Giáo trình kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH 1 BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG C O NG CÔNG NGHI P N M NH GIÁO TRÌNH MÔ UN KIỂM TR ÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG MỐI HÀN THEO TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ NGÀNH/NGHỀ HÀN TRÌNH Ộ TRUNG CẤP Ban hành kèm theo[.]

1

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG C O NG CÔNG NGHI P N M NH

GIÁO TRÌNH

MÔ UN: KIỂM TR ÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN THEO

TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ NGÀNH/NGHỀ: HÀN TRÌNH Ộ: TRUNG CẤP

Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-… ngày…….tháng….năm

………… của………

N M NH, năm 2018

2

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

3

LỜI GIỚI THI U

Trong những năm qua, cùng với sự phát triển của nền khoa học công nghệ trên thế giới, nền kinh tế của nước ta đã có nhiều biến đổi sâu sắc, trình

độ khoa học kỹ thuật và công nghệ có nhiều tiến bộ vượt bậc, việc nắm bắt thông tin cũng như ứng dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật ngày càng cao nhằm đáp ứng với những yêu cầu của xã hội

Nhằm thực hiện nhiệm vụ đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật trực tiếp đáp ứng nhu cầu xã hội, dạy nghề đã có những bước tiến vượt bậc cả về số lượng

và chất lượng Chương trình khung quốc gia nghề hàn đã được xây dựng trên

cơ sở phân tích nghề, phần kỹ thuật nghề được kết cấu theo các môđun, trong

đó có bổ xung một số phần tự chọn để phù hợp với đặc trưng của mỗi trường

Để tạo điều kiện thuận lợi cho các cơ sở dạy nghề trong quá trình thực hiện, việc biên soạn giáo trình kỹ thuật nghề theo theo các môđun đào tạo nghề là cấp thiết hiện nay

Giáo trình Kiểm tra và đánh giá chất lƣợng mối hàn theo tiêu chuẩn Quốc

tế trong chương trình đào tạo nghề hàn được biên soạn theo hình thức tích

hợp lý thuyết và thực hành Khi biên soạn cuốn sách này, chúng tôi đã tham khảo và chọn lọc các tài liệu có liên quan đến nội dung và nhiều tài liệu công nghệ hàn trong và ngoài nước, kết hợp với việc sử dụng nhiều kiến thức và kinh nghiệm trong thực tế sản xuất

Quá trình biên soạn các tác giả đã có rất nhiều cố gắng, nhưng không tránh khỏi những khiếm khuyết Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Nam Định, ngày tháng năm

Tham gia biên soạn giáo trình

1 Trần Xuân Dũng – Chủ biên

2 Phan Tiến Nhã

3 Nguyễn Xuân Trưởng

4 Trần Quang Hải

4

MỤC LỤC

1 Tuyên bố bản quyền 2

2 Lời giới thiệu 3

3 Giáo trình mô đun: Quy trình công nghệ hàn 5

4 Bài 1: Kiểm tra cơ tính mối hàn 6

5 Bài 2: Kiểm tra cấu trúc kim loại mối hàn 13

6 Bài 3: Kiểm tra độ kín mối hàn bằng các dung dịch chỉ thị màu 16

7 Bài 4: Kiểm tra kết cấu hàn bằng áp suất khí nén-nước 24

8 Bài 5: Kiểm tra mối hàn bằng tia phóng xạ 26

9 Bài 6: Kiểm tra mối hàn bằng siêu âm 32

10 Tài liệu tham khảo 41

5

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ UN Tên mô đun: Kiểm tra và đánh giá chất lƣợng mối hàn theo tiêu chuẩn Quốc tế

Mã mô đun: T512035011

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun:

- Vị trí: Mô đun này được bố trí sau khi học xong các môn học, mô đun

cơ sở và môn học, mô đun chuyên môn từ T512034011 đến T512034911

- Tính chất: Là mô đun chuyên ngành bắt buộc

II Mục tiêu mô đun:

