Công nghệ Hàn - Khuyết tật, khắc phục

Nguyên nhân chủ yếu là trong quá trình chuẩn bị mối hàn là các mép liên kết hàn không đợc làm sạch, que hàn cũ hay ớt, cột hồ quang quá ngắn sẽ tạo ra khí trong vũng hàn nóng chảy, nếu k

Bài 4 khuyết tật hàn

1 Những khuyết tật thờng xảy ra khi hàn hồ quang tay

Hàn hồ quang tay là phơng pháp thủ công do vậy chất lợng mối hàn phụ thuộc chủ yếu vào kỹ năng của ngời thợ hàn Ngời thợ hàn phải đủ năng lực đồng thời quy trình hàn phải đợc lập chính xác

Với liên kết hàn mối hàn có thể có nhiều khuyết tật với các hình dáng kích thớc khác nhau tuy nhiên ở một mức độ nhất định nó không ảnh hởng tới chất lợng mối hàn và theo từng loại tiêu chuẩn hay yêu cầu kỹ thuật của công trình nó đợc đánh giá là đạt

Với hàn hồ quang tay thờng xảy ra các khuyết tật sau

a Rỗ mối hàn.

Rỗ là hiện tợng các túi khí hay lỗ rỗng tồn tại trong mối hàn hay bề mặt của mối hàn, nó là kết quả của quá trình phản ứng hoá học trong mối hàn

Nguyên nhân chủ yếu là trong quá trình chuẩn bị mối hàn là các mép liên kết hàn không đợc làm sạch, que hàn cũ hay ớt, cột hồ quang quá ngắn sẽ tạo ra khí trong vũng hàn nóng chảy, nếu không đủ thời gian cho khí thoát ra trớc khi kim loại mối hàn nóng chảy thì sẽ xảy ra hiện tợnhg rỗ

Rỗ mối hàn

Rỗ khí đợc thể hiện trên ảnh chụp RT

Để ngăn chặn hiện tợng này, trớc hết ngời thợ hàn phải kiểm tra độ sạch của liên kết trớc khi hàn song rồi kiểm tra que hàn khi hàn giữ cho chiều dài hồ quang đủ lớn,

sử dụng dao động hồ quang để điều chỉnh thời gian tồn tại vũng hàn nóng chảy hợp

lý để khí thoát hết

b Lẫn xỉ.

Lẫn xỉ là hiện tợng xỉ hàn, oxit hay phi kim ở thể rắn tồn tại trong mối hàn, giữa các

đờng hàn hay giữa kim loại hàn với kim loại cơ bản

Trong quá trình nóng chảy, xỉ lỏng có trọng lợng riêng nhẹ hơn nên sẽ nổi lên bề mặt bể hàn

Ngậm xỉ đợc thể hiện trên ảnh chụp RT

Xỉ hình thành từ vỏ bọc que hàn, khi hàn do hồ quang quá mạnh xỉ sẽ bị thổi chìm xuống đáy của bể hàn hoặc xỉ chảy tràn lên phía trớc hồ quang, khi ngời thợ hàn không cẩn trọng và kim loại đông đặc nhanh xỉ sẽ không kịp nổi lên gây ra hiên t-ợng lẫn xỉ

Hiện tợng này cũng xảy ra khi hàn tại khe giữa hai mặt phẳng song song mà mối hàn lồi hoặc giữa mỗi hàn lồi với thành kim loại cơ bản khi khe hàn đợc vát mép không hợp lý hoặc khi hàn từ trên xuống kim loại lỏng chảy lên trên xỉ hàn đã đông

đặc

Hiện tợng này đợc ngăn chặn khi công việc chuẩn bị tốt điều chỉnh dòng điện hàn hợp lý và yêu cầu ngời thợ hàn phải có tay nghề tốt

c Không ngấu

Là khuyết tật mà tiếp giáp giữa kim loại mối hàn và vật liệu cơ bản hoặc giữa kim loại lớp hàn này với kim loại lớp hàn khác không có sự tan chảy vào nhau

