Nghiên cứu kim loại học mối hàn thép hợp kim thấp độ bền cao, xây dựng bài thí nghiệm kiểm tra phân tích kim loại học mối hàn dùng cho môn học công nghệ kim loại

BÁO CÁO TỔNG KẾT ÐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ÐIỂM NGHIÊN CỨU KIM LOẠI HỌC MỐI HÀN THÉP HỢP KIM THẤP ÐỘ BỀN CAO, XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM KIỂM TRA PHÂN TÍCH KIM LOẠI HỌC MỐI HÀN DÙNG CHO

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ÐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ÐIỂM

NGHIÊN CỨU KIM LOẠI HỌC MỐI HÀN THÉP HỢP KIM THẤP ÐỘ BỀN CAO, XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM KIỂM TRA PHÂN TÍCH KIM LOẠI HỌC MỐI HÀN DÙNG CHO MÔN HỌC CÔNG NGHỆ KIM LOẠI

S K C0 0 5 4 2 5

Chủ nhiệm đề tài: GV.ThS Trần Thế San

Mã số: T2013-90

MÔN HỌC CÔNG NGHỆ KIM LOẠI

Mã số: T2013-90

Chủ nhiệm đề tài: GV.ThS Trần Thế San

TP HCM, Tháng 12 năm 2013

MÔN HỌC CÔNG NGHỆ KIM LOẠI

Mã số: T2013-90

Chủ nhiệm đề tài: GV.ThS Trần Thế San

1 Thông tin chung:

- Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

- Thời gian thực hiện: 01/2013 – 12/2013

2 Mục tiêu:

- Nghiên cứu kim loại học mối hàn thép hợp kim thấp độ bền cao

- Xây dựng bài thí nghiệm kiểm tra, phân tích kim loại học mối hàn dùng cho môn học Công Nghệ Kim Loại

3 Tính mới và sáng tạo:

- Đưa vào trong môn học Công Nghệ Kim Loại để sinh viên có thể tự nghiên cứu

4 Kết quả nghiên cứu:

- Hoàn thiện mục tiêu đề ra, xây dựng được bài thí nghiệm

5 Sản phẩm:

- Bản thiết kế và cụm thiết bị hàn hồ quang dưới thuốc

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

- Có khả năng áp dụng tại bộ môn Công nghệ Kim loại và một số trường khác tuỳ điều kiện cụ thể

Trưởng Đơn vị

(ký, họ và tên, đóng dấu)

Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ và tên)

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU iii

DANH MỤC HÌNH iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv

MỞ ĐẦU 1

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vục đề tài ở trong và ngoài nước 1

2 Tính cấp thiết : 1

3 Mục tiêu: 1

4 Cách tiếp cận: 1

5 Phương pháp nghiên cứu 1

6 Đối tượng nghiên cứu: 1

7 Phạm vi nghiên cứu: 1

8 Nội dung nghiên cứu : 1

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

1.1 Tổng quan về thép hợp kim thấp độ bền cao 3

1.2 Giới thiệu một số phương pháp hàn 20

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM KIỂM TRA, PHÂN TÍCH KIM LOẠI HỌC MỐI HÀN 46

2.1 Mục đích yêu cầu 46

2.2 Cơ sở lý thuyết 46

2.3 Trình tự thí nghiệm 49

2.4 Phân tích và đánh giá kết quả 51

KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

Bảng 1.1: Ký hiệu nguyên tố hợp kim tương đương giữa tiêu chuẩn TCVN và tiêu chuẩn ΓΟCT Bảng 1.2 Thành phần hóa học của một số mác thép theo tiêu chuẩn TCVN3104-79

Bảng 1.3 Một số mác thép hợp kim thấp có độ bền cao theo tiêu chuẩn Nga

Bảng 3.4 thành phần hóa học của mác thép A558 theo tiêu chuẩn ASTM

Bảng 1.5: Thành phần hóa học và cơ tính của một số mác thép HSLA theo SAE

Bảng 1.6: Thành phần hóa học của một số mác thép theo tiêu chuẩn ASTM A572 -88C Bảng 1.7: Cơ tính của các mác thép theo tiêu chuẩn ASTM A572-88C

Bảng 1.8: Thành phần hóa học của một số mác thép theo tiêu chuẩn ASTM A573 -89 Bảng 1.9: Cơ tính của một số mác thép theo tiêu chuẩn ASTM A573-89

