4. Xây dựng mô hình và hàn thực nghiệm
4.3. Xử lý nhiệt hàn
4.3.1. Nung nóng sơ bộ trước khi hàn
Nung nóng sơ ộ là qu tr nh gia nhi t ho hi tiết trướ khi hàn ến một nhi t ộ nh t ịnh. Nung nóng sơ ộ trướ khi hàn nhằm mụ í h làm gi m sự h nh l h nhi t ộ, gi m t ộ nguội, hạn hế hi n tƣ ng nứt. Thiết ị ị gia nhi t ó thể là l nung, m t, i n trở,...
Khi hàn thép C45 ằng qu tr nh hàn truyền th ng nhƣ SMAW, GTAW, GMAW, FCAW,...trướ khi hàn thường ph i nung nóng sơ ộ vật hàn ể hạn hế hi n tƣ ng nứt ó thể x y. Nguy n nh n là o khi hàn, sự thay ổi nhi t ộ qu nhanh g y ra hi n tƣ ng gi n nở và o ngót vật li u không ng ều. Sự thay ổi tổ hứ , tính h t vật li u ột ngột o t ụng ủa nhi t h quang là nguy n nh n ẫn ến hi n tƣ ng nứt. C vết nứt tế vi hay thô ại ều g y ra sự không li n tụ trong li n kết kim loại m i hàn. Khi hịu t i, vết nứt sẽ ph t triển làm gi m hi u su t làm vi và tuổi thọ ủa hi tiết.
H s gi n nở nhi t ủa vật li u ó nh hưởng r t lớn ến qu tr nh hàn. Do t ụng ủa ngu n nhi t h quang plasma, vật li u ị gi n nở khi nung nóng. Nhƣng ngay sau ó, nó ị o ngót lại khi kết tinh và khi nguội. Nếu t ộ nguội lớn sẽ làm tăng t ộ o ngót ủa vật li u. Đ y là nguy n nh n g y ra hi n tƣ ng nứt tế vi tại vùng kim loại ó li n kết yếu, vùng ó hạt thô, vùng ó ứng su t lớn. Nếu mứ ộ o ngót ủa kim loại m i hàn và kim loại ơ n là tương ương nhau th ó thể tr nh ư hi n tư ng nứt khi kim loại vũng hàn kết tinh. Chính v vậy, nung nóng sơ ộ ho vật hàn trướ khi hàn là gi i ph p ể gi m sự tăng nhi t ột ngột khi hàn và gi m t ộ nguội sau khi hàn. Nó giúp ngăn ngừa hi n tƣ ng nứt khi kim loại m i hàn kết tinh [50].
Với thép on trung nh, thép