Nguyên nhân chủ yếu do tốc độ hàn không chuẩn thờng quá nhanh, đờng kính điện cực lớn, cờng độ dòng điện thờng qúa nhỏ Hiện tợng này thờng xảy ra khi hàn giáp mối có khe hở không đủ lớn, khi ngời thợ hàn cha đủ kỹ năng, hồ quang không đủ mạnh làm nóng chảy lớp kim loại xung quanh hoặc khi hàn lớp kim loại lỏng chảy

Không ngấu giữa Không ngấu chảy

các đ ờng hàn thành kim loại cơ bản

tràn lên phía trên lớp trớc làm ngăn hồ quang không trực tiếp tập trung lên kim loại lớp trớc

Để ngăn chặn hiện tợng này cần phải chuẩn bị liên kết hợp lý, ví dụ để khe hở chân liên kết hàn lớn, độ vát mép lớn… chọn chủng loại que hàn hợp lý, tăng cờng độ dòng hàn, tốc độ hàn hợp lý sao cho điền đầy rãnh hồ quang

Không thấu chân mối hàn

Không thấu chân do Không thấu chân do

khe hở mối hàn nhỏ do đặt điện cực hàn không đúng

Không thấu chân thể hiện trên ảnh chụp RT

điện cực đặt không đúng

c Không thấu.

Nguyên nhân: do dòng điện, điện áp thấp, khe hở chân mối hàn nhỏ, chiều cao chân mối ghép lớn, tốc độ hàn nhanh.góc điện cực đặt không đúng, liên kết hàn bẩn vì vậy khi thực hiện mối hàn cần chú ý kiểm tra liên kết hàn cẩn thận và chọn chế

độ hàn hợp lý

Cháy thủng

d Cháy thủng

Nguyên nhân chủ yếu do cờng độ dòng điện quá cao, khe hở chân mối ghép rộng,

chiều dày chân mối ghép nhỏ, tốc độ hàn chậm

e Chảy tràn.

Nguyên chủ yếu do mối

ghép quá bẩn, Tốc độ hàn

quá chậm, dòng điện hàn

quá thấp và kỹ thuật hàn

không đúng

Khuyết cạnh thể hiện trên ảnh chụp RT

f Khuyết cạnh mối hàn

Là hiện tợng chân, cạnh của lớp hàn hoặc mối hàn bị cháy tạo thành rãnh sâu làm giảm tiết diện chịu lực của kết cấu tại điểm này

Hiện tợng này sảy ra khi cờng độ dòng điện cao, chiều dài hồ quang lớn, vị trí que hàn không đúng góc độ, tốc độ hàn không hợp lý, thời gian ngừng trong quá trình dao động que hàn không hợp lý Tuy nhiên với một số loại que hàn dù ngời thợ hàn

có kỹ năng tốt cũng không thể tránh khỏi hiện tợng này nhất là thực hiện trong không gian hẹp

Ngoài những điều chỉnh các nguyên nhân trên, để khắc phục hiện tợng này cần phải mài phần khuyết cạnh sao cho sự chuyển tiếp giữa kim loại cơ bản với kim loại mối hàn tốt nếu quá xâu phải hàn một lớp bù lên trên

g Nứt

Nứt là hiện tợng gián đoạn trong mối hàn hoặc vùng ảnh hởng nhiệt

Cháy cạnh tại Cháy cạnh tại

chân mối hàn mặt mối hàn

Nứt có thể xảy ra ở hai dạng: nứt nóng và nứt nguội

Nguyên nhân chủ yếu xảy ra hiện tợng này là:

Tính chất cơ lý hoá của kim loại cơ bản là loại khó hàn mà chế độ xử lý nhiệt tr

-ớc, trong và sau khi hàn không hợp lý

- Chủng loại que hàn lựa chọn không phù hợp với kim loại cơ bản hoặc chất lợng của que hàn không đảm bảo nh ẩm, vỡ lớp bọc…