Bảng 1.10: Thành phần hóa họccủa một số mác thép ASTM A633-90

Bảng 3.11: Cơ tính của một số mác thép theo tiêu chuẩn ASTM A633-90

Bảng 1.12: Thành phần hóa học (%) của các mác thép theo JIS G319-88

Bảng 1.13: Cơ tính của một số mác thép theo tiêu chuẩn JIS G319-88

Bảng 1.14: Thành phần hóa học (%) của các mác thép theo JIS G3128-87

Bảng 1.15: Thành phần hóa học của một số mác thép theo tiêu chuẩn GB 1591- 94 Bảng 1.16: Cơ tính của một số mác thép theo tiêu chuẩn GB1591- 94

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Tổ chức tế vi của HSLA-100 ở trạng thái cơ bản và ở vùng hàn

Hình 1.2 Tổ chức tế vi của HSLA-100 ở vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ)

Hình 1.3 Tổ chức tế vi của thép HSLA a.As-rolled; b tempered at 200°C; c

tempered at 400°C; d tempered at 600°C; e tempered at 700°C.

Hình 1.4 Tổ chức tế vi của thép HSLA-340 đã ram

Hình 1.5 Tổ chức tế vi của thép HSLA cán nguội, tôi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

SMAW : Shielded metal arc welding

GTAW : Gas–tungsten arc welding

MỞ ĐẦU

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vục đề tài ở trong và ngoài nước

Phá hủy kết cấu hàn đã được quan tâm từ lâu Đánh giá độ bền và độ ổn định của kết cấu hàn định kỳ sau một thời gian sử dụng là một yêu cầu rất quan trọng, nhằm phát huy tối đa hiệu quả sử dụng của các kết cấu hàn Thực tế Việt Nam, tại các Công

ty Chế tạo thiết bị dầu khí; Công ty Doosan – KCN Dung Quất; Tổng Công ty Rượu, bia và nước giải khát Sài Gòn; Nhà máy nhiệt điện bằng tuabin khí,… quá trình phá hủy của các chi tiết, cụm chi tiết có mối ghép hàn là điều đáng lo ngại

2 Tính cấp thiết :

- Xây dựng bài thí nghiệm phục vụ cho công tác đào tạo của Bộ môn Công nghệ Kim loại, Khoa Cơ Khí Máy, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM tương lai gần

3 Mục tiêu:

- Nghiên cứu kim loại học mối hàn thép hợp kim thấp độ bền cao

- Xây dựng bài thí nghiệm kiểm tra, phân tích kim loại học mối hàn dùng cho môn học công nghệ kim loại

4 Cách tiếp cận:

- Tìm hiểu nhu cầu thực tế và tính khả thi của đề tài

5 Phương pháp nghiên cứu

- Khảo sát thực tế

- Nghiên cứu tài liệu

- Thực nghiệm

6 Đối tượng nghiên cứu:

- Kim loại học mối hàn thép hợp kim thấp độ bền cao

- Phương pháp phân tích kim loại học mối hàn

7 Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu kim loại học mối hàn thép hợp kim thấp độ bền cao

- Xây dựng bài thí nghiệm kiểm tra, phân tích kim loại học mối hàn dùng cho môn học công nghệ kim loại

8 Nội dung nghiên cứu :

- Khái niệm chung về thép hợp kim thấp độ bền cao

- Giới thiệu một số phương pháp hàn

- Sơ lƣợc về tổ chức kim loại mối hàn và vùng phụ cận

- Xây dựng bài thí nghiệm kiểm tra, phân tích kim loại học mối hàn dùng cho môn học công nghệ kim loại

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Tổng quan về thép hợp kim thấp độ bền cao

1.1.1 Khái niệm chung

Thép hợp kim thấp có độ bền cao (Thép HSLA: High Strength Low Alloy Steel)

là nhóm thép hợp kim có hàm lượng cacbon thấp và hàm lượng nhỏ các nguyên tố hợp kim chẳng hạn như: Mangan, Silic, nhôm, vanadi, titan, molipden, đồng, … Do các đặt điểm như vậy nên chúng có c ác đặc tính chất như: độ bền và độ dai va đập cao, có tính hàn tốt Độ bền cao được sinh ra do chúng được thêm vào một lượng nhỏ các nguyên

tố hợp kim có hàm lượng nhỏ hơn 0.1% Giới hạn chảy của chúng lớn Nhờ vậy nhóm thép này có các thông số yêu cầu về độ dẻo, độ dai, tính hàn và tính chống ăn mòn rất tốt Hàm lượng các thành phần nguyên tố hợp kim được điều chình tùy vào yêu cầu làm việc của từng loại thép