- Về kiến thức

+ Trình bày đầy đủ quy trình kiểm tra chất lượng mối hàn

+ Mô tả đúng các bước chuẩn bị mẫu thử

+ Giải thích các quy định an toàn khi kiểm tra cất lượng mối hàn

- Kỹ năng:

+ Sử dụng thành thạo các loại dụng cụ thiết bị kiểm tra

+ Chuẩn bị mậu thử đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

+ Phân tích đánh giá chính xác chất lượng mối hàn

+ Bố trí nơi làm việc gọn gàng khoa học, an toàn

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm

+ Đảm bảo thời gian học tập trên lớp và giờ tự học;

+ Có ý thức tự giác, có tính kỷ luật cao, có tinh thần tập thể, có tránh nhiệm với công việc;

+ Cẩn thận, tỷ mỉ, chính xác, tiết kiệm nguyên vật liệu;

+ Tuân thủ các quy định về an toàn khi hàn

Nội dung của môn học/mô đun:

6

Bài 1: Kiểm tra cơ tính mối hàn

1 Mục tiêu của bài:

+ Vận hành thành thạo các thiết bị kiểm tra độ cứng Brinell, Vicker và RockWell

+ Chuẩn bị mẫu thử độ cứng đúng kích thước và tiêu chuẩn

+ Gá lắp mẫu thử chắc chắn đúng vị trí cần thử

+ Thực hiện công nghệ kiểm tra độ cứng Brinell, Vicker và Rokwell đúng quy

trình

+ Xử lý kết quả kiểm tra chính xác

+ Thực hiện tốt công tác an toàn và vệ sinh phân xưởng

2 Nội dung bài:

1.1 Máy kiểm tra độ cứng

Vậy độ cứng là khả năng chống lại biến dạng dẻo của vật liệu thông qua tác dụng của mũi đâm

và rẻ hơn

7

Chính vì vậy đo độ cứng được dùng thường xuyên trong sản xuất và nghiên cứu Có hai loại độ cứng: thô đại và tế vi Độ cứng nói chung đều là độ cứng thô dại vì mũi đâm đủ lớn để làm biến dạng nhiều hạt và pha, nên độ cứng

đo được phản ánh khả năng chống lại biến dạng dẻo của tập hợp pha Khi đo độ cứng tế vi phải dùng mũi đâm nhỏ với tải trọng nhỏ, tác dụng vào từng pha (hạt) riêng rẽ với sự trợ giúp của kính hiển vi quang học Cách này phức tạp hơn và chỉ dùng trong nghiên cứu khoa học Dưới đây trình bày các phương pháp xác định độ cứng (thô dại)

) Số đo Brinen HB tính theo tỷ số hay :

HB =

) (

2 )

( 2

2 2 2

P d

D D D

Trong đó P: tải trọng ép lên bi, kG ;

D: đường kính của viên bi, mm;

d: đường kính của vết lõm, mm;

Với tải trọng P và đường kính viên bi D đã cố định thì kết quả đo chỉ còn phụ thuộc vào đường kính vết lõm d ( được xác định bằng kính lúp có thước mẫu với độ chính xác 0,05 mm) như biểu thị ở hình 1

và đo đường kính vết lõm bằng kính lúp có thước mẫu (b)

8

TCVN 256-85 quy định đo độ cứng Brinen như sau:

- Viên bi đem dùng có đường kính D : 10; 5; 2,5; 2; 1mm và độ cứng không nhỏ hơn 850 HV (thường làm bằng thép cacbon tôi cứng)

- Tải trọng được chọn phụ thuộc vào đường kính viên bi và loại vật liệu

Tỷ số P/D2 được chọn như sau:

30 - cho thép và gang,

10 - cho đồng, niken và các hợp kim của chúng, 5,0 - cho nhôm, magiê và các hợp kim của chúng, 2,5 - cho hợp kim ổ trượt,

1 - cho thiếc, chì và hợp kim của chúng

- Thời gian giữ (duy trì) tải trọng càng tăng lên nếu nhiệt độ chảy của vật liệu càng thấp: thép, gang - 10 - 15s; Cu Al Ni- 30s; Sn, Pb -60s - 180s;