- Thiết kế liên kết hàn không hợp lý ví dụ: chiều dầy mối hàn lớn nhng chiều rộng hẹp làm cho quá trình đông đặc của mối hàn không đồng đều gây co ngót và sinh nứt

- Liên kết giữa hai vật thể có khối lợng, độ cứng vững chênh lệch nhau quá lớn

Để hạn chế hiện tợng này cần phải xác lập quy trình hàn chính xác, đối với vật liệu cơ bản có tính chất lý hoá đặc biệt cần tính toán chế độ xử lý nhiệt hợp lý Cần

Nứt ngang Nứt dọc

Nứt thể hiện trên ảnh chụp RT

điện cực đặt không đúng

thiết kế đồ gá đảm bảo chống và ngăn ứng xuất d Nếu trong quá trình hàn phát hiện vết nứt cần phải xử lý loại bỏ ngay trớc khi tiếp tục hàn

h Mối hàn có hình dáng bên ngoài xấu

Hiện tợng này bao gồm bề mặt mối hàn không phẳng bắn toé nhiều, kích thớc mối hàn không đồng đều

Các hiện tợng trên xuất hiện do sự lựa chọn chế độ hàn không hợp lý, que hàn không đảm bảo chất lợng nhng quan trọng nhất vẫn là kỹ năng của ngời thợ hàn

i Biến dạng sản phẩm hàn

Trong quá trình hàn do đặc điểm của chu trình nhiệt và qúa trình luyện kim khi hàn

sẽ gây ứng suất d, xuất hiện trong mối hàn làm biến dạng sản phẩm hàn khi độ cứng vững của sản phẩm không cho phép

Hiện tợng này không chỉ liên quan tới quá trình công nghệ mà còn do cả đặc điểm kết cấu của chúng

Hiện tợng này đợc hạn chế bằng kỹ thuật hàn phân đoạn nghịch, kẹp chặt sản phẩm bằng lò gá, hàn đính định vị sản phẩm, gây biến dạng trớc, xử lý nhiệt trớc trong và sau khi hàn…

Quan trọng hơn cả là thiết kế liên kết hàn hợp lý sao cho ứng suất và biến dạng đợc triệt tiêu sau khi hàn

2 Khuyết tật thờng xảy ra khi hàn dới lớp thuốc -

nguyên nhân và cách phòng tránh.

a Rỗ khí.

Rỗ khí trong quá trình hàn dới lớp thuốc thờng xảy ra do các nguyên nhân sau

- Liên kết hàn bẩn: là nguyên nhân phổ biến nhất Trên liên kết trớc khi hàn xuất hiện các chất bẩn nh dầu mỡ do quá trình chuẩn bị mép hàn không tốt để lại, lớp gỉ trên mối hàn mà không là sạch khi hàn sẽ sinh ra khí mà không kịp thoát ra khỏi vũng hàn sẽ kẹt lại mối hàn hoặc giữa mối hàn với thuốc nóng chảy sinh ra rỗ

Biến dạng góc

Vì vậy trớc khi hàn cần phải làm sạch hết chất bẩn bằng mỏ đốt, bàn chải sắt, nếu còn lớp gỉ cán mép hàn cần phải đợc đốt nóng ở nhiệt độ 400 - 600 độ F để hơi ẩm thoát hết ra ngoài

- Dây hàn bẩn không những gây rỗ mối hàn mà còn gây đánh lửa giữa dây hàn và bép hàn dẫn tới hiện tợng kẹt dây

Không đủ thuốc hàn: nếu hồ quang hàn không đợc phủ kín hoàn toàn sẽ xuất hiện tia lửa làm tung lớp bảo vệ mối hàn gây rỗ, tuy nhiên quá nhiều thuốc hàn sẽ gây cho mối hàn có hình dáng không đẹp, hiện tợng này thờng xuất hiện khi hàn ống tròn mối hàn có thể bị rỗ nếu xỉ lỏng chảy khỏi vũng hàn trớc khi nó đông đặc