Thép HSLA có thể được chia thành sáu loại sau:

- Thép hợp kim thấp Ferite – Pearlite: có chứa bổ sung rất nhỏ (bé hơn 0,1%) cacbite mạnh hay carbonitride hình thành như Nb, V, Ti, để tăng cường độ bền, làm mịn hạt

- Thép cán Pearlite: bao gồm thép C - Mn nhưng cũng có thể bổ sung lượng nhỏ nguyên tố hợp kim khác để tăng cường độ bền, dẻo dai và tính hàn

- Thép Ferrite hình kim: (cacbon thấp bainite) cacbon thấp (ít hơn 0,05% C) độ bền cao, (690 MPa) khả năng hàn và tính dẻo dai tốt

- Thép song pha:trong đó có một cấu trúc tinh thể của mactenxit phân tán trong

ma trận Ferite và tạo một hợp chất có độ dẻo và độ bền kéo cao

- Thép tạo hình: bổ sung thêm các nguyên tố hợp kim Ca, Zr, Ti để cải thiện tính dẻo dai của thép

1.1.2 Thành phần hóa học và Cơ tính theo tiên chuẩn của một số Quốc gia

 Tiêu chuẩn Viê ̣t Nam

TCVN 1659 – 75 quy định phương pháp biểu t hị mác thép Ký hiệu mác thép HSLA gồm hai phần : 2 chữ số đứng đầu biểu thi ̣ hàm lượng cacbon trung bình theo phần va ̣n và ký hiê ̣u chỉ nguyên tố hợp kim đứng sau thường là Mn , Cr, Si, Ni,… Nếu hàm lượng hợp kim khoảng 1% thì sau nguyên tố hơ ̣p kim không có chữ số , nếu vượt quá 1.5% thì thêm số 2

Ví dụ: thép 12MnSi – thép chứa cacbon trung bình 0.12%, hàm lượng Mn khoảng 1% và hàm lượng Si khoảng 1%

 Tiêu chuẩn Nga (Liên Xô cũ)

Tiêu chuẩn Viê ̣t N am biểu thi ̣ mác thép gần giống tiêu chuẩn của Nga (tiêu chuẩn ΓΟCT) Sau đây là bảng biểu thi ̣ tên nguyên tố hợp kim tương đương giữa tiêu chuẩn TCVN và tiêu chuẩn ΓΟCT (Trang 130 Sổ tay mác thép thế giới)

Bảng 1.1: Ký hiệu nguyên tố hợp kim tương đương giữa tiêu chuẩn TCVN và tiêu chuẩn ΓΟCT

Ký hiệu theo tiêu chuẩn ΓΟCT

Tên nguyên tố hơ ̣p kim

Ký hiệu theo tiêu chuẩn TCVN

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của một số mác thép theo tiêu chuẩn TCVN3104-79

Mác thép

Hàm lƣợng (%)

khác Thép kết cấu hợp kim

≤0,12 0,12÷0,18 0,11÷0,16 0,12÷0,18

0,17÷0,37 0,17÷0,37 0,25÷0,55 0,50÷0,80 0,50÷0,80 0,17÷0,37 0,40÷0,70 0,40÷0,70

0,7÷1,0 1,4÷1,5 1,2÷1,6 0,5÷1,2 1,3÷1,7 0,9÷1,2 0,9÷1,2 0,4÷0,7

0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,5÷0,8 0,6÷0,9

0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3÷0,6

0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,2÷0,4

0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035

0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04

V: 0,05÷0,1

Thép làm cốt bêtông 33MnSi

20CrMn2Z

0,30÷0,37 0,19÷0,26

0,6÷0,9 0,4÷0,7

0,8÷1,2 1,5÷1,7

0,3 0,9÷1,2

0,3 0,3

0,3 0,3

0,04 0,04

0,045 0,045

Zr:

