Giới thiệu hàn pps

Phơng pháp hàn điện cực không nóng chảy - Năng suất thấp, giá thành cao, không phù hợp để hàn các kết cấu có chiều dày lớn.. Giới hạn này đợc xác định theo các yếu tố sau: a 0,5% khi tín

giới thiệu về hàn

1 Hệ thống các tiêu chuẩn đợc áp dụng phổ biến hiện nay 3

5 Các loại dòng điện hàn 17

10 Một số đặc điểm cơ bản về các phơng pháp hàn trong môi trờng

1 Hệ thống các tiêu chuẩn đợc áp dụng phổ biến hiện nay

1.1 ASME ( American Society of Mechanical Engineers ) - Hiệp hội các kỹ s cơ khí Hoa kỳ,bao gồm một số tiêu chuẩn nh:

- ASME Boiler & Pressure vessel code: Quy phạm ASME về nồi hơi và bồn bể áp lực

• ASME Code Section II Part A Material

• ASME Code Section II Part B Material

• ASME Code Section II Part C Welding Consumables

• ASME Code Section II Part D Properties

• ASME Code Section III Nuclear Facility Components

• ASME Code Section VI Care and Operation of Heating Boiler

• ASME Code Section VII Care of Power Boiler

• ASME Code Section VIII Div.1 Pressure Vessels

• ASME Code Section VIII Div.2 Pressure Vessels

• ASME Code Section VIII Div.3 Pressure Vessels

• ASME Code Section IX Welding and Brazing Qualifications

• ASME Code Section X Plastic Pressure Vessels

• ASME Code Section XI Inservice Inspection of Nuclear Power Plant

- ASME CODE for Pressure Piping, B31: Quy phạm ASME về các đờng ống áp lực

• ASME B 31.2 Fuel Gas Piping

• ASME B 31.3 Process Piping

• ASME B 31.4 Pipelines Transportation System for Liquid Hydrocarbon andOther Liquid

• ASME B 31.5 Refrigeration Piping

• ASME B 31.8 Gas Transportation and Distribution Piping System

• ASME B 31.9

• ASME B 31.11

• ASME B 31.G-1991

1.2 AWS ( American Welding Society ) - Hiệp hội hàn Hoa kỳ, gồm một số tiêu chuẩn nh:

- AWS D1.1 - Structural Welding Code - Steel: Quy phạm hàn kết cấu thép

1.3 API ( American Petrolium Institute ) - Viện xăng dầu Hoa Kỳ, gồm một số tiêu chuẩn đángchú ý nh:

- API 650 - Welded Steel Tanks for Oil storage : Tiêu chuẩn hàn các bồn chứa dầu

- API 1104 - Welding of Pipelines and Related Facilities : Tiêu chuẩn hàn đờng ống và cácphụ kiện đờng ống

1.4 Các tiêu chuẩn quốc tế ISO ( International Standardzation Organization )

1.5 EN ( European Nations ): Tiêu chuẩn châu Âu

1.6 JIS ( Japanese Industrial Standards ): Hệ thống tiêu chuẩn cho các nghành công nghiệp củahiệp hội tiêu chuẩn quốc gia Nhật Bản

2 Phân loại các phơng pháp hàn

Hầu hết các tiêu chuẩn hiện nay đều phân loại các phơng pháp hàn nh sau:

2.1 SMAW ( Shielded Metal Arc Welding ): Hàn hồ quang tay que hàn thuốc bọc.

+ Ưu điểm:

- Phơng pháp hàn SMAW cho chi phí thấp, thiết bị đơn giản

- Với phơng pháp hàn này, nguồn nhiệt phân bố thấp hơn, biến dạng ít hơn

- Dễ dàng áp dụng ở mọi địa hình, t thế khó khăn

2.2 GMAW ( Gas Metal Arc Welding ): Hàn hồ quang trong môi trờng khí bảo vệ

Khi dùng khí Trơ bảo vệ thì gọi là hàn MIG ( Metal Inert Gas ), khi dùng khí hoạt tính bảo

vệ thì gọi là hàn MAG ( Metal Active Gas )

- Nguồn nhiệt tập trung và cao, dễ gây ra biến dạng nhiệt

- Vũng hàn nhỏ, dễ bị khuyết tật không ngấu

- Khi hàn trong môi trờng có gió, khí bảo vệ dễ bị thổi bạt, ảnh hởng đến chất lợng mốihàn

