Khả năng hàn của vật liệu kim loại đề cập đến khả năng của vật liệu kim loại có được mối hàn tuyệt vời bằng cách sử dụng một số quy trình hàn nhất định, bao gồm phương pháp hàn, vật liệu hàn, thông số kỹ thuật hàn và dạng kết cấu hàn.Nếu một kim loại có thể có được mối hàn tuyệt vời bằng cách sử dụng các quy trình hàn phổ biến và đơn giản hơn thì nó được coi là có hiệu suất hàn tốt.Khả năng hàn của vật liệu kim loại thường được chia thành hai khía cạnh: khả năng hàn quá trình và khả năng hàn ứng dụng.
Khả năng hàn quá trình: đề cập đến khả năng có được các mối hàn tuyệt vời, không có khuyết tật trong các điều kiện quy trình hàn nhất định.Nó không phải là một đặc tính vốn có của kim loại mà được đánh giá dựa trên một phương pháp hàn nhất định và các biện pháp xử lý cụ thể được sử dụng.Vì vậy, khả năng hàn của vật liệu kim loại có liên quan chặt chẽ đến quá trình hàn.
Khả năng hàn dịch vụ: đề cập đến mức độ mà mối hàn hoặc toàn bộ kết cấu đáp ứng được tính năng sử dụng được quy định bởi các điều kiện kỹ thuật của sản phẩm.Hiệu suất phụ thuộc vào điều kiện làm việc của kết cấu hàn và các yêu cầu kỹ thuật được đưa ra trong thiết kế.Thường bao gồm các tính chất cơ học, khả năng chống chịu độ bền ở nhiệt độ thấp, khả năng chống gãy giòn, độ rão ở nhiệt độ cao, đặc tính mỏi, độ bền lâu dài, khả năng chống ăn mòn và chống mài mòn, v.v. Ví dụ, thép không gỉ S30403 và S31603 thường được sử dụng có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và 16MnDR và thép nhiệt độ thấp 09MnNiDR cũng có khả năng chịu nhiệt độ thấp tốt.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hàn của vật liệu kim loại
1.Yếu tố vật chất
Vật liệu bao gồm kim loại cơ bản và vật liệu hàn.Trong cùng điều kiện hàn, các yếu tố chính quyết định khả năng hàn của kim loại cơ bản là tính chất vật lý và thành phần hóa học của nó.
Về tính chất vật lý: các yếu tố như điểm nóng chảy, độ dẫn nhiệt, hệ số giãn nở tuyến tính, mật độ, nhiệt dung và các yếu tố khác của kim loại đều có tác động đến các quá trình như chu trình nhiệt, nóng chảy, kết tinh, chuyển pha, v.v.. , do đó ảnh hưởng đến khả năng hàn.Vật liệu có độ dẫn nhiệt thấp như thép không gỉ có độ dốc nhiệt độ lớn, ứng suất dư cao và biến dạng lớn trong quá trình hàn.Hơn nữa, do thời gian lưu trú lâu ở nhiệt độ cao nên các hạt trong vùng chịu ảnh hưởng nhiệt phát triển, gây bất lợi cho hoạt động của mối nối.Thép không gỉ Austenitic có hệ số giãn nở tuyến tính lớn và biến dạng và ứng suất khớp nghiêm trọng.
Về thành phần hóa học, nguyên tố có ảnh hưởng nhất là cacbon, nghĩa là hàm lượng cacbon trong kim loại quyết định khả năng hàn của nó.Hầu hết các nguyên tố hợp kim khác trong thép không có lợi cho việc hàn, nhưng tác động của chúng nhìn chung nhỏ hơn nhiều so với carbon.Khi hàm lượng cacbon trong thép tăng lên thì xu hướng đông cứng tăng lên, độ dẻo giảm đi và dễ xảy ra các vết nứt khi hàn.Thông thường, độ nhạy của vật liệu kim loại với các vết nứt trong quá trình hàn và sự thay đổi tính chất cơ học của vùng mối hàn được sử dụng làm chỉ số chính để đánh giá khả năng hàn của vật liệu.Do đó, hàm lượng carbon càng cao thì khả năng hàn càng kém.Thép carbon thấp và thép hợp kim thấp có hàm lượng carbon dưới 0,25% có độ dẻo và độ bền va đập tuyệt vời, độ dẻo và độ bền va đập của các mối hàn sau khi hàn cũng rất tốt.Trong quá trình hàn không cần gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau hàn, quá trình hàn dễ kiểm soát nên có khả năng hàn tốt.
Ngoài ra, trạng thái nấu chảy và cán, trạng thái xử lý nhiệt, trạng thái tổ chức, v.v. của thép đều ảnh hưởng đến khả năng hàn ở các mức độ khác nhau.Khả năng hàn của thép có thể được cải thiện bằng cách tinh chế hoặc tinh chế các hạt và quy trình cán được kiểm soát.
Vật liệu hàn tham gia trực tiếp vào một loạt các phản ứng luyện kim hóa học trong quá trình hàn, quyết định thành phần, cấu trúc, tính chất và sự hình thành khuyết tật của kim loại mối hàn.Nếu lựa chọn vật liệu hàn không đúng cách và không phù hợp với kim loại cơ bản thì không những không đạt được mối nối đáp ứng yêu cầu sử dụng mà còn xuất hiện các khuyết tật như vết nứt và thay đổi đặc tính kết cấu.Vì vậy, việc lựa chọn đúng vật liệu hàn là yếu tố quan trọng để đảm bảo mối hàn có chất lượng cao.
2. Yếu tố quy trình
Các yếu tố quy trình bao gồm phương pháp hàn, thông số quy trình hàn, trình tự hàn, gia nhiệt trước, gia nhiệt sau và xử lý nhiệt sau hàn, v.v. Phương pháp hàn có ảnh hưởng lớn đến khả năng hàn, chủ yếu ở hai khía cạnh: đặc tính nguồn nhiệt và điều kiện bảo vệ.
Các phương pháp hàn khác nhau có nguồn nhiệt rất khác nhau về công suất, mật độ năng lượng, nhiệt độ gia nhiệt tối đa,… Kim loại được hàn dưới các nguồn nhiệt khác nhau sẽ thể hiện tính chất hàn khác nhau.Ví dụ, công suất hàn điện xỉ rất cao, nhưng mật độ năng lượng rất thấp và nhiệt độ gia nhiệt tối đa không cao.Quá trình gia nhiệt chậm trong quá trình hàn và thời gian lưu trú ở nhiệt độ cao kéo dài, dẫn đến các hạt thô trong vùng chịu ảnh hưởng nhiệt và giảm đáng kể độ bền va đập, phải được chuẩn hóa.Để cải thiện.Ngược lại, hàn chùm tia điện tử, hàn laser và các phương pháp khác có công suất thấp nhưng mật độ năng lượng cao và gia nhiệt nhanh.Thời gian lưu trú ở nhiệt độ cao ngắn, vùng ảnh hưởng nhiệt rất hẹp và không có nguy cơ phát triển hạt.
Việc điều chỉnh các thông số quy trình hàn và áp dụng các biện pháp quy trình khác như gia nhiệt trước, gia nhiệt sau, hàn nhiều lớp và kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp có thể điều chỉnh và kiểm soát chu trình nhiệt hàn, từ đó thay đổi khả năng hàn của kim loại.Nếu thực hiện các biện pháp như gia nhiệt trước khi hàn hoặc xử lý nhiệt sau khi hàn thì hoàn toàn có thể thu được mối hàn không có khuyết tật nứt đáp ứng yêu cầu về tính năng.