0,07÷0,14

Bảng 1.3 Một số mác thép hợp kim thấp có độ bền cao theo tiêu chuẩn Nga

Mác Thép Si Mn P≤ S≤ Cr≤ Ni≤ Cu Thành phần khác 09Γ2

As≤0.08,Ni≤0.008 V0.05÷0.12

As≤0.08,Ni≤0.008 V0.05÷0.12

As≤0.08,Ni≤0.008 V0.05÷0.12

As≤0.08,Ni≤0.008 V0.05÷0.12

As≤0.08,Ni≤0.008 V0.08÷0.14,As≤0.08 No0.015÷0.025 V0.08÷0.14,As≤0.08 No0.015÷0.025 V0.08÷0.14,As≤0.08 No0.015÷0.025 V0.08÷0.14,As≤0.08 No0.015÷0.025 V0.08÷0.14,As≤0.08 No0.015÷0.025

 Theo Tiêu chuẩn Hoa Kỳ

Theo tiêu chuẩn SAE quy đi ̣nh về phương pháp biểu thi ̣ mác thép , trong đó thép HSLA đươ ̣c ký hiê ̣u như sau :

- Chữ số thứ nhất là số

- Hai chữ số tiếp theo là giới ha ̣n chảy tối thiểu theo đơn vi ̣ K

- Tiếp theo là chữ cái A, B, C, D hoă ̣c X để phân biê ̣t các thành phần khác nhau

trong nhóm mác có cùng giới ha ̣n chảy

Theo tiêu chuẩn ASTM thì biểu thi ̣ thép HSLA như sau

- Chữ thứ nhất là Grade

- Hai chữ số tiếp theo chỉ giới ha ̣n chảy tối thiểu theo đ ơn vi ̣ Ksi hoă ̣c các chữ cái

A, C, D, E

- Theo tiêu chuẩn ASTM có các mác thép như A656, A690, A709, A715, A808, A812, A841, A871, A242, A440, A441, A529, A588, A606, A607, A618… (trang 512 sổ tay mác thép thế giới)

Bảng 3.4 thành phần hóa học của mác thép A558 theo tiêu chuẩn ASTM

Mác Thép C Si Mn P S Cu V Nguyên tố

khác ASTM UNS

Ni 0.5÷0.7 Ti0.03 ÷0.05 Cr0.4 ÷0.7

Ni 0.4

Mo 0.1 Nb0.005÷0.05

Bảng 1.5: Thành phần hóa học và cơ tính của một số mác thép HSLA theo SAE

Bảng 1.6: Thành phần hóa học của một số mác thép theo tiêu chuẩn ASTM A572 -88C

>630 Kg/m

1,35 1,35 1,35 1,65 1,35

0,04 0,04 0,04 0,04 0,04

0,05 0,05 0,05 0,05 0,05

0,4 0,4 0,4 0,4 0,4

0,15÷0,40 0,15÷0,40 _ _ _

Mác thép

Hàm lƣợng (%)

R0,2 (min, Ksi)

Cmax Mnmax Simax Pmax Smax

1,35 1,00 1,40 1,35 1,30 1,30 1,60 1,60 1,35 1,35 1,45 1,45 1,65 1,65

0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90

0,040 0,040 0,040 0,040 0,040 0,040 0,040 0,040 0,040 0,040 0,040 0,040 0,040 0,040

0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050

Bảng 1.7: Cơ tính của các mác thép theo tiêu chuẩn ASTM A572-88C

Grade

R0,2 (min) Rm (min) A (min, %)

MPa Ksi MPa Ksi Mẫu 200

(mm)

Mẫu 50 (mm)

Grade 58

Grade 65

Grade 70

0,23 0,24 0,27

0,23 0,26 0,28

0,60÷0,90 0,85÷1,20 0,85÷1,00

0,04 0,04 0,04

0,050 0,050 0,050

0,10÷0,35 0,15÷0,40 0,15÷0,40

Bảng 1.9: Cơ tính của một số mác thép theo tiêu chuẩn ASTM A573-89

ASTM

R0.2 (min) Rm (min) A (min, %)

MPa Ksi MPa Ksi Mẫu 200

(mm)

Mẫu 50 (mm)