2.3 FCAW ( Flux Cored Arc Welding ): Hàn hồ quang dây lõi thuốc.

Hàn hồ quang dây lõi thuốc cũng có những đặc điểm nh đối với hàn GMAW, chỉ có sựkhác biệt là dây hàn sử dụng là dây hàn rỗng, lõi thuốc

Hàn dây lõi thuốc có thể sử dụng khí bảo vệ riêng biệt ( nh hàn MIG/MAG ) hoặc khí bảo

vệ do chính lõi thuốc sinh ra khi cháy gọi là dây hàn tự bảo vệ

2.4 GTAW ( Gas Tungsten Arc Welding ): Hàn hồ quang, điện cực Vonfram trong môi trờng

khí trơ bảo vệ.( Phơng pháp hàn điện cực không nóng chảy)

- Năng suất thấp, giá thành cao, không phù hợp để hàn các kết cấu có chiều dày lớn

- Đòi hỏi liên kết hàn phải đợc lắp ghép chính xác

- Không thích hợp khi hàn các vật hàn có đờng hàn quá ngắn.

2.6 OFW ( Oxyfuel Gas Welding ): Hàn khí Oxy.

2.7 PAW ( Plasma Arc Welding ): Hàn Plasma.

2.8 ESW ( Electroslag Welding ): Hàn xỉ điện.

2.9 EBW ( Electron Beam WElding ): Hàn bằng chùm tia điện tử.

2.10 Stud Welding: Hàn đinh tán

2.11 Inertia and Continuous Drive Friction Welding: Hàn ma sát

2.12 Resistance Welding: Hàn điện tiếp xúc ( Hàn điện trở )

 Seam Welding: Hàn đờng (Hàn lăn)

 Spot Welding : Hàn điểm

 Prọject Welding : Hàn một loạt điểm (áp dụng chủ yếu cho hàn tấm)

2.13 Laser Beam Welding: Hàn bằng chùm tia Lase

3 Phân loại điện cực hàn

Điện cực hàn đợc phân loại theo rất nhiều tiêu chuẩn nh JIS, EN, ISO, ASME, nhng phổbiến nhất là hệ thống phân loại theo AWS

3.1 Que hàn thuốc bọc.

Các chức năng chính của chất trợ dung thuốc bọc que hàn :

• Tạo ra hồ quang ổn định và tập trung

• Bảo vệ hồ quang và vũng kim loại nóng chảy tránh không khí xâm nhập

• Tạo lớp xỉ che chắn kim loại để có bề mặt nhẵn và bảo vệ mối hàn tránh bị nguội độtngột

• Khử oxy và tinh luyện kim loại hàn

• Bổ xung nguyên tố hợp kim vào kim loại hàn

• Cải thiện hiệu quả đắp của kim loại hàn

• Tạo ra lớp cách điện

Tính công nghệ, tính hàn, hiệu suất của điện cực que hàn đợc đặc trng bởi hỗn hợp trợdung bọc Đối với các que hàn đặc biệt dùng cho thép độ bền cao, thép hợp kim thấp, thépkhông gỉ, hàn đắp bề mặt, gang, hợp kim màu, sẽ đặc biệt chú ý đến tính hàn, tức là tránhcác vết nứt hàn, kiểm soát thành phần hoá học và các tính chất cơ học, hơn là tính côngnghệ

3.1.1 Bảo quản que hàn

Que hàn có xu hớng hấp thụ hơi ẩm, do vậy để đảm bảo chất lợng thì que hàn cần phải

đ-ợc bảo quản thích hợp và sấy khô trớc khi sử dụng Khi que hàn bị ẩm, các yếu tố sau cóthể ảnh hởng tới tính công nghệ và tính hàn:

(a) Hồ quang hàn trở nên mạnh hơn và không ổn định

(b) Sự bắn toé nhiều hơn và hạt kim loại văng ra lớn hơn

(c) Độ ngấu mối hàn sâu hơn, có thể gây nứt ở chân mối hàn

(d) Lớp xỉ phủ mặt không đều trong khi hàn, do đó mặt bị thô hơn

(e) Khử lớp xỉ khó hơn

(f) Có thể xảy ra nứt, rỗ

(g) Gây ra sự dòn hydro do tăng lợng hydro trong mối hàn

Nếu dùng que hàn bị ẩm (cha đợc sấy khô), các khuyết tật hàn sẽ xảy ra nhiều hơn, làmcho chất lợng mối hàn bị giảm nhiều Do đó, giới hạn hấp thụ độ ẩm phải đợc thiết lập để

đạt hiệu suất hàn cao Giới hạn này đợc xác định theo các yếu tố sau:

(a) 0,5% khi tính đến lợng hydro trong mối hàn, que hàn low hydrogen ( hàm lợng Hydrothấp ) để giới hạn lợng hydro trong mối hàn (dới 5ml/100g có tính đến tính hàn).(b) 2-3% khi tính đến tính công nghệ, chống nứt, chống tạo bọt khí, cho các loại que hànkhông phải loại low hydrogen

3.1.2 Sấy khô

Que hàn đợc lu giữ trong thời gian dài sau khi sản xuất, đợc để ra dùng ở ngoài trời, đãhấp thụ lợng hơi ẩm nào đó Sự hấp thụ hơi ẩm là tuỳ thuộc vào từng loại que hàn Ngaycả nếu một lợng nhỏ hơi ẩm đợc hấp thụ cho que hàn loại low hydrogen, loại thờng sửdụng để hàn thép dày, hoặc thép hợp kim thấp, cũng có xu hớng gây nứt mối hàn, do đóque hàn phải đợc sấy khô trớc khi sử dụng Trong trờng hợp que hàn không phải loại lowhydrogen, ngoại trừ que hàn loại cenlluloce cao cũng phải sấy khô trớc khi hàn để mốihàn có chất lợng cao ( kiểm tra NDT không có khuyết tật )

Khi sấy que hàn cần phải xác định cẩn thận các thông số: nhiệt độ, thời gian, và số chu kỳsấy, ( sấy lại để tái sử dụng ) Nhiệt độ sấy quá cao hoặc quá thấp đều có thể gây ra cácvấn đề nh: nhệt độ sấy quá cao có thể làm giảm tác nhân tạo khí và chất khử oxy hoátrong hỗn hợp thuốc bảo vệ, dẫn đến sự hình thành các bọt khí trong mối hàn, làm giảm

độ bền và độ giai va đập Nếu nhiệt độ sấy quá thấp, sẽ không loại hết lợng hơi ẩm đã bịhấp thụ

Điều kiện sấy khô tuỳ thuộc vào nhãn hiệu que hàn Phải tuân theo sự hớng dẫn của nhàsản xuất Việc sấy có thể đợc lặp lại không quá 2 lần Que hàn nếu sấy quá nhiều lần, sựliên kết của lớp bọc có thể bị h hại và bị rã trong khi hàn Do đó cần phải xác định trớc sốlợng que hàn đợc sử dụng trong ngày, và chỉ sấy lợng que hàn cần dùng trong ngày Sốque hàn đã sấy còn lại có thể sử dụng lại sau khi đợc sấy lại

3.1.3 Bảo quản và Lu giữ

Bảo quản và lu giữ que hàn trong kho có các điều kiện thích hợp, và sử dụng các loại quehàn cũ trớc Các chú ý cần đợc thực hiện khi lu giữ và bảo quản que hàn:

(a) Bảo quản và lu giữ que hàn trong kho có điều kiện thông gió tốt Để que hàn trên giácao so với nền nhà và cách xa tờng

(b) Ghi rõ ngày tiếp nhận và xắp xếp ngăn nắp, trật tự sao cho các loại que hàn cũ đợc sửdụng trớc

(c) Ghi rõ kiểu loại, đờng kính, tên thơng mại của que hàn

(d) que hàn đợc xếp sao cho khi cấp phát không bị nhầm lẫn

(e) Không xếp que hàn chồng đống lên nhau

* ℵ: chỉ độ bền kéo tối thiểu ( ksi )

* ℑ: chỉ vị trí hàn, nh sau:

1 - Hàn tất mọi vị trí

2 - Hàn sấp (bằng) và hàn ngang ( F & H)