- Thuốc hàn bẩn: có thể do quá trình thu hồi thuốc mà thuốc không sàng lọc cẩn thận, khi thuốc hàn ẩm cần thiết phải sấy ở 500 độ F với thời gian đủ để hơi ẩm bay hết

b Kẹt xỉ:

Xỉ có thể bị kẹt ở cạnh đờng hàn và cạnh của vật hàn gây rỗ xỉ Hiện tợng này xuất hiện ở bên dới hay trên bề mặt của mối hàn Hiện tợng này thờng xảy ra khi hàn giáp mối nếu khe hở hàn lớn hơn 1/32 in thuốc hàn nóng chảy chảy lên phía trên

hồ quang và nằm sâu vào khe hở này do đó bị kẹt xỉ, do vậy với liên kết này sẽ đợc hàn lót bằng tay hay bán tự động trớc khi hàn các lớp tiếp theo

Với tốc độ hàn chậm sẽ có đủ thời gian cho phép khí, xỉ thoát ra khỏi vũng hàn tuy nhiên sẽ đẩy giá thành chế tạo lên cao do vậy cần phải tính toán trớc khi sử dụng biện pháp công nghệ này để hạn chế rỗ

Xỉ của một số loại que hàn sử dụng trong mối hàn đính hoặc mối hàn lót có thể gây rỗ khi hàn lớp tiếp theo, để tránh hiện tợng này cần chọn loại que hàn có đặc tính xỉ dễ nóng chảy và nhẹ nh E 6010, E 6011, E 7016

c Nứt.

Nứt ít xảy ra với thép cacbon thấp khi chiều dài vật hàn nhỏ hơn 3/8in, khi chiều dầy lớn 3/8in mối hàn nguội nhanh hơn gây ứng xuất cho mối hàn dễ dẫn tới nứt Kết cấu sản phẩm có độ vững chắc lớn không thể tự do biến dạng do ứng xuất hàn cũng có khuynh hớng gây nứt Thép vật liệu cơ bản có tính hàn kém nhạy cảm với khả năng biến cứng cũng dễ gây nứt trong mối hàn

- Nứt với mối hàn góc: thờng xảy ra nứt ở mối hàn góc hơn mối hàn giáp mối do cả hai chân mối hàn đều ở trạng thái tĩnh định ngăn sản phẩm không bị biến dạng do ứng xuất nhiệt Các nhân tố sau ảnh hởng tới chống nứt của mối hàn

+Với chiều dày lớn hơn 1 inch khe hở của liên kết nên để 1/32 - 1/16 in để cho phép mối hàn co ngót trong quá trình nguội

+ Với cực tính DC+ đợc khuyến khích sử dụng để mối hàn có độ ngấu lớn hạn chế

rỗ ở tốc độ hàn cao Tuy nhiên nếu thành phần kim loại cơ bản có thể ảnh hởng tới khả năng nứt thì dùng DC- để giảm sự khuyếch tán của kim loại cơ bản của mối hàn, do độ ngấu nhỏ đồng thời tốc độ đắp lớn sẽ tạo cho mối hàn lồi do vậy mối hàn có khả năng chống nứt

+ Kích thứơc điện cực với de lớn độ ngấu sẽ giảm do đó sẽ làm giảm sự khuyếch tán kim loại cơ bản và mối hàn khi kim loại cơ bản có thành phần nhạy cảm với nứt

+ Hình dáng mối hàn: bề rộng của mối hàn bằng 1.3 chiều sâu ngấu để giảm ứng xuất do co ngót, điều này đặc biệt quan trọng với thép cấu khuynh hớng dễ nứt Nếu ngấu quá sâu, mối hàn quá lồi cũng có thể gây nứt bên trong mối hàn, với mối hàn quá rộng ngấu ít có thể gây nứt bề mặt mối hàn