58÷71 65÷77 70÷79

Bảng 1.10: Thành phần hóa họccủa một số mác thép ASTM A633-90

100÷150 (mm)

1,0÷1,35 1,0÷1,6 1,15÷1,5

-

- 1,15÷1,5

0,04 0,04 0,04

0,05 0,05 0,05

0,15÷0,5 0,15÷0,5 0,15÷0,5

0,05

- 0,01÷0,0

5

-

- 0,04÷0,11

- 0,35

-

- 0,25

-

- 0,25

-

- 0,08

-

Bảng 3.11: Cơ tính của một số mác thép theo tiêu chuẩn ASTM A633-90

ASTM

R0,2 (min) MPa

Rm (min) MPa

A (min)

% dày ≤

65(mm) ≤100(mm) ≤160

(mm)

dày ≤ 65 (mm) ≤ 100 (mm) ≤ 160 (mm) Mẫu 200

(mm)

Mẫu 50 (mm) Grade A

430÷570 450÷590 550÷690

-

- 515÷655

 Tiêu chuẩn Nhật Bản

Tiêu chuẩn Nhâ ̣t JIS quy đi ̣nh phương pháp biểu thi ̣ mác thép gồm ba phần :

- Chữ cái thứ nhất biểu thi ̣ thép S (Steel)

- Chữ cái thứ hai biểu thi ̣ công dụng H (Hot rolling) cán nóng

- Ba chữ số tiếp theo biểu thi ̣ gi á trị thấp nhất của độ bền Ngoài ra các mác thép đôi khi có thể có thêm ký hiê ̣u biểu thi ̣ hình da ̣ng vâ ̣t liê ̣u thép , phương pháp

chế ta ̣o và nhiê ̣t luyê ̣n P (Plate) thép tấm, S thép băng

Bảng 1.12: Thành phần hóa học (%) của các mác thép theo JIS G319-88

2,0 1,8

0,030 0,035

0,03 0,03

0,4 0,4

0,15 0,15

Bảng 1.13: Cơ tính của một số mác thép theo tiêu chuẩn JIS G319-88

JIS R0,2 (min)

(MPa)

Rm (min) (MPa)

A (%) SH590P

Bảng 1.14: Thành phần hóa học (%) của các mác thép theo JIS G3128-87

0,55 0,55 0,55

0,030 0,030 0,015

0,025 0,025 0,015

0,50 0,50 0,50

- 0,70÷1,50 0,70÷1,50

1,20 0,80 0,80

0,60 0,60 0,60

0,10 0,10 0,10

0,005 0,005 0,005

Cơ tính của cả 3 mác thép SHY-685, SHY685N, SHY685NS đều đảm bảo:

R0.2 ≥ 685 Mpa

Rm ≥ 785 MPa(Trích từ sổ tay mác thép thế giới trang 294)

