 38
Bảng 39
d) Hàn trong khí bảo vệ. 
Khi hàn tự động và bán tự động với điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (khí Co₂) những chi tiết có chiều dày 0,8 - 3mm và các mối hàn góc có cạnh 1-4mm người ta sử dụng dây hàn Φ0,5 -1,4mm. Còn khi hàn với dây Φ1,4-4mm người ta tiến hành hàn ở vị trí hàn sấp và sử dụng cho chi tiết có độ dày lớn.
Khi hàn thép cacbon thấp sôi hoặc lắng trong môi trường khí bảo vệ Co₂, người ta sử dụng dây hàn loại Cb-08ГC hoặc Cв-08Г2C được hợp kim hóa bởi mangan và silic cũng như dây hàn Cв-12ГC.
Khi hàn thép có thành phần cacbon tới 0,2-0,25% nên dùng dây hàn loại Cв-08ГC hoặc Cв-08Г2C.
Độ ổn định của hồ quang khi hàn trong khí bảo vệ Co₂ đạt được ở mật độ dòng điện 100A/mm² (bảng 40). 
Khi hàn ở các vị trí khác nhau với vị trí hàn sấp thì chỉ nên dùng dây hàn có đường kính 0,5-1,4mm, dòng điện hàn và điện áp hồ quang phải ở mức nhỏ nhất; tuy nhiên vẫn phải dùng để hồ quang ổn định. Tăng điện áp hồ quang sẽ dẫn tới sự bắn tóe lớn, ảnh hưởng tới quá trình hàn.
Hàn tự động các mối hàn sấp có thể tăng tối đa dòng điện. Hàn bán tự động ở vị trí hàn sấp dùng dây Φ0,5-2,5mm với dòng điện trung bình và điện áp nhỏ nhất cho trong bảng 40. Khi đó độ bắn tóe và độ oxy hóa cũng nhỏ nhất.
Hàn mối hàn giáp mối và mối hàn góc thường phải có các động tác dao động đầu dây hàn. Nếu khe hở giữa các mép hàn quá lớn có thể hàn bằng các điều khiển dây hàn ngắt quãng, thời gian dừng khoảng 0,25-0,5 giây.
Khi hàn trong môi trường khí bảo vệ Co₂ người ta cũng dùng dây hàn bột loại ПП-AH4; ПП-AH8 có đường kính 2,3; 2 và 3mm. Quá trình hàn được tiến hành ở vị trí hàn sấp, nghiêng và ngang. Dòng điện hàn là dòng một chiều cực nghịch, đặc tính cứng (dây hàn đường kính 2 và 2,3mm; Iₕ = 180÷50A; Uₕ = 25÷47V). Dây hàn bột ПП-AH8 đường kính 3mm có thể hàn với dòng điện xoay chiều có mật độ dòng điện lơn (Iₕ = 400÷600A; Uₕ = 25 ÷ 38V). Hàn bằng dây hàn bột trong môi trường khí bảo vệ cho kim loại hàn tương đối dẻo, cải thiện hình dáng mối hàn, giảm bắn tóe hơn so với hàn bằng dây hàn Cв-08Г2C.
Bảng 40
Bảng 41
Người ta cũng sử dụng rộng rãi dây hàn Cв-20ГCTЮA để hàn trong khí bảo vệ. Khi hàn dây này trong khí bảo vệ Co₂ các chỉ số công nghệ sẽ được cải thiện hơn so với hàn bằng dây Cв-08Г2C (hồ quang cháy ổn định hơn, ít bắn tóe hơn, cơ tính mối hàn tương đương như khi que hàn Э50). Bảng 41 và 42 là chế độ hàn tự động trong môi trường khí bảo vệ Co₂.
 Bảng 42

Hàn thép cacbon trung bình

Khi hàn thép cacbon trung binh người ta thường phải nung nóng sơ bộ tới nhiệt độ 250 - 300°C. Tuy vậy nung nóng sơ bộ cũng có một số nhược điểm. Nếu nung nóng quá có thể gây ra các vết nứt do tăng chiều sâu ngấu trong kim loại cơ bản dẫn đến tăng thành phần cacbon trong kim loại mối hàn.
Để giảm lượng kim loại cơ bản tham gia vào thành phần kim loại mối hàn khi hàn thép cacbon trung bình bằng phương pháp hàn hồ quang tay, nên vát mép và hàn với chế độ sao cho chiều sau ngấu của kim loại cơ bản là ít nhất và hệ số hình dạng mối hàn là lớn nhất. Khi hàn dưới lớp thuốc người ta thường dùng thuốc hàn AH-348A và OCЦ-45 dây hàn Cв-08A và Cв-08ГА; Св-10Г2.
Hàn thép cacbon trung bình bằng phương pháp hàn hồ quang tay người ta dùng que hàn có thuốc bọc fluocanci УОНИ - 13/55 và УОНИ 13/45 để đảm bảo đủ độ bền và khả năng chống lại sự tạo thành các vết nứt nóng.
Công nghệ hàn thép cacbon trung bình trong môi trường khí bảo vệ cũng như khi hàn bằng tay và hàn dưới lớp thuốc dựa trên cơ sở sao cho giảm được lượng kim loại cơ bản tham gia vào thành phần kim loại mối hàn và tạo dáng mối hàn tốt. Hàn thép cacbon trung bình trong môi trường khí bảo vệ ít được dùng hơn so với phương pháp khác.

Hàn thép hợp kim thấp

a) Công nghệ hàn bằng que hàn có thuốc bọc.
Công nghệ hàn thép hợp kim thấp bằng que hàn có thuốc bọc không khác nhiều so với công nghệ hàn thép cacbon thấp.
Thép hợp kim thấp chủ yếu được hàn bằng que hàn có vỏ fluocanci dạng E42A, E50A. Đối với các loại thép có thành phần cacbon thấp (ví dụ thép 09Mn2) trong nhiều trường hợp ta dùng que hàn có thuốc bọc rutil AHO-1, (loại E42T). Sử dụng rộng rãi nhất vẫn là que hàn УОНИ-13/45 CM-11 hoặc AHO-8 (loại E42A) và УОНИ - 13/55...vì đảm bảo độ bền và độ dẻo của kim loại mối hàn tương đương với kim loại cơ bản.
Độ bền cao của kim loại mối hàn khi hàn bằng que E42A là do tính công nghệ của que hàn.
Để hàn các mối hàn vòng của đường ống dẫn làm việc ở nhiệt độ -70°C, ví dụ: thép 10Г2, người ta dùng que hàn BCH-3 (E50A) có vỏ bọc fluocanxi.
b) Công nghệ hàn dưới lớp thuốc
Trong đa số các trường hợp người ta dùng các vật liệu hàn giống như khi hàn thép cacbon thấp: thuốc nóng chảy AH-348A; AH-60 và các loại dây hàn Cв-08ГА; Cв1052. Để hàn thép hợp kim 15Г2ΑΦ trong một loạt các trường hợp người ta dùng loại thuốc có hàm lượng silic thấp AH - 22 cùng với dây Cв08XM và Cв-10HMA. Tuy nhiên mối hàn trong trường hợp này có khả năng chống nứt nóng kém.
c) Công nghệ hàn trong khí bảo vệ.
Đa số các phương pháp hàn bán tự động được thực hiện trong môi trường khí bảo vệ CO₂. Công nghệ hàn thép hợp kim thấp trong môi trường khí bảo vệ không khác gì so với công nghệ hàn thép cacbon thấp. Trên thực tế người ta vẫn sử dụng các loại vật liệu hàn dùng để hàn cho thép cacbon thấp, ví dụ, thép 15ХСНД, 14XFC và 10XCHA được hàn bằng dây Cв-8Г2C. Khi hàn một lớp và cả khi hàn không quá 2 - 3 lớp có thể sử dụng dây Cв-12ГC.
d) Hàn bán tự động trong môi trường CO₂ có thể được tiến hành với dây hàn bột ПП-AH4; ПП-AH8 trên thép 09Mn2. Mối hàn này có độ bền tương đương kim loại cơ bản và tính dẻo cao.
Để tăng cường chốnchống gỉ của mối hàn trong nước biển có thể sử dụng dây hàn Cв-08Г2C có thêm thành phần nguyên tố hợp kim crôm.

 
 
 
 
gọi Miễn Phí