4 - Hàn sấp , hàn trần, hàn ngang và hàn đứng từ trên xuống

* ℜ: chỉ loại thuốc bọc và loại dòng điện, nh bảng dới đây:

Ghi chú: Các ký hiệu AC, DCEP/DCSPvà DCEN/DCRP - xem mục 5

E 7018 Kali, Hydro thấp, bột Sắt F , H , V, O

E 7028 Kali, Hydro thấp, bột Sắt F , H-f

E 7048 Kali, Hydro thấp, bột Sắt F , H , V , O

* (3): chỉ loại thuốc bọc và loại dòng điện ( nh đối với que hàn thép Carbon )

* (4): Một hoặc nhiều chữ cái chỉ thị hàm lợng % ( tối thiểu ) các nguyên tố hợp kimchính của que hàn nh bảng dới đây:

Ghi chú: (**) - khi có ký hiệu là G thì nguyên tố hợp kim chỉ yêu cầu là một trong các nguyên

tố trên theo thoả thuận giữa chủ đầu t và nhà thầu3.1.3 Que hàn thuốc bọc hàn thép không gỉ:

ℑ- Một hoặc nhiều chữ cái chỉ thị sự thay đổi thành phần hoá học cơ bản

L Hàm lợng Carbon thấp

Cb Thêm vào nguyên tố Coban, giảm hàm lợng Carbon

Mo Thêm vào nguyên tố Molyden, giảm hàm lợng Carbon

ℜ Số chỉ thị vị trí hàn, loại thuốc bọc và dòng điện hàn

15: Thuốc bọc có chứa đá vôi, dòng DCEP (DC+)

16: Thuốc bọc chứa đá vôi hoặc Titan, dòng AC hoặc DCEN (DC-) hoặc DCEP(DC+)

3.3 Thanh, dây hàn cho các phơng pháp hàn GMAW, GTAW

ER XX S - X

ℵ ℑ ℜ ℘

ℵ - ER : Electrode hoặc Rod

ℑ - Độ bền kéo tối thiểu Ksi

10: Tù b¶o vÖ

G: Theo tho¶ thuËn Nhµ thÇu + Chñ ®Çu t

3.5 Tæ hîp d©y hµn vµ thuèc hµn víi ph¬ng ph¸p hµn hå quang ch×m ( SAW )

ℑ - §é bÒn kÐo tèi thiÓu x10 (Ksi)

ℜ - ChØ ra ®iÒu kiÖn nhiÖt luyÖn:

A: As Welded: nh sau khi hµn

P: PWHT ( Post Weld Heat Treatment ): Yªu cÇu nhiÖt luyÖn sau khi hµn

L: Low Mn ( Mangan thÊp )

M: Medium Mn ( Mangan trung b×nh )

H: High Mn ( Mangan cao )

vÞ trÝ hµn gi¸p mèi v¸t mÐp tÊm

VÞ trÝ hµn gi¸p mèi v¸t mÐp èng

VÞ trÝ hµn gi¸p mèi trong kh«ng gian

vÞ trÝ hµn gãc thÐp tÊm

VÞ trÝ hµn gãc èng

Vị trí hàn góc trong không gian

5 Các loại dòng điện hàn:

5.1 Dòng điện xoay chiều (AC):

Là dòng điện không có cực tính, cực tính thay đổi liên tục do dòng điện đổi chiều liên tục,

do vậy lợng nhiệt sinh ra giữa điện cực và vật hàn là nh nhau

- Dòng điện xoay chiều không ổn định, có tác dụng làm sạch lớp Oxyt khi hàn nhôm,Magiê

5.2 Dòng điện một chiều đấu thuận (DCEP).

Dòng điện DCEP ( Direct Current Electrode Positive ) tức là cực dơng nối với kìm hàn,cực âm nối với vật hàn Đặc điểm của kiểu nối này là lợng nhiệt sinh ra ở dơng cực nhiềuhơn (70%), còn lại là 30% là ở cực âm (do tác động va đập của các điện tử vào dơng cực)Với kiểu dòng điện này, công suất nóng chảy của kim loại đắp lớn, năng suất cao, rấtthích hợp cho các phơng pháp hàn MIG/MAG, SMAW và SAW

5.3 Dòng điện một chiều đấu nghịch (DCEN).

Dòng điện DCEN (Direct Current Electrode Negative) ngợc lại với dòng điện DCEP, tức

là cực âm nối với kìm hàn Với loại dòng điện này thì điện cực bị nung nóng ít hơn so vớivật hàn, do vậy năng suất hàn thấp, thích hợp đối với các phơng pháp hàn cần khống chếnhiệt độ của điện cực hàn ( GTAW )

6 Kiểm tra phá huỷ.

Kiểm tra phá huỷ cũng nh kiểm tra không phá huỷ đợc quy định ở trong tất cả các tiêuchuẩn hàn, trong đó, tiêu chuẩn ASME Section IX là quy định ở mức khắt khe nhất Dới

đây giới thiệu các phơng pháp kiểm tra phá huỷ theo ASME Section IX

Mẫu thử uốn

6.1 Thử kéo.

Mẫu thử đợc lấy ra từ phôi hàn thử hoặc sản phẩm rồi đợc gia công đạt kích thớc theo quy

định của tiêu chuẩn

+ Mục đích: xác định giới hạn bền kéo của liên kết hàn

+ Yêu cầu:

- Giới hạn bền kéo của mẫu không đợc nhỏ hơn độ bền kéo tối thiểu của kim loại cơ bản

- Giới hạn bền kéo của mẫu không đợc nhỏ hơn độ bền kéo tối thiểu của phần tử kém hơntrong hai phần tử tham gia vào liên kết hàn

- Vết nứt gẫy ở vùng kim loại cơ bản nằm ngoài vùng mối hàn hoặc ngoài đờng ranh giớinóng chảy miễn sao giới hạn bền đạt đợc không đợc thấp hơn 5% độ bền kéo tối thiểu củavật liệu cơ bản

(3) Thử uốn chân:

Mối hàn vuông góc với trục dọc của mẫu Tải trọng tác dụng vuông góc với mặt mẫu, làmchân mẫu bị uốn lồi

(4) Thử uốn mặt mẫu mối hàn dọc:

Mối hàn song song với trục dọc của mẫu Tải trọng tác dụng làm mặt mẫu bị uốn lồi.(5) Thử uốn chân mẫu mối hàn dọc:

Mối hàn song song với trục dọc của mẫu Tải trọng tác dụng làm chân mẫu bị uốn lồi.+ Yêu cầu:

- Mối hàn và vùng ảnh hởng nhiệt phải bị uốn cong hoàn toàn sau khi thử uốn

- Các khuyết tật mở (Open defects) phát sinh sau khi uốn phải nằm trong giới hạn kích

cỡ cho phép theo quy định của tiêu chuẩn

7 Kiểm tra không phá huỷ.

7.1 Kiểm tra ngoại dạng ( VE-Visual Examination )

- Để xác định các khuyết tật bề mặt nh rỗ bề mặt, ngậm xỉ, các vết nứt, đặc biệt là các vếtcháy chân

- Kiểm tra ngoại dạng cũng xác định các kích thớc bên ngoài của mối hàn có nằm trongphạm vi quy định hay không ( theo tiêu chuẩn hoặc theo yêu cầu kỹ thuật )

- Thông qua kiểm tra ngoại dạng, các chuyên gia có thể đề xuất các phơng pháp bổ xungkhác nh : kiểm tra từ tính(MT), thẩm thấu(PT), siêu âm (UT), để xác định thêm cáckhuyết tật

7.2 Kiểm tra thẩm thấu ( PT-Penetrant Testing )

- Đây là một trong các phơng pháp kiểm tra không phá huỷ để xác định các khuyết tật bềmặt, các vết nứt, vết nhăn khi cán, vết chồng mép, chồng nguội của vật đúc, tách lớp, hànkhông ngấu, các khuyết tật bên trong mở rộng tới bề mặt mối hàn, hoặc kiểm tra các mặtsau của mối hàn sau khi đục, mài hoặc thổi điện cực ( backgouging ) Nhng thực chất đâyvẫn chỉ là phơng pháp kiểm tra, xác định các khuyết tật bề mặt

- Phơng pháp thẩm thấu là đặc biệt cần thiết để kiểm tra các vật không nhiễm từ nh : Al,

Mg, Thép không gỉ mà không thể sử dụng phơng pháp kiểm tra từ tính

- Đối với phơng pháp kiểm tra thẩm thấu, bề mặt liên kết hàn phải đợc làm sạch kỹ càngbằng các phơng pháp cơ học ( dùng bàn chải hoặc máy ) và các dung môi cần thiết để tẩyrửa các chất bẩn.

7.3 Kiểm tra từ tính ( MPT - Magnetic Particle Testing )

- Phơng pháp kiểm tra từ tính cũng là một phơng pháp kiểm tra xác định các khuyết tật bềmặt nh : nứt, rỗ, ngậm xỉ, không ngấu, các vết tách lớp, chồng lớp của vật cán và cáckhuyết tật bên trong nằm sát bề mặt ở những vật liệu nhiễm từ

- Kiểm tra từ tính trên cơ sở sử dụng các hạt đợc làm nhiễm từ Các hạt đợc từ hoá có thểdới dạng bột khô, hoặc bột đợc hoà tan trong dung dịch lỏng Đối với những mối hàn hànnhiều lớp đôi khi ngời ta phải kiểm tra ngay sau khi kết thúc đờng hàn ( kim loại vừa kếttinh ) do vậy không thể dùng bột ớt ( dễ nứt ), hoặc kiểm tra các mặt sau của mối hàn saukhi sau khi đục, mài hoặc thổi điện cực ( backgouging ) Tóm lại trong những tr ờng hợpkim loại mối hàn đang còn ở nhiệt độ cao thì ngời ta cần phải sử dụng bột từ khô

- Đối với những vật hàn mỏng ngời ta chỉ cần dùng phơng pháp từ tính để kiểm tra cáckhuyết tật bên trong mối hàn

7.4 Phơng pháp chụp ảnh phóng xạ ( RT-Radiography Testing )

- RT là một phơng pháp u việt để kiểm tra các khuyết tật bên trong mối hàn, vật đúc nh

rỗ khí, ngậm xỉ, nứt, không ngấu, không thấu, Phơng pháp này có thể xác định kích thớccủa khuyết tật

- Phơng pháp RT có thể xác định chính xác tất cả các loại khuyết tật bên trong cũng nhcác khuyết tật bề mặt của vật liệu Đây là phơng pháp sử dụng phổ biến để xác định chínhxác các khuyết tật, nó có thể kiểm tra cho tất cả các loại vật liệu

- Phơng pháp RT có kết quả lu giữ là film

- Phơng pháp RT không xác định đợc chính xác toạ độ của khuyết tật Việc đọc các chỉ thịkhuyết tật đòi hỏi chuyên gia có trình độ chuyên môn cao, có kinh nghiệm Ngoài ra, chiphí kiểm tra RT cũng cao hơn các phơng pháp khác

7.5 Kiểm tra Siêu âm ( UT- Ultrasonic Testing )

- Phơng pháp kiểm tra siêu âm cũng là phơng pháp kiểm tra không phá huỷ để xác địnhcác dạng khuyết tật bên trong cũng nh khuyết tật gần bề mặt

- Phơng pháp UT có thể xác định chính xác kích cỡ, vị trí, toạ độ của khuyết tật Trongnhiều trờng hợp khi sử dụng phơng pháp RT bị vớng do không dán đợc film, không đặt đ-

ợc nguồn thì ngờt ta phải sử dụng phơng pháp kiểm tra siêu âm Tuy nhiên trong nhiềutrờng hợp, kết cấu mối hàn phức tạp thì cũng không sử dụng phơng pháp siêu âm đợc

- Phơng pháp UT đợc sử dụng rộng rãi trong việc kiểm tra chất lợng của vật liệu nh kiểmtra tách lớp, kiểm tra vết nứt

- Phơng pháp này không thể xác đinh trực tiếp các khuyết tật mà chỉ thông qua các dạngxung chỉ thị nên kết quả có thể bị nhầm lẫn

- Phơng pháp này phụ thuộc vào việc hiệu chính máy, và con ngời

8 Gia nhiệt sơ bộ ( trớc khi hàn)

- Gia nhiệt trớc khi hàn ( Preheating ) đợc áp dụng để làm giảm tốc độ nung nóng quá lớnkhi hàn gây ra sự phân bố nhiệt độ không đều giữa các vùng kim loại cơ bản và làm giảm