 Tiêu chuẩn Trung Quốc

Bảng 1.15: Thành phần hóa học của một số mác thép theo tiêu chuẩn GB 1591- 94

0.80 ÷ 1.50 0.80 ÷1.50

0.55 0.55

0.045 0.040

0.045 0.040

0.02 ÷ 0.15 0.02 ÷ 0.15

0.015 ÷ 0.060 0.015 ÷ 0.060

0.02 0.02

0.20 0.20 0.20 0.18 0.18

1.00 ÷ 1.60 1.00 ÷ 1.60 1.00 ÷ 1.60 1.00 ÷ 1.60 1.00 ÷ 1.60

0.55 0.55 0.55 0.55 0.55

0.045 0.040 0.035 0.030 0.025

0.045 0.040 0.035 0.030 0.025

0.02 ÷ 0.15 0.02 ÷ 0.15 0.02 ÷ 0.15 0.02 ÷ 0.15 0.02 ÷ 0.15

0.015 ÷ 0.060 0.015 ÷ 0.060 0.015 ÷ 0.060 0.015 ÷ 0.060 0.015 ÷ 0.060

0.02 0.02 0.02 0.02 0.02

-

-

0.015 0.015 0.015

0.20 0.20 0.20 0.20 0.20

1.00 ÷ 1.60 1.00 ÷ 1.60 1.00÷1.60 1.00÷1.60 1.00 ÷1.60

0.55 0.55 0.55 0.55 0.55

0.045 0.040 0.035 0.030 0.025

0.045 0.040 0.035 0.030 0.025

0.02 ÷ 0.20 0.02 ÷ 0.20 0.02 ÷ 0.20 0.02 ÷ 0.20 0.02 ÷ 0.20

0.015 ÷ 0.060 0.015 ÷ 0.060 0.015 ÷ 0.060 0.015 ÷ 0.060 0.015 ÷ 0.060

0.02 0.02 0.02 0.02 0.02

-

-

0.015 0.015 0.015

0.20 0.20 0.20 0.20 0.20

1.00 ÷ 1.70 1.00 ÷ 1.70 1.00÷1.70 1.00÷1.70 1.00 ÷ 1.70

0.55 0.55 0.55 0.55 0.55

0.045 0.040 0.035 0.030 0.025

0.045 0.040 0.035 0.030 0.025

0.02 ÷ 0.20 0.02 ÷ 0.20 0.02 ÷ 0.20 0.02 ÷ 0.20 0.02 ÷ 0.20

0.015 ÷ 0.060 0.015 ÷ 0.060 0.015 ÷ 0.060 0.015 ÷ 0.060 0.015 ÷ 0.060

0.02 0.02 0.02 0.02 0.02

-

-

0.015 0.015 0.015

Q460

C

D F

0.20 0.20 0.20

1.00 ÷ 1.70 1.00 ÷ 1.70 1.00 ÷ 1.70

0.55 0.55 0.55

0.035 0.030 0.025

0.035 0.030 0.025

0.02 ÷ 0.20 0.02 ÷ 0.20 0.02 ÷ 0.20

0.02 ÷ 0.20 0.02 ÷ 0.20 0.02 ÷ 0.20

0.02 0.02 0.02

0.015 0.015 0.015

Bảng 1.16: Cơ tính của một số mác thép theo tiêu chuẩn GB1591- 94

Độ giãn dài δ (%)

Độ dai va đập Uốn cong 108o

≤ 16 > 16 ÷ 35 35 ÷ 50 50 ÷ 100 Nhiệt độ o

C

≤ Akv/J ≤ 16 >16÷10

0

Q295 A

B

295 295

275 275

255 255

235 235

390 ÷ 570

390 ÷ 570

23 23

- +20

- 34

295

295

295

295 295

275

275

275

275 275

- +20

0 -20 -40

-

34

34

34 27

390

390

390

390 390

370

370

370

370 370

350

350

350

350 350

0 -20 -40

0 -20 -40

̃ cái đứng đầu mác thép là chữ cái “Q” , chữ số đứng sau chỉ giá trị giới hạn chảy thấp nhất( Trang 179 Sổ tay sử dụng mác thép thế giới)

 Theo tiêu chuẩn Đức

Tiêu chuẩn DIN 17006 quy đi ̣nh phương pháp biểu thi ̣ mác thép theo đô ̣ bền của

vâ ̣t liê ̣u như sau : (trang 340 sổ tay mác thép thế giới)

- Chữ cái đầu tiên biểu thi ̣ phương pháp luyê ̣n hoă ̣c đă ̣c tính ban đầu :

Q: có thể dập nguội (có thể ép, có thể biến dạng nguội )

Z: có thể kéo chuốt

- Hai chữ cái tiếp theo là St (Stahl) và theo sau là giá trị độ bền kéo (MPa)

0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

1.3 1.5 1.4 1.6 1.6 1.7 1.8 2.1 1.2 1.4 1.5 1.6 1.6 1.6 1.7 1.7

~ 1.55

0.03 0.025 0.03 0.25 0.25 0.25 0.25 0.025 0.025 0.025 0.03 0.025 0.03 0.025 0.03 0.03 0.035

0.03 0.02 0.03 0.015 0.015 0.015 0.015 0.02 0.02 0.02 0.03 0.015 0.03 0.015 0.03 0.03 0.035

0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015

- 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.025

0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.06 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09

-

0.22 0.15 0.22 0.15 0.15 0.15 0.15 0.22 0.15 0.15 0.22 0.15 0.22 0.15 0.22 0.22 0.2

- 0.2

- 0.2 0.2 0.2 0.2

- 0.1 0.1

- 0.1

- 0.1

-

-

-

Hình 1.1 Tổ chức tế vi của HSLA-100 ở trạng thái cơ bản và ở vùng hàn

Hình 1.2 Tổ chức tế vi của HSLA-100 ở vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ)

Hình 1.3 Tổ chức tế vi của thép HSLA a.As-rolled; b tempered at 200°C; c tempered at 400°C; d tempered at 600°C; e tempered at 700°C

Hình 1.4 Tổ chức tế vi của thép HSLA-340 đã ram

 Để làm bể chứa dung dịch lớn, bình ga và các bình chứa chịu áp lực, nồi hơi công nghiệp dùng các mác thép: 09Mn2Si, 10Mn2NV, 10Mn2Si, 12Mn2SiMoV

 Để làm các ống dẫn khí đốt, dầu khí thép phải có tính hàn tốt, độ bền cao

và đủ dẻo, dai, không có khả năng bị phá hủy giòn ở nhiệt độ lắp ráp và vận hành đường ống ở trạng thái tiêu chuẩn Thép được dùng nhiều nhất cho mục đích này (ống có đường kính lớn) là mác thép 17MnSi ở trạng thái thường hóa Ngoài ra cũng có thể dùng các mác thép 12Mn2SiNV, 14Mn2SiVNb, 16Mn2SiNV

 Những năm gần đây, Tổng Công Ty Thép Việt Nam ở phía nam đã sản xuất và cung cấp cho thị trường một số mác thép cốt bê tông HSLA như :SD390 theo tiêu chuẩn JIS G 3112-1987.Gr60 theo tiêu chuẩn ASTM A615/A615M-96

 Một số chi tiết trong ô tô

Hình 1.6 Một số bộ phận của một chiếc xe CADILLAC sử dụng thép HSLA

(4) Đoạn ray ở khoan trước của xe,(11) Nút dự phòng trong khung điều khiển, (17) Ray thay thế bên dưới thân xe, (18) Đoạn ray bên dưới phía sau xe, (20) Ray thay thế

Hình 1.7 (a) bánh xe,(b) hệ thồng giá đỡ với cấp độ cao, (c) các biên dạng khác nhau dùng trong ôtô, (d) trục khuỷu, (e) khung xe tải, (f) cột buồm cung cấp cho máy phát điện gió

1.2 Giới thiệu một số phương pháp hàn

1 1 Phương pháp hàn hồ quang tay:

Hå quang

Kim lo¹ic¬ b¶n

D©y c¸p hµn

M¹chthø cÊpK×m hµnQue hµn vá bäc

Hàn hồ quang tay que hàn có vỏ bọc (SMAW) là “phương pháp hàn hồ quang sử dụng nhiệt của hồ quang giữa que hàn có vỏ bọc và bể hàn Phương pháp thường dùng cùng với sự bảo vệ từ việc phân huỷ của vỏ bọc que hàn khi bị đốt cháy trong quá trình hàn, trong phương pháp này không sử dụng áp lực, và kim loại điền đầy thu được từ que hàn”

1.1.2 Các yếu tố cơ bản của quá trình hoạt động

Phương pháp hàn hồ quang que hàn có vỏ bọc, được trình bày trong (hình 2) gồm có hồ quang giữa que hàn có thuốc bọc và kim loại nền Hồ quang được hình thành bởi sự điều khiển điện cực rất nhanh tới vật hàn Nhiệt của hồ quang nấu chảy bề mặt của kim loại cơ bản tạo thành vũng nóng chảy Kim loại được nấu chảy từ điện cực chuyển dịch ngang qua cột hồ quang vào trong vũng hàn Khi nó hoá cứng trở thành chất kết lắng kim loại mối hàn

Vũng nóng chảy, trước đây còn được gọi là vũng hàn (bể hàn), phải có sự kiểm soát một cách đúng đắn mới cho kết quả ứng dụng của phương pháp hàn SMAW Kích thước của vũng hàn và chiều sâu ngấu chảy quyết định khối lượng của kim loại nóng chảy dưới sự điều khiển của người thợ hàn Nếu dòng điện quá cao, chiều sâu ngấu chảy sẽ quá mức và khối lượng kim loại hàn nóng chảy sẽ trở nên không kiểm soát được Tốc độ di chuyển cao làm giảm bớt kích thước của vũng hàn nóng chảy

Khi các mối hàn không được thiết kế trong vị trí bằng, kim loại nóng chảy có thể chảy ra ngoài vũng hàn và gây nên khó sử lý và kiểm soát Điều chỉnh các thay đổi hàn và thao tác bằng tay hồ quang sẽ cho phép người thợ hàn kiểm soát vũng kim loại nóng chảy một cách đúng đắn Kim loại mối hàn đông đặc được bao phủ một lớp xỉ từ

vỏ bọc que hàn Hồ quang trong vùng hồ quang trực tiếp được bao bọc khỏi không khí của khí bảo vệ là kết quả của sự phân huỷ thuốc bọc que hàn Phần lớn lõi que hàn chuyển dịch ngang qua cột hồ quang, tuy nhiên có một lượng nhỏ thoát ra từ khu vực mối hoặc vũng hàn (hiện tượng bắn toé)

1.1.3 Ưu điểm và lĩnh vực sử dụng.

Phương pháp hàn hồ quang SMAW là một trong những phương pháp hàn được

ưa chuộng nhất Nó có tối đa tính linh hoạt và có thể hàn với nhiều loại kim loại trong tất cả các vị trí hàn từ chiều dày nhỏ nhất cho tới những chiều dày lớn nhất Sự đầu tư

công việc khai thác cho xây dựng và bảo dưỡng.

1.1.4 Khả năng hàn trong các vị trí

Đây là phương pháp có khả năng hàn trong tất cả các vị trí (hình 3) Hàn trong các vị trí ngang, đứng và vị trí trần phụ thuộc vào loại vỏ bọc que hàn và kích thước của que hàn Dòng điện hàn và kỹ năng thao tác của người thợ hàn

1.1.5 Vật liệu hàn

Hàn hồ quang que hàn có vỏ bọc là phương pháp có thể được dùng để hàn với nhiều loại thép và một vài kim loại không có chất sắt Nó chủ yếu được sử dụng cho các mối ghép là thép, bao gồm carbon thấp hoặc thép mềm(ít carbon), thép hợp kim thấp, thép cường độ cao, thép nguội và tôi, thép hợp kim cao, thép không gỉ, thép chịu

ăn mòn, cho hàn gang và thép rèn

Nó được dùng cho hàn niken và hợp kim niken, số lượng ít cho hàn đồng và hợp kim đồng Nó có thể dùng, nhưng ít khi được sử dụng cho hàn nhôm

SMAW không được sử dụng cho hàn mangan, các kim loại quý, hoặc kim loại chịu nhiệt Bảng 1.1 trình bày các kim loại cơ bản có thể hàn được Phương pháp hàn SMAW cũng được dùng cho hàn phủ cứng bề mặt

Bảng 1.1 - Tính chất hàn được của kim loại cho hàn SMAW

Nhôm Có thể hàn được nhưng không phổ biến

yêu cầu Việc lựa chọn que hàn thuốc bọc cho đặc trưng của từng công việc dựa trên que hàn thích hợp cho việc sử dụng, thành phần hoá học và đặc tính của độ lắng kim loại mối hàn Trong từng bước lựa chọn điện cực hợp lý, điều cần thiết là tầm quan trọng của chức năng vỏ bọc que hàn, là cơ sở ghi rõ các nhân tố tiện lợi và các tính chất kết lắng của kim loại mối hàn Vỏ bọc của que hàn cung cấp

- Khí từ sự phân huỷ của thành phần nào đó trong thuốc bọc để bảo vệ hồ quang khỏi không khí

- Chất khử oxi đẩy khí và làm thanh khiết kim loại mối hàn kết lắng

- Xỉ từ sự cháy của vỏ bọc làm nhiệm vụ bảo vệ kim loại mối hàn kết lắng tránh khỏi sự oxi hoá của không khí

- Yếu tố ion hoá tạo nên hồ quang ổn định nhất và có tác dụng cùng với dòng điện xoay chiều

- Các nguyên tố hợp kim cung cấp đặc biệt, đặc tính cho độ kết lắng của kim loại mối hàn

- Bột sắt cải thiện năng suất của que hàn

Hình 1.2 Cấu tạo của que hàn bọc thuốc

1.1.6 Ký hiệu que hàn

 Theo tiêu chuẩn Việt Nam Que hàn thép cacbon và hợp kim thấp TCVN 3734 - 89