+ Chuẩn bị mối hàn: nứt trong và ngậm chỉ dễ xảy ra khi hàn liên kết tấm dầy có vát mép với góc quá nhỏ, do vậy với vật liệu dầy góc vát mép nên để ≥ 60o Hàn liên kết chữ T nối tấm dầy ngấu hoàn toàn có vát mép, lớp thứ nhất ở mỗi phía nên thực hiện với phơng pháp hàn hồ quang tay que hàn E7018 sao cho tránh độ ngấu quá sâu nh hình vẽ

- Vị trí điện cực: khi hàn nối hai vật liệu khác nhau nên điều chỉnh điện cực lệch về phái thép có tính hàn tốt hơn

- Tầm với điện cực: khi tầm với điện cực tăng, tốc độ đắp tăng trong khi đó độ ngấu và sự khuyếch tán sử kim loại cơ bản giảm do vậy làm giảm khẳ năng nứt của

- Nứt với mối hàn giáp mối: với mối hàn giáp mối thờng ít xảy ra hiện tơng nứt hơn mối hàn góc do liên kết không bị ngàm chặt và có thể biến dạng đợc để triệt tiêu ứng xuất d nhng cũng có thể xảy ra khi các nhân tố sau không hợp lý

Hình dáng mối hàn khi liên kết hàn có vát mép với góc vát mép nhỏ, vận tốc hàn quá lớn sẽ tạo ra mối hàn có hình chóp thì quá trình nguội của mối hàn xảy ra không đồng đều dễ gây nứt bên trong mối hàn

Liên kết hàn vát mép quá nhỏ, Liên kết đợc vát mép

Khi liên kết hàn với kim loại cơ bản có tính hàn kém cần hạn chế sự khuyếch tán của kim loại cơ bản vào mối hàn cần sử dụng cực tính DC+, đờng kính điện cực lớn, chiều dài hồ quang lớn, cờng độ dòng hàn thấp và hàn lớp lót trớc bằng phơng pháp hàn hồ quang tay

Khi sử dụng thuốc hàn có hàm lợng Mn, Si cao cần hạn chế các nguyên tố này vào kim loại mối hàn nên đặt chế độ với điện áp hàn đủ nhỏ

Ngoài các nguyên nhân trên nứt còn xảy ra khi lợng Hydro sâm nhập vào mối hàn lớn Lợng hydro này tồn tại trong thuốc hàn ẩm, mỡ, chất bẩn ở dây hàn hay kim loại cơ bản

Hiện tợng nứt do H2 thờng xuất hiện sau khi nguội khoảng 72 giờ Hydro có thể hoà tan vảo kim loại mối hàn ở nhiệt độ lớn hơn 93 độ C nhng không xuất hiện nứt,

ở nhiệt độ thờng hydro gây khuyết tật tế vi bên trong kim loại mối hàn gây ra nứt

Để hạn chế hiện tợng này phải làm giảm lợng hydro sâm nhập vào mối hàn đủ nhỏ

nh loại bỏ hơi ẩm trong trong thuốc hàn bằng cách sấy ở nhiệt độ cao, loại bỏ dầu

mỡ và chất bẩn ở liên kết hàn và dây hàn, giữ nhiệt mối hàn ở nhiệt độ đủ lớn bằng

Nứt sau khi mối hàn đông đặc

Nứt

cách nung nóng trong khi hàn và sau khi hàn trong một thời gian nhất định để hydro kịp thoát ra ngoài

d Không ngấu, không thấu.

Nguyên nhân chủ yếu:

- Do cờng độ dòng điện nhỏ

- Tốc độ hàn quá lớn

- Độ chính xác của dây điện cực hàn theo liên kết hàn không chính xác

- Chuẩn bị liên kết nàh không chính xác nh góc vát mép nhỏ, khe hở mối ghép hẹp

- Cạnh của mép liên kết hàn bẩn

- Điện áp hồ quang lớn

- Tầm với điện cực lớn

f Cháy thủng.

Nguyên nhân :

- Cờng độ dòng điện quá lớn

- Khe hở mối ghép hàn rộng

- Tốc độ hàn chậm

g Chảy tràn.

Nguyên nhân :

- Tốc độ hàn quá thấp khi hàn thép quá dày

- Điện áp và tầm với điện cực lớn

- Mép liên kết bẩn

h Khuyết cạnh mối hàn.

Nguyên nhân :

- Cờng độ và điện áp hồ quang quá lớn

- Khi hàn góc ở vị trí ngang với kích thớc mối hàn lớn.

i Mối hàn có hình dáng bên ngoài xấu.

Hiện tợng này xuất hiện khi chế độ hàn không hợp lý nh cờng độ dòng điện hàn cao và tốc độ hàn quá nhanh Sử dụng loại thuốc hàn có thành phần không đảm bảo cho việc tạo dáng mối hàn

k Biến dạng sản phẩm hàn.

Tơng tự nh hàn hồ quang tay, hiện tợng này xuất hiện khi :

- Hàn các mối hàn lớn không có chế độ xử lý nhiệt hợp lý

- Kết cấu hàn đợc thiết kế không hợp lý cho việc chống lại ứng suất nhiệt do hàn sinh ra

- Quy trình chê tạo kết cấu hàn không chính xác

Để thuận tiện cho việc hạn chế và khăc phục những khuyết tật trong hàn hồ quang dới lớp thuốc, bảng dới liệt kê các khuyết tật và cách khắc phục chúng:

Kiểu liên

kết

Hàn tự động dới lớp thuốc, điện cực đơn Kiểu

khuyết

tật

Cách hạn chế và khắc phục

thấp

1 Tăng I h

2 Sử dụng DC+

3 Sử dụng U h thấp cho liên kết T và V

4 Sử dụng l v ngắn

5 Giảm tốc độ hàn

6 Tăng góc vát mép cho liên kết V

1 Nên sử dụng dây EM12K

2 Sử dụng

DC-3 Gảm U h

4 Gảm tốc độ hàn

5 Nung nóng sơ bộ

6 Tăng d e

Lớp lót

trong liên

kết có vát

mép

Nứt

1 Giảm I h và U h

2 Sử dụng

DC-3 Tăng khe hở chân và góc vát mép

4 Nung nóng sơ bộ,liên kết hàn

Mối hàn

nhiều lớp

Nứt ngang

mối hàn

1 Tăng nhiệt độ giữa các lớp hàn

2 Giảm tố độ hàn

3 Giảm U h

4 Giảm I h và U h

mép 2 Giảm tốc độ hàn

mối hàn

1 Sử dụng

DC-2 Giảm I h và U h

3 Tăng D e

4 Giảm tốc độ hàn

chất bẩn

1 Sử dụng dây hàn EM12K hoặc EM13K

2 Tăng điện áp hàn

3 Giảm I h

4 Sử dụng DC+

5 Đốt liên kết trớc kho hàn

6 Làm sạch liên kết cẩn thận

7 Giảm tốc độ hàn

Tất cả

Rỗ do tác

động của

hồ quang

1 Sử dụng dây hàn EL12

2 Sử dụng DC+

3 Giảm điẹn áp hàn

4 Giảm I h và U h

5 Tăng d e và giảm U h

Tất cả

Bắn toé

kim loại

hàn

1 Giảm U h

2 Sử dụng

DC-3 DC-3 Giảm I h và U h

4 Tăng tốc độ hàn

xấu

1 Tăng U h để nhận đợc mối hàn phẳng hơn

2 Giảm I h

3 Giảm tốc độ hàn

4 Sử dụng d e phù hợp với I h

5 Sử dụng DC+ cho liên kết giáp mối không vát mép và liên kết hàn góc có cạnh nhỏ hơn 8mm