- Mẫu thử phải có bề mặt nhẵn, phẳng, có chiều dày đủ lớn, vết lõm cách

Độ cứng ở điều kiện tiêu chuẩn (P = 3000kG, D = 10mm, thời gian giữ tải trọng 15s) được ký hiệu đơn giản bởi HB và số đo (không cần ghi thứ nguyên),

ví dụ HB 229 Khi đó ở các điều kiện khác (phi tiêu chuẩn) thì phải ghi rõ các điều kiện đó, ví dụ thử với bi 5mm, tải trọng 750kG, thời gian giữ 20s sẽ được ghi HB5/750/20 với số đo, ví dụ HB5/750/20229

Từ độ cứng HB có thể suy ra giới hạn bền kéo (kG/ mm2) của một số hợp kim như sau :

Thép (trừ thép không gỉ, bền nóng)  b  0 , 344 

Thép đúc b 0 , 3  0 , 4

Gang xám

6 40

ở trạng thái biến ủ b  0 , 55 

Đuara b  0 , 35 

Tuy nhiên độ cứng HB không được dùng trong các trường hợp sau:

- Vật liệu có độ cứng cao hơn HB 450 (tức chỉ áp dụng cho loại có độ cứng thấp, trung bình, không áp dụng cho thép tôi);

- Lớp hoá bền quá mỏng, lớp tôi bề mặt hoá nhiệt luyện, vì chiều sâu vết lõm vượt quá chiều dày hóa bền;

9

- Chi tiết máy có bề mặt cong ( trục đường kính nhỏ);

- Không nhanh và tiện lợi bằng cách đo Rôcven

2 Độ cứng Rôcven

Độ cứng Rôcven được áp dụng rất rộng rãi trong sản xuất vì nhanh, tiện lợi (cho ngay kết quả trên máy), đo được các vật liệu từ mềm đến cứng, vết lõm nhỏ không ảnh hưởng đến bề mặt làm việc, có thể đo các vật mỏng, nhỏ và ngay trên thành phẩm

Khác với độ cứng Brinen, độ cứng Rôcven là loại độ cứng qui ước (không thứ nguyên) xác định bằng chiều sâu gây ra bởi tác dụng của tải trọng chính P1 đặt vào rồi bỏ đi (không phải bằng tải trọng tổng gây nên) như biểu thị ở hình

35

Giá trị của độ cứng Rôcven được tính từ công thức HR = k – e

Trong đó:

k - chiều sâu qui ước k = 100 đối với các thang A,C, D và super

k = 130 đối với các thang còn lại (dùng mũi bi)

e = 0,002 mm đối với các thang thông thường,

e = 0,001 mm đối với các thang super

Khi đó độ cứng Rôcven bao giờ cũng có hai lần tác động tải trọng Thoạt tiên tác động tải trọng sơ bộ Po (10kG với các thang thường và 3 kG với các thang super), chiều sâu vết lõm tính từ đây Sau đó tác động tải trọng chính P1 rồi bỏ tải trọng này, tính độ sâu thêm do các tác động này

MÉu ®o

Hình 2: Vị trí tương đối giữa mũi đâm và mẫu đo ở các thời điểm đo:

và 1/2 in để đ

Có nhiều thang đo độ cứng Rôcven tùy thuộc vào loại mũi đâm và tải trọng tác dụng, như trình bày ở bảng PL 2.1

TCVN 257-85 và 41170-85 chỉ qui định cho các thang A, B, C,N và T

Trong thực tế dùng nhiều nhất các thang B (HRB), A (HRA), C (HRC)

HRB (dùng bi thép đường kính 1/16 in hay 1,588 mm và P = 100 kG) áp dụng cho các vật liệu mềm và cứng vừa với độ cứng HV trong khoảng 60 - 240 hay HRB 25-100 Thường áp dụng cho thép, gang sau khi ủ, hợp kim đồng, nhôm

Độ cứng HRC (mũi kim cương và P = 150kG) được sử dụng nhiều nhất cho các vật liệu có độ cứng trung bình và cao với độ cứng HV trong khoảng 240

