Hàn thép các bon và hop kim cao

WELDTEC 10-2013

Hàn thép các bon và thép hợp kim cao

Hàn thép các bon và thép hợp kim cao

Tính hàn của thépNứt khi hànNung sơ bộ và nhiệt luyện sau hànLựa chọn vật liệu và công nghệ hàn

Tính hàn của thép

Ảnh hưởng của Cac bon và các nguyên tố hợp kim

Ảnh hưởng của kết cấu và bề dày mối ghépẢnh hưởng của năng lượng hàn

Ảnh hưởng của Cac bon và các nguyên tố hợp kim

Carbon là nguyên tố hợp kim chính của hầu hết các lọai thép .

Tăng hàm lượng carbon sẽ làm tăng tính biến cứng của vật liệu khi bị tác động nhiệt . Khi xét đến tính hàn chúng ta xét đến khả năng giãm thiểu các nguy cơ xuất hiện các vết nứt do biến cứng ở vùng ảnh hưởng nhiệt .

(HAZ : Heat Affected Zone) .

Xác định hàm lượng Carbon tương đương của thép hợp kim :

Khi xác định tính hàn thép hợp kim , chúng ta phải xét đế ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim có trong thép đến tính hàn .

Hàm lượng Carbon tương đương là chỉ số thể hiện các ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến tính hàn với giã định là các nguyên tố hợp kim sẽ tác động tương tự như tác động của sự gia tăng hàm lượng carbon trong thép

Công thức tính Cacbon tương đương

Ce = C + Mn/6 + ( Cr+Mo+V)/5 + ( Ni+Cu)/15

Các nhóm thép theo giá trị Ce

Dưới 0.30 - nhóm 1=0.30 < 0.35- nhóm 2 0.35 < 0.40 – nhóm 30.40 < 0.45 – nhóm 40.45 < 0.50 – nhóm 50.50 < 0.55 – nhóm 6

0.55 < 0.60 – nhóm 70.60 < 0.65 - nhóm 80.65 < 0.70 - nhóm 90.70 < 0.75 – nhóm

100.75 < 0.80 – nhóm

11> 0.80 – nhóm 12

Ảnh hưởng của kết cấu và bề dày mối ghép :

Bề dày tương đương (CJT) là chỉ số tính đến sự gia tăng bề dày do kết cấu mối ghép .

Bề dày thép sẽ ảnh hưởng đến quá trình phân tán nhiệt hàn , có nghĩa là ảnh hưởng đến tốc độ nguội . Nói cách khác ảnh hưởng đến tính hàn của kết cấu .

Công thức tính CJT như sau

T CJT = t1 + t2 + t3 + t4

Cách tính CJT

Dùng hình Figure 1, để xác định tác động của kết cấu đến chỉ số tính hàn

Có được chỉ số hàn và dựa vào năng lượng hàn tính tóan tham chiếu lên Figure 2* hoặc 3* để xác định xem có cần nung sơ bộ hay không và nếu nung sơ bộ thì sẽ nung với nhiệt độ bao nhiêu

*Note: Figure 2 khi que hàn / phương pháp hàn đáp ứng điều kiện giãm hấp thu hydro;

Figure 3. dùng đối với các lọai que / phương pháp hàn không chú ý đến việc kiểm sóat nồng độ hydro sẽ bị mối hàn hấp thu.

Xác định nhiệt độ nung sơ bộ

Nung sơ bộ có thể cải thiện tính hàn của thép :1. Khi hàn thép carbon cao , hợp kim , nung sơ bộ làm

châm tốc độ nguội của mối hàn và do đó ngăn chặn việc hình thành các cấu trúc luyện kim bất lợi cho cơ tính thép ở vùng ảnh hưởng nhiệt

2. Nung sơ bộ làm giãm chênh lệch nhiệt độ ở các khu vực xung quanh vùng hàn , do đó làm giãm ứng suất nhiệt tác động lên mối hàn .

3. Nhiệt độ nung sơ bộ cần xác định theo yêu cầu ở hình Figure 2 hoặc 3 . Nung quá cao gây ra lãng phí và biến dạng kết cấu , nung quá thấp sẽ không cải thiện được tính hàn như mong muốn .

Ngòai ra còn phải chú ý đến việc giữ nhiệt giữa các lớp hàn để bảo đảm tính hàn được cải thiện triệt để .

4. Nung sơ bộ giúp cho quá trình thóat khi hydro khỏi vùng hàn được tăng cường , kết quả là nguy cơ nứt hydro được cải thiện đáng kể .

Bảng nhiệt độ nung sơ bộ vànhiệt luyện sau khi hàn

Theo tài liệu về PWHT ( Post Weld Heat Treatment ), ASMI và ANSI

Kim lo¹i c¬ b¶n P - Sè [Chó

ý 1]

Ph©n tÝch kim lo¹i hµn

[Chó ý 2]

Nhãm kim lo¹i c¬ b¶n

ChiÒu dµy thµnh èng

danh nghÜa

§é bÒn kÐo nhá nhÊt

NhiÖt ®é nhá nhÊt

Inch mm Ksi Mpa Yªu cÇu Nªn dïng0F 0C 0F 0C

1 1 ThÐp C < 1 < 25.4 71 490 … … 50 10 1 25.4 TÊt c¶ TÊt c¶ … … 175 79TÊt TÊt > 71 > 490 … … 175 79

3 2. 11 ThÐp hîp kim.

Cr 1/2%

< 1/2

< 12.7 71 490 … … 50 10

1/2 12.7 TÊt TÊt … … 175 79TÊt TÊt > 71 > 490 … … 175 79

4 3 ThÐp hîp kim1/2% < Cr

2%

TÊt TÊt TÊt TÊt 300 149 … …

5 4. 5 ThÐp hîp kim21/4% Cr

10%

TÊt TÊt TÊt TÊt 350 177 … …

6 6 ThÐp hîp kim cao

Mactensit

TÊt TÊt TÊt TÊt … … 300 149

7 7 ThÐp hîp kim caoFerit


8 8. 9 ThÐp hîp kim cao

Austenit


9A, 9B 10 ThÐp hîp kim Niken


10 … ThÐp Cr - Cu TÊt TÊt TÊt TÊt 300-400 149-204 … …10A … ThÐp Mn - V TÊt TÊt TÊt TÊt … … 175 7910E … ThÐp 27Cr TÊt TÊt TÊt TÊt 300 149 … …

11A SG 1 … ThÐp 8Ni, 9Ni


11A SG 2 … ThÐp 5Ni TÊt TÊt TÊt TÊt 50 10 … …21-52 … … TÊt TÊt TÊt TÊt … … 50 10

ASMESection IX

P - Sè(B¶ng QW - 422)


ChiÒu dµy vµ thµnh phÇn

NhiÖt ®é nung nhá nhÊt

0F 0C

1 ThÐp C C > 0.3% vµT < 25mm (1")Nh÷ng çi kh¸c

17550

8010

3 ThÐp hîp kimCr 1/2% lín nhÊt

§é bÒn kÐo > 70,000psi (482.6 MPa), hoÆc chiÒu dµy > 5/8" (16mm)Nh÷ng çi kh¸c

17550

8010

4 ThÐp hîp kimCr 1/2% - 10%

§é bÒn kÐo > 60,000psi (413.7MPa) hoÆc chiÒu dµy > 1/2" (13mm)Nh÷ng çi kh¸c

25050

12010

5 ThÐp hîp kimCr 2 1/4% - 10%

§é bÒn kÐo > 60,000psi (413.7MPa) hoÆc cã c¶ Cr > 6& chiÒu dµy > 1/2" (13mm)Nh÷ng çi kh¸c

400300

200150

6 ThÐp hîp kim caoMactensit

400 200

7 ThÐp hîp kim caoFerit

50 10

8 ThÐp hîp kim caoAustenit

50 10

9A9B

ThÐp hîp kim Niken

250300

120150

10E NhiÖt ®é lín nhÊt gi÷a çc ® êng hµn lµ 4500F (2300C)

300 150

NhiÖt ®é nung nªn dïng ANSI/ASME

Kim lo¹i c¬ b¶n P - Sè [Chó ý 1]

Ph©n tÝch kim lo¹i

hµn [Chó ý

2]


ChiÒu dµy thµnh èng

danh nghÜa

§é bÒn kÐo nhá nhÊt

Ph¹m vi nhiÖt ®é kim lo¹i

Thêi gian nung §é cøng Brine

l[Chó ý 4]

Inch mm Ksi Mpa 0F 0C Giê/in chiÒu dµy thµnh èng [Chó ý

3]

Thêi gian nhá nhÊt Giê

1 1 ThÐp C 3/4 19 TÊt c¶ TÊt c¶ Kh«ng Kh«ng … … …>

3/4> 19 TÊt c¶ TÊt c¶ 1100-

1200593-649 1 1 …

3 2. 11 ThÐp hîp kim.

3/4 19 71 490 Kh«ng Kh«ng … … …

Cr 1/2% > 3/4

> 19 TÊt TÊt 1100-1325

593-718 1 1 225

4 3 ThÐp hîp kim

1/2 12.7 71 490 Kh«ng Kh«ng … … …

1/2% < Cr 2%

> 1/2

> 12.7 TÊt TÊt 1300-1375

704-746 1 2 225

5 4.5 ThÐp hîp kim (21/4% Cr 10%) 3%Cr vµ

0.15%C 1/2 12.7 TÊt TÊt Kh«ng Kh«ng … … …

> 3%Cr hoÆc

>0.15%C

>1/2 >12.7 TÊt TÊt 1300-1400

704-760 1 2 241


Mactensit

TÊt TÊt TÊt TÊt 1350-1450

732-788 1 2 241

A 240 Gr. 429


621-663 1 2 241


Ferit

TÊt TÊt TÊt TÊt Kh«ng Kh«ng … … …

8 8. 9 ThÐp hîp kim caoAustenit

TÊt TÊt TÊt TÊt Kh«ng Kh«ng … … …

9A, 9B 10 ThÐp hîp kim Niken

3/4 19 TÊt TÊt Kh«ng Kh«ng … … …

> 3/4

> 19 TÊt TÊt 1100-1175

593-635 1/2 1 …

Çc yªu cÇu ®Ó xö lý nhiÖt

10 … ThÐp Cr - Cu


760-816 1/2 1/2 …

10A … ThÐp Mn - V 3/4 19 71 490 Kh«ng Kh«ng … … …

> 3/4

> 19 TÊt TÊt 1100-1300

593-704 1 1 225

TÊt TÊt > 71 > 490 1100-1300

593-704 1 1 225

10E … ThÐp 27Cr TÊt TÊt TÊt TÊt 1225-1300

663-704 1 1 225

10H … ThÐp kh«ng gØ kÐp

TÊt TÊt TÊt TÊt Chó ý 7 Chó ý 7 1/2 1/2 …

11A SG 1

… ThÐp 8Ni, 9Ni

2 51 TÊt TÊt Kh«ng Kh«ng … … …

> 2 > 51 TÊt TÊt 1025-1085

552-585 1 1 …

11A SG 2

… ThÐp 5Ni > 2 > 51 TÊt TÊt 1025-1085

552-585 1 1 …

62 … Zr R60705 TÊt TÊt TÊt TÊt 1000-1100

538-593 Chó ý 9 1 …

Gá đặt và hàn đính có vai trò quan trọng cho việc cải thiện chất lượng hàn :

Các khuyết tật hàn rất thường gặp có nguyên nhân là sự non kém tay nghề hoặc quy trình hàn không được tuân thủ . Các khuyết tật đó bao gồm :

• Thiếu chảy , chồng mép• Thiếu ngấu• Nứt khi đông rắn• Bọt khí• Ngậm xỉCác khuyết tật trên hầu hết là do quá trình chuẩn bị

mối hàn quá cẩu thả . Mặt khác , các giám sát hàn và thợ hàn đôi khi xem nhẹ tác động của nguyên công gá đặt và hàn đính . Kết quả là quá trình hàn không được thực hiện suôn sẽ , và trong nhiều trường hợp dẫn đến chất lượng hàn quá kém .

.

Thực tế

Nên lựa chọn nhiệt độ nung sơ bộ từ 100oC đến 250oC

Nên thử độ cứng của thép bằng dũa, và kết hợp mài tia lửa để xác định tương đối thành phần Carbon

Thành phần Carbon càng cao thì nung sơ bộ càng cao

Xác định nhiệt độ nung sơ bộ bằng xem màu, bằng bút sáp, bằng đồng hồ đo nhiệt, súng đo nhiệt …

Nung sơ bộ bằng mỏ gas, chăn điện…

Nhiệt luyện sau hàn : Ram khử ứng suất : 200-250oC, 1-2 h Ử cao : 600-650oC , 2h. Chú ý tốc độ nung và tốc độ

làm nguội theo tiêu chuẩn PWHT

Mối hàn được chuẩn bị tốt phải bảo đảm :• Góc hàn thíết kế hợp lý để tiết diện từng lớp hàn có

tỉ lệ hợp lý giữa chiều cao và bệ rộng ;tạo thuận lợi cho quá trình thóat khí và chống nứt

khi đông rắn mối hàn.• Mép hàn được tẩy sạch để hạn chế bọt khí , ngậm xỉCác mối hàn đính phải được thực hiện với cùng lọai

que đắp , cùng phương pháp và qui trình hàn .Các mối hàn đính phải chắc chắn và phân bố hợp lý để

có thể chịu đượng được sự co rút , biến dạng do nhiệt sinh ra khi hàn

Lựa chọn vật liệu hàn

- Lựa chọn vật liệu hàn có thành phần tương đương

- Lựa chọn vật liệu hàn theo cơ tính- Lựa chọn vật liệu hàn có nhiều Ni và Mn

Lựa chọn vật liệu hàn theo thành phần hóa học

- Theo các sách hướng dẫn- Lựa chọn thành phần tương đương về C, bổ

sung thêm các nguyên tố hợp kim- Kiểm tra về cơ tính mối hàn- Giá thành vật liệu rẻ- Chi phí nung sơ bộ và nhiệt luyện sau khi

hàn cao- Khả năng nứt cao

Tài liệu của Nga

Lựa chọn theo cơ tính

Chỉ sử dụng cho các loại thép C thấp, hợp kim thấp độ bền cao

Không sử dụng cho các thép hợp kim cao có tính năng chống rỉ , chịu nhiệt, bền nhiệt…

Lựa chọn vật liệu đặc biệt

Co thành phần Ni hoặc Mn caoCó khả năng chống nứt tốt, dẻo, Có khả năng chống khuếch tán Cacbon và

các thành phần tạp chất từ kim loại nềnCho phép giảm nhiệt độ nung sơ bộ và nhiệt

luyện sau khi hànMột số loại que của UTP phù hợp : UTP 63,

UTP 65, UTP 7015

Hàn thép các bon và hop kim cao

Technology