3. Yếu tố cấu trúc
Nó chủ yếu đề cập đến hình thức thiết kế của kết cấu hàn và mối hàn, chẳng hạn như ảnh hưởng của các yếu tố như hình dạng kết cấu, kích thước, độ dày, dạng rãnh nối, bố trí mối hàn và hình dạng mặt cắt ngang của nó đến khả năng hàn.Ảnh hưởng của nó chủ yếu được phản ánh trong việc truyền nhiệt và trạng thái lực.Độ dày tấm khác nhau, dạng khớp hoặc hình dạng rãnh khác nhau có hướng và tốc độ truyền nhiệt khác nhau, điều này sẽ ảnh hưởng đến hướng kết tinh và sự phát triển hạt của bể nóng chảy.Sự chuyển đổi kết cấu, độ dày tấm và cách bố trí mối hàn quyết định độ cứng và khả năng kiềm chế của mối nối, ảnh hưởng đến trạng thái ứng suất của mối nối.Hình thái tinh thể kém, nồng độ ứng suất cao và ứng suất hàn quá mức là những điều kiện cơ bản hình thành các vết nứt hàn.Trong thiết kế, giảm độ cứng của khớp, giảm mối hàn chéo và giảm các yếu tố khác nhau gây ra sự tập trung ứng suất đều là những biện pháp quan trọng để cải thiện khả năng hàn.
4. Điều kiện sử dụng
Nó đề cập đến nhiệt độ vận hành, điều kiện tải và môi trường làm việc trong thời gian sử dụng của kết cấu hàn.Những môi trường làm việc và điều kiện vận hành này đòi hỏi các kết cấu hàn phải có hiệu suất tương ứng.Ví dụ, kết cấu hàn làm việc ở nhiệt độ thấp phải có khả năng chống gãy giòn;kết cấu làm việc ở nhiệt độ cao phải có khả năng chống rão;kết cấu làm việc dưới tải trọng xen kẽ phải có khả năng chịu mỏi tốt;các cấu trúc làm việc trong môi trường axit, kiềm hoặc muối. Thùng hàn phải có khả năng chống ăn mòn cao, v.v.Tóm lại, điều kiện sử dụng càng khắc nghiệt thì yêu cầu về chất lượng mối hàn càng cao và càng khó đảm bảo khả năng hàn của vật liệu.
Chỉ số nhận biết và đánh giá khả năng hàn của vật liệu kim loại
Trong quá trình hàn, sản phẩm trải qua các quá trình hàn nhiệt, phản ứng luyện kim, cũng như ứng suất và biến dạng hàn, dẫn đến sự thay đổi thành phần hóa học, cấu trúc kim loại, kích thước và hình dạng, làm cho đặc tính của mối hàn thường khác với hiệu suất của mối hàn. vật liệu cơ bản, đôi khi thậm chí không thể đáp ứng được yêu cầu sử dụng.Đối với nhiều kim loại phản ứng hoặc chịu lửa, nên sử dụng các phương pháp hàn đặc biệt như hàn chùm tia điện tử hoặc hàn laser để có được mối nối chất lượng cao.Càng ít điều kiện thiết bị và càng ít khó khăn để tạo ra mối hàn tốt từ vật liệu thì khả năng hàn của vật liệu càng tốt;ngược lại, nếu yêu cầu các phương pháp hàn phức tạp và đắt tiền, vật liệu hàn đặc biệt và các biện pháp xử lý thì có nghĩa là vật liệu có khả năng hàn kém.
Khi sản xuất sản phẩm, trước tiên phải đánh giá khả năng hàn của vật liệu được sử dụng để xác định xem vật liệu kết cấu, vật liệu hàn và phương pháp hàn đã chọn có phù hợp hay không.Có nhiều phương pháp để đánh giá khả năng hàn của vật liệu.Mỗi phương pháp chỉ có thể giải thích một khía cạnh nhất định của khả năng hàn.Vì vậy, các thử nghiệm là cần thiết để xác định đầy đủ khả năng hàn.Phương pháp thử nghiệm có thể được chia thành loại mô phỏng và loại thử nghiệm.Cái trước mô phỏng các đặc tính làm nóng và làm mát của hàn;các thử nghiệm sau theo điều kiện hàn thực tế.Nội dung kiểm tra chủ yếu là để phát hiện thành phần hóa học, cấu trúc kim loại, tính chất cơ học, sự hiện diện hay vắng mặt của các khuyết tật hàn của kim loại cơ bản và kim loại mối hàn, đồng thời xác định hiệu suất ở nhiệt độ thấp, hiệu suất ở nhiệt độ cao, khả năng chống ăn mòn và khả năng chống nứt của mối hàn.
Đặc tính hàn của các vật liệu kim loại thông dụng
1. Hàn thép cacbon
(1) Hàn thép cacbon thấp
Thép carbon thấp có hàm lượng carbon thấp, hàm lượng mangan và silicon thấp.Trong trường hợp bình thường, nó sẽ không gây ra hiện tượng cứng hóa hoặc làm nguội cấu trúc nghiêm trọng do hàn.Loại thép này có độ dẻo và độ bền va đập rất tốt, độ dẻo và độ bền của các mối hàn cũng cực kỳ tốt.Nói chung, không cần phải gia nhiệt trước và gia nhiệt sau trong quá trình hàn và không yêu cầu các biện pháp xử lý đặc biệt để có được mối hàn đạt chất lượng.Vì vậy, thép cacbon thấp có hiệu suất hàn tuyệt vời và là loại thép có hiệu suất hàn tốt nhất trong số tất cả các loại thép..
(2) Hàn thép cacbon trung bình
Thép carbon trung bình có hàm lượng carbon cao hơn và khả năng hàn của nó kém hơn thép carbon thấp.Khi CE gần tới giới hạn dưới (0,25%) thì khả năng hàn tốt.Khi hàm lượng carbon tăng lên, xu hướng đông cứng tăng lên và cấu trúc martensite có độ dẻo thấp dễ dàng được tạo ra trong vùng chịu ảnh hưởng nhiệt.Khi mối hàn tương đối cứng hoặc vật liệu hàn và các thông số quy trình được lựa chọn không đúng thì có thể xảy ra các vết nứt nguội.Khi hàn lớp đầu tiên của phương pháp hàn nhiều lớp, do tỷ lệ kim loại nền hợp nhất vào mối hàn lớn nên hàm lượng cacbon, hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho tăng cao dễ tạo ra các vết nứt nóng.Ngoài ra, độ nhạy của khí khổng cũng tăng lên khi hàm lượng carbon cao.
(3) Hàn thép cacbon cao
Thép carbon cao có CE lớn hơn 0,6% có độ cứng cao và dễ tạo ra martensite carbon cao cứng và giòn.Các vết nứt dễ xảy ra ở các mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt, gây khó khăn cho việc hàn.Vì vậy, loại thép này thường không được sử dụng để chế tạo các kết cấu hàn mà được sử dụng để chế tạo các bộ phận hoặc bộ phận có độ cứng cao hoặc chống mài mòn.Hầu hết công việc hàn của họ là để sửa chữa những bộ phận bị hư hỏng.Các bộ phận và bộ phận này phải được ủ trước khi hàn sửa chữa để giảm vết nứt hàn, sau đó xử lý nhiệt lại sau khi hàn.
2. Hàn thép cường độ cao hợp kim thấp
Hàm lượng carbon của thép cường độ cao hợp kim thấp thường không vượt quá 0,20% và tổng các nguyên tố hợp kim thường không vượt quá 5%.Chính vì thép cường độ cao hợp kim thấp có chứa một lượng nguyên tố hợp kim nhất định nên hiệu suất hàn của nó hơi khác so với thép cacbon.Đặc điểm hàn của nó như sau:
(1) Vết nứt hàn trong mối hàn
Thép cường độ cao hợp kim thấp nứt nguội chứa C, Mn, V, Nb và các nguyên tố khác có tác dụng tăng cường độ bền cho thép nên dễ bị cứng khi hàn.Những cấu trúc cứng này rất nhạy cảm.Vì vậy, khi độ cứng lớn hoặc ứng suất hãm lớn, nếu quá trình hàn không đúng cách rất dễ gây ra các vết nứt nguội.Hơn nữa, loại crack này có độ trễ nhất định và cực kỳ có hại.
Các vết nứt do nung nóng lại (SR) Các vết nứt do nung lại là các vết nứt giữa các hạt xảy ra ở khu vực có hạt thô gần đường nóng chảy trong quá trình xử lý nhiệt giảm căng thẳng sau hàn hoặc vận hành ở nhiệt độ cao trong thời gian dài.Người ta thường tin rằng nó xảy ra do nhiệt độ hàn cao khiến V, Nb, Cr, Mo và các cacbua khác gần HAZ ở dạng rắn hòa tan trong austenit.Chúng không có thời gian kết tủa trong quá trình làm nguội sau khi hàn mà phân tán và kết tủa trong quá trình PWHT, do đó củng cố cấu trúc tinh thể.Bên trong, biến dạng từ biến trong quá trình hồi phục ứng suất tập trung ở các biên hạt.
Các mối hàn bằng thép cường độ cao hợp kim thấp thường không dễ bị nung nóng lại các vết nứt, chẳng hạn như 16MnR, 15MnVR, v.v. Tuy nhiên, đối với các loại thép cường độ cao hợp kim thấp dòng Mn-Mo-Nb và Mn-Mo-V, chẳng hạn như 07MnCrMoVR, vì Nb, V và Mo là những nguyên tố có độ nhạy cao với vết nứt khi nung lại nên loại thép này cần được xử lý trong quá trình xử lý nhiệt sau hàn.Cần cẩn thận để tránh khu vực nhiệt độ nhạy cảm của các vết nứt khi hâm nóng lại để ngăn ngừa sự xuất hiện của các vết nứt do hâm nóng.
(2) Độ giòn và mềm của mối hàn
Độ giòn do lão hóa do biến dạng Các mối hàn cần phải trải qua nhiều quá trình làm nguội khác nhau (cắt phôi, cán thùng, v.v.) trước khi hàn.Thép sẽ tạo ra biến dạng dẻo.Nếu khu vực này được làm nóng thêm đến 200 đến 450°C, quá trình lão hóa sẽ xảy ra..Độ giòn do lão hóa do biến dạng sẽ làm giảm độ dẻo của thép và tăng nhiệt độ chuyển tiếp giòn, dẫn đến hiện tượng gãy giòn của thiết bị.Xử lý nhiệt sau hàn có thể loại bỏ sự lão hóa do biến dạng của kết cấu hàn và khôi phục độ bền.
Sự giòn của mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt Hàn là một quá trình gia nhiệt và làm nguội không đồng đều, dẫn đến kết cấu không đồng đều.Nhiệt độ chuyển tiếp giòn của mối hàn (WM) và vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) cao hơn nhiệt độ của kim loại cơ bản và là liên kết yếu trong mối nối.Năng lượng dây hàn có ảnh hưởng quan trọng đến tính chất của thép cường độ cao hợp kim thấp WM và HAZ.Thép cường độ cao hợp kim thấp dễ cứng lại.Nếu năng lượng đường quá nhỏ, martensite sẽ xuất hiện trong HAZ và gây ra các vết nứt.Nếu năng lượng đường quá lớn, các hạt WM và HAZ sẽ trở nên thô.Sẽ khiến khớp trở nên giòn.So với thép cán nóng và thép thường hóa, thép tôi và thép tôi có hàm lượng carbon thấp có xu hướng giòn HAZ nghiêm trọng hơn do năng lượng tuyến tính quá mức.Vì vậy, khi hàn, năng lượng đường dây nên được giới hạn trong một phạm vi nhất định.
Làm mềm vùng chịu nhiệt của mối hàn Do tác dụng của nhiệt hàn, phần bên ngoài vùng chịu ảnh hưởng nhiệt (HAZ) của thép tôi và tôi có hàm lượng carbon thấp được nung nóng trên nhiệt độ ủ, đặc biệt là vùng gần Ac1, sẽ tạo ra một vùng làm mềm với độ bền giảm.Độ mềm hóa cấu trúc trong vùng HAZ tăng lên khi năng lượng đường hàn và nhiệt độ gia nhiệt trước tăng lên, nhưng nhìn chung độ bền kéo ở vùng bị làm mềm vẫn cao hơn giới hạn dưới của giá trị tiêu chuẩn của kim loại cơ bản nên vùng chịu ảnh hưởng nhiệt Loại thép này mềm đi Miễn là tay nghề phù hợp thì sự cố sẽ không ảnh hưởng đến hiệu suất của mối nối.
3. Hàn inox
Thép không gỉ có thể được chia thành bốn loại theo cấu trúc thép khác nhau của nó, đó là thép không gỉ austenit, thép không gỉ ferritic, thép không gỉ martensitic và thép không gỉ song công austenit-ferit.Sau đây chủ yếu phân tích các đặc tính hàn của thép không gỉ austenit và thép không gỉ hai chiều.
(1) Hàn thép không gỉ austenit
Thép không gỉ Austenitic dễ hàn hơn các loại thép không gỉ khác.Sẽ không có sự biến đổi pha ở bất kỳ nhiệt độ nào và nó không nhạy cảm với sự giòn của hydro.Mối nối thép không gỉ austenit cũng có độ dẻo và độ bền tốt ở trạng thái hàn.Các vấn đề chính của hàn là: hàn nóng nứt, giòn, ăn mòn giữa các hạt và ăn mòn ứng suất, v.v. Ngoài ra, do tính dẫn nhiệt kém và hệ số giãn nở tuyến tính lớn nên ứng suất và biến dạng hàn lớn.Khi hàn, đầu vào nhiệt hàn phải càng nhỏ càng tốt, không được làm nóng trước và giảm nhiệt độ giữa các lớp.Nhiệt độ giữa các lớp phải được kiểm soát dưới 60°C và các mối hàn phải được đặt so le.Để giảm lượng nhiệt đầu vào, không nên tăng tốc độ hàn quá mức nhưng phải giảm dòng điện hàn một cách thích hợp.
(2) Hàn thép không gỉ hai chiều austenit-ferit
Thép không gỉ song công Austenitic-ferit là thép không gỉ song công bao gồm hai pha: austenite và ferrite.Nó kết hợp những ưu điểm của thép austenit và thép ferit nên có đặc tính cường độ cao, chống ăn mòn tốt và dễ hàn.Hiện nay, inox Duplex có 3 loại chính là Cr18, Cr21 và Cr25.Đặc điểm chính của loại hàn thép này là: xu hướng nhiệt thấp hơn so với thép không gỉ austenit;xu hướng giòn thấp hơn sau khi hàn so với thép không gỉ ferritic nguyên chất và mức độ thô của ferit trong vùng chịu nhiệt hàn cũng thấp hơn nên khả năng hàn tốt hơn.
Vì loại thép này có đặc tính hàn tốt nên không cần gia nhiệt trước và gia nhiệt sau trong quá trình hàn.Các tấm mỏng nên được hàn bằng TIG, và các tấm trung bình và dày có thể được hàn bằng hàn hồ quang.Khi hàn bằng phương pháp hàn hồ quang nên sử dụng que hàn đặc biệt có thành phần tương tự kim loại cơ bản hoặc que hàn austenit có hàm lượng cacbon thấp.Các điện cực hợp kim gốc niken cũng có thể được sử dụng cho thép hai pha loại Cr25.
Thép hai pha có tỷ lệ ferit lớn hơn và xu hướng giòn vốn có của thép ferit, chẳng hạn như độ giòn ở 475°C, độ giòn kết tủa pha σ và các hạt thô, vẫn tồn tại, chỉ vì sự hiện diện của austenit.Có thể đạt được phần nào sự nhẹ nhõm nhờ hiệu ứng cân bằng, nhưng bạn vẫn cần chú ý khi hàn.Khi hàn thép không gỉ song công không có Ni hoặc có hàm lượng Ni thấp, có xu hướng tạo ra hạt ferit một pha và hạt thô trong vùng chịu ảnh hưởng nhiệt.Lúc này, cần chú ý kiểm soát nhiệt đầu vào hàn và cố gắng sử dụng dòng điện nhỏ, tốc độ hàn cao và hàn kênh hẹp.Và hàn nhiều đường để ngăn chặn sự thô hóa của hạt và quá trình ferrit hóa một pha trong vùng chịu ảnh hưởng nhiệt.Nhiệt độ giữa các lớp không được quá cao.Tốt nhất là hàn đường tiếp theo sau khi nguội.
Thời gian đăng: Sep-11-2023