÷ 700 hay HRC 20 ÷ 67 Thường áp dụng cho thép, gang sau khi tôi và ram

Độ cứng HRA (mũi kim cương và P = 60kG) thường chỉ sử dụng cho các vật liệu rất cứng với độ cứng cao hơn HV 700 như hợp kim cứng, lớp thấm xyanua mà lúc này đo thang HRC không chính xác Phạm vi đo của thang này từ

Khi ấn mũi hình tháp, tỷ lệ giữa các đường chéo vết lõm nhận được khi thay đổi tải trọng luôn luôn không đổi, điều này cho phép tăng hay giảm tải trọng tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu

Số đo độ cứng Vicke được xác định theo công thức :

HV = 2 2 1 , 854 2

sin 2

d

P d

P F



, kG/mm2 Trong đó:

- P tải trọng, kG;

-  = 1360(góc giữa hai mặt đối diện của mũi tháp);

- d giá trị trung bình số học của hai đường chéo vết lõm, mm;

Độ cứng ở điều kiện tiêu chuẩn chỉ cần viết tắt bằng HV và số đo, ví dụ HV300 (không cần ghi thứ nguyên) Độ cứng ở điều kiện phi tuyến chuẩn thì phải ghi thêm các điều kiện HV10./30300 là độ cứng HV khi đo bằng tải trọng 10kG với thời gian giữ tải trọng 30s là 300kG/mm2

12

1.5.4.Kiểm tra

1.6 An toàn

- Bảo hộ lao động đầy đủ

- Các cơ cấu kẹp chặt chắc chắn, an toàn

- Mặt bằng nơi làm việc đảm bảo thoáng mát sạch sẽ

13

Bài 2: Kiểm tra cấu trúc kim loại mối hàn

1 Mục tiêu của bài:

+ Trình bày các loại dụng cụ, thiết bị chuẩn bị mẫu thử đầy đủ

+ Chuẩn bị mẫu thử đúng kích thước đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

+ Nhận biết các chất tẩm thực phù hợp với tính chất của kim loại

+ Sử dụng các loại kính hiển vi, kính lúp thành thạo

+ Đọc chính xác các thông số về độ hạt kim loại trên thiết bị đo

+ Đánh giá chính xác chất lượng của mối hàn

+ Thực hiện tốt công tác an toàn và vệ sinh phân xưởng

2 Nội dung bài:

2.1 Phương pháp chuẩn bị mẫu thử

1 Chọn mẫu

Thông thường mẫu được cắt từ các loạt sản phẩm hay bán thành phẩm, lấy ở chỗ nào và mặt cắt theo hướng nào (vuông góc hay dọc thớ, bề mặt hay ở giữa) là tuỳ theo yêu cầu phân tích Để điều tra nguyên nhân hư hỏng, gẫy vỡ mẫu được lấy ngay ở chỗ gãy vỡ, trong nhiều trường hợp đối với tiết diện nhỏ

và vật liệu giòn có thể bẻ gãy để quan sát

2 Chất tẩm thực

Quan sát bề mặt kim loại ở chỗ gãy, vỡ (gọi là mặt gãy) bằng mắt thường

có thể thấy được một số dạng khuyết tật lớn như hạt quá to và to, các vết nứt rỗ lớn có kích thước không nhỏ hơn 0,3 mm là giới hạn phân giải của mắt

Sau khi mài nhẵn mặt gãy bằng đá mài, giấy nhám, tẩm thực (ăn mòn nhẹ) bằng các dung dịch thích hợp sẽ được một mẫu nhẵn thô đại trên đó nổi lên

tổ chức được gọi là tổ chức thô đại và thường được quan sát bằng kính lúp với

độ phóng đại nhỏ hơn 30 lần Nhờ đó có thể phát hiện được như khi quan sát bằng mắt thường các khuyết tật có kích thước nhỏ hơn Nhờ tẩm thực trên tổ chức thô đại sẽ nổi lên các dạng không đồng nhất như thiên tích (nhánh cây, vùng), thớ, lớp tôi cứng hay hóa nhiệt luyện

3 Kỹ thuật kiểm tra cấu trúc kim loại

Việc nghiên cứu tổ chức tế vi của kim loại cũng như các vật liệu không trong suốt khác chỉ có thể dựa vào ánh sáng phản xạ từ các bề mặt cần nghiên cứu do vậy bề mặt mẫu phải được chế tạo cẩn thận Những mẫu nhỏ có bề mặt như vậy được gọi là mẫu nhẵn tế vi

14

Mẫu thường có bề mặt nghiên cứu khoảng một vài cm2, cao khoảng 1,5 ÷

2 cm hay hơn một chút để dễ cầm khi mài Mẫu có thể được cắt ra khỏi sản phẩm bằng cưa hay bằng đá mài cắt dạng đĩa, nếu mẫu quá nhỏ có thể dùng kẹp hay đổ nhựa Trước tiên bề mặt nghiên cứu thường được mài đá và giấy ráp từ thô đến tinh Sau khi mài như thế mẫu vẫn còn vết xước nên phải mài bóng cơ học trên dạ nỉ có tẩm dung dịch bột mài crom hoặc nhôm ôxyt hay bằng điện phân Mẫu được coi là đạt yêu cầu khi bề mặt phẳng và nhẵn bóng như gương có khả năng phản xạ ánh sáng tốt

Bước tiếp theo là bôi (nhúng) mặt đã mài bóng bằng dung dịch ăn mòn nhẹ hay chất tẩm thực, gây nên ăn mòn các pha (có cấu trúc khác nhau) với tốc

độ khác nhau tạo nên độ nhấp nhô hoặc màu sắc cho chúng, do đó có khả năng phản xạ khác nhau

4 Đánh giá kết quả

Kính hiển vi sinh vật học cho ánh sáng đi qua mẫu, còn kính hiển vi kim loại học dùng nguyên tắc phản xạ ánh sáng từ bề mặt mẫu Kính có hệ thống vật kính, thị kính, nhưng có thêm chùm tia sáng song song chiếu vuông góc vào bề mặt mẫu nhẵn tế vi Các tia tới gặp mặt phẳng ngang sẽ phản xạ lại vuông góc với vật mẫu qua vật kính, thị kính tới mắt nên ta thấy sáng, các tia tới gặp mặt nghiêng phản xạ lại sẽ không đi vào vật kính và không tới mắt nên ta thấy tối

Nếu mẫu được mài bóng thì toàn bộ ánh sáng được phản xạ lại và chỉ thấy sáng (Hình 1a) trừ một số pha không phản xạ ánh sáng như Grafit trong gang

Hình: 1

Nếu mẫu được tẩm thực thì vùng biên giới bị ăn mòn nhanh hơn nên lõm xuống tạo ra mặt nghiêng, ánh sáng bị lệch ra khỏi vật kính nên thấy tối, trên tổ chức tế vi thấy rõ các hạt sáng với các đường biên giới tối (Hình 1b) cũng có

15

thể giải thích như thế với tổ chức peclit tấm, khi tẩm thực feclit bị ăn mòn nhanh hơn, làm nhô lên các tấm xêmentit mảnh hơn với các mặt nghiêng, do đó các vạch tối trên tổ chức tế vi biểu thị xêmentit tấm trong peclit, còn nền sáng là ferit (Hình 1c)

- Bảo hộ lao động đầy đủ

- Các cơ cấu kẹp chặt chắc chắn, an toàn

- Mặt bằng nơi làm việc đảm bảo thoáng mát sạch sẽ

16

Bài 3: Kiểm tra độ kín mối hàn bằng các dung dịch chỉ thị màu

1 Mục tiêu của bài:

+ Trình bày đầy đủ nguyên lý kiểm tra mối hàn bằng chất chỉ thị màu + Nhận biết các loại dung dịch kiểm tra độ kín của mối hàn chính xác + Làm sạch hết các vết bẩn vết dầu mỡ, lớp ô-xy hoá trên bề mặt mối hàn cần kiểm tra

+ Mô tả đúng các quy trình kiểm tra chất lượng mối hàn bằng chất lỏng và chỉ thị màu

+ Quan sát phát hiện chính xác khuyết tật của mối hàn

+ Thực hiện tốt công tác an toàn và vệ sinh phân xưởng

2 Nội dung bài:

3.1 Nguyên lý kiểm tra

Thấm mao dẫn (PT) là một trong những phương pháp kiểm tra không phá hủy được sử dụng rộng rói nhất

Mức độ phổ cập của nó có thể là do 2 nguyên nhân chính: thao tác khá dễ dàng và linh hoạt

17

Hình 3: Hoạt động mao dẫn với đường kính khác nhau

2 Chất chỉ thị và dung dịch kiểm tra mối hàn

Oil-2 Rửa bằng dòng nước Dung dịch lỏng

có ứng dụng riêng (e.g pealable deloper)

CHÚ Ý : Trường hợp đặc biệt, nếu cần sử dụng kiểm tra PT sản phẩm được thực hiện với yêu cầu riêng

là chất dễ cháy, sulfur, halogen và sodium content và các chất bẩn khác xem prEN 571-2

18

3 Chuẩn bị mối hàn và vật liệu để kiểm tra

Làm sạch sơ bộ và sấy

Các chi tiết phải được làm

sạch bụi bẩn vảy gỉ, dầu

mỡ…để có thể thực hiện được

việc thanh tra

Quá trình làm sạch phải bỏ

các chất bẩn khỏi bề mặt của

chi tiết và khuyết tật và không

nối với khuyết tật khác

Một số quá trình gia cụng cơ khí, các nguyên công gia công tinh và làm sach

bề mặt có thể gây ra lớp kim loại mỏng làm bẩn bề mặt và cản trở chất thấm vào

trong do đó khuyết tật khó được thể hiện Đôi khi phải yêu cầu làm khắc mòn bề

mặt trước khi kiểm tra

Hình 5: Trước bắn cát Sau bắn cát Sau khắc mòn

4 Kỹ thuật kiểm tra

19

Và nhiều cỏch khỏc

Chú ý quan trọng: bề mặt phải đủ ướt

Thời gian lưu giữ:

Dung dịch chất thấm phải được phép “dừng” trờn bề mặt

của vật kiểm một khoảng thời gian cần thiết để chất thấm

có thể điền đầy vào mọi khuyết tật thể hiện

Thời gian lưu giữ biến đổi theo loại chất thấm, nhiệt độ

- Nhiệt độ nước thường dùng 16oC – 40°C và ỏp

suất thường không quá 3 at

Hình 8: Loại bỏ bằng phun nước

Loại bỏ dung dịch

- Lau chi tiết kiểm bằng giẻ khô sạch để loại bỏ các phần chất thấm thừa

- Sau đó làm ướt đều giẻ với dung dịch được sử dụng để làm sạch cỏc chất

thấm cũn lại trờn bề mặt

Trong thời gian sử dụng dung dịch cho quá trình thanh tra cụ thể cho phép thời

gian ngắn dung dịch thừa bay hơi

Hậu nhũ tương

20

- Khi có mối quan tâm về hiệu quả việc rút nhiều chất thấm, hệ thống hậu nhũ

tương được sử dụng

- Điều này liên quan đến bước bổ sung mà trong đó nhũ tương hóa được đưa

lên bề mặt của vật kiểm sau thời gian lưu giữ chất thấm

Hình 9: Hậu nhũ tương

- Chất nhũ tương được cho chỉ trong thời gian vừa đủ để tương tác với

chất thấm trên bề mặt tạo ra nước trở lại (hoàn ẩm) nhưng không đủ thời gian

khuếch tán vào trong chất thấm bị giam trong khuyết tật

Sấy bề mặt với nhiệt độ max 50 o

C không cần khí nén

5 Đánh giá kết quả

Đưa chất hiện vào

Phương pháp đưa chất hiện vào tùy theo loại chất hiện được sử dụng Phương

pháp nguyên thủy đối với loại chất hiện chính được trỡnh bày dưới đây: