Thép cacbon cao dùng để chỉ thép cacbon có w(C) cao hơn 0,6%, có xu hướng cứng hơn thép cacbon trung bình và tạo thành martensite cacbon cao, nhạy cảm hơn với sự hình thành các vết nứt lạnh.Đồng thời, cấu trúc martensite hình thành trong vùng chịu nhiệt hàn cứng và giòn dẫn đến độ dẻo, dai của mối hàn giảm đi rất nhiều.Do đó, khả năng hàn của thép cacbon cao khá kém và phải áp dụng quy trình hàn đặc biệt để đảm bảo hiệu suất của mối nối..Vì vậy, nó thường hiếm khi được sử dụng trong các kết cấu hàn.Thép carbon cao chủ yếu được sử dụng cho các bộ phận máy đòi hỏi độ cứng và khả năng chống mài mòn cao, chẳng hạn như trục, bánh răng lớn và khớp nối.Để tiết kiệm thép và đơn giản hóa công nghệ gia công, các bộ phận máy này thường được kết hợp với kết cấu hàn.Hàn các thành phần thép cacbon cao cũng gặp phải trong chế tạo máy hạng nặng.Khi xây dựng quy trình hàn mối hàn thép cacbon cao, tất cả các loại khuyết tật hàn có thể xảy ra phải được phân tích toàn diện và thực hiện các biện pháp quy trình hàn tương ứng.
1. Khả năng hàn của thép cacbon cao
1.1 Phương pháp hàn
Thép cacbon cao chủ yếu được sử dụng trong các kết cấu có độ cứng cao và khả năng chống mài mòn cao nên các phương pháp hàn chủ yếu là hàn hồ quang điện cực, hàn đồng thau và hàn hồ quang chìm.
1.2 Vật liệu hàn
Hàn thép cacbon cao thường không yêu cầu cường độ như nhau giữa mối nối và kim loại cơ bản.Các điện cực hydro thấp có khả năng khử lưu huỳnh mạnh, hàm lượng hydro khuếch tán thấp trong kim loại lắng đọng và độ bền tốt thường được chọn để hàn hồ quang điện cực.Khi cần độ bền của kim loại hàn và kim loại cơ bản, nên chọn điện cực hydro thấp ở mức tương ứng;Khi không cần cường độ của kim loại hàn và kim loại cơ bản, nên chọn điện cực hydro thấp có mức cường độ thấp hơn mức cường độ của kim loại cơ bản.Không thể chọn điện cực có mức cường độ cao hơn kim loại cơ bản.Nếu kim loại cơ bản không được làm nóng trước trong quá trình hàn, để ngăn ngừa các vết nứt lạnh ở vùng chịu nhiệt, có thể sử dụng điện cực thép không gỉ austenit để thu được cấu trúc austenit có độ dẻo tốt và khả năng chống nứt mạnh.
1.3 Chuẩn bị rãnh
Để hạn chế phần khối lượng carbon trong kim loại mối hàn, nên giảm tỷ lệ nung chảy, do đó, các rãnh hình chữ U hoặc hình chữ V thường được sử dụng trong quá trình hàn và cần chú ý làm sạch rãnh và các vết dầu và rỉ sét trong phạm vi 20mm ở cả hai bên rãnh.
1.4 Làm nóng trước
Khi hàn bằng điện cực kết cấu thép, phải làm nóng trước khi hàn và kiểm soát nhiệt độ làm nóng trước ở mức 250°C đến 350°C.
1.5 Xử lý xen kẽ
Đối với hàn nhiều lớp nhiều lớp, lớp đầu tiên sử dụng các điện cực có đường kính nhỏ và dòng điện thấp.Nói chung, phôi được đặt trong hàn bán thẳng đứng hoặc que hàn được sử dụng để xoay ngang, để toàn bộ vùng chịu nhiệt của kim loại cơ bản được nung nóng trong thời gian ngắn để đạt được hiệu quả làm nóng trước và bảo quản nhiệt.
1.6 Xử lý nhiệt sau hàn
Ngay sau khi hàn, phôi được đưa vào lò gia nhiệt và thực hiện bảo quản nhiệt ở 650°C để ủ giảm ứng suất.
2. Khuyết tật hàn của thép cacbon cao và biện pháp phòng ngừa
Do xu hướng đông cứng cao của thép cacbon cao nên dễ xảy ra các vết nứt nóng và nứt nguội trong quá trình hàn.
2.1 Biện pháp phòng ngừa vết nứt nhiệt
1) Kiểm soát thành phần hóa học của mối hàn, kiểm soát chặt chẽ hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho, tăng hàm lượng mangan một cách thích hợp để cải thiện cấu trúc mối hàn và giảm sự phân tầng.
2) Kiểm soát hình dạng mặt cắt ngang của mối hàn, tỷ lệ chiều rộng và chiều sâu phải lớn hơn một chút để tránh sự phân tách ở tâm mối hàn.
3) Đối với các mối hàn có độ cứng cao cần lựa chọn các thông số hàn phù hợp, trình tự và hướng hàn phù hợp.
4) Nếu cần, thực hiện các biện pháp làm nóng trước và làm nguội chậm để ngăn ngừa xảy ra vết nứt do nhiệt.
5) Tăng độ kiềm của điện cực hoặc từ thông để giảm hàm lượng tạp chất trong mối hàn và cải thiện mức độ phân tách.
2.2 Biện pháp phòng ngừa vết nứt nguội.
1) Làm nóng trước trước khi hàn và làm nguội chậm sau khi hàn không chỉ có thể làm giảm độ cứng và độ giòn của vùng chịu ảnh hưởng nhiệt mà còn đẩy nhanh quá trình khuếch tán hydro ra bên ngoài trong mối hàn.
2) Lựa chọn biện pháp hàn thích hợp.
3) Áp dụng trình tự lắp ráp và hàn thích hợp để giảm ứng suất kiềm chế của mối hàn và cải thiện trạng thái ứng suất của mối hàn.
3. Kết luận
Do hàm lượng carbon cao, độ cứng cao và khả năng hàn kém của thép carbon cao, dễ tạo ra cấu trúc martensitic carbon cao trong quá trình hàn và dễ tạo ra các vết nứt hàn.Vì vậy, khi hàn thép cacbon cao cần lựa chọn quy trình hàn hợp lý.Và kịp thời thực hiện các biện pháp tương ứng để giảm thiểu sự xuất hiện của vết nứt hàn và cải thiện hiệu suất của mối hàn.
Thời gian đăng: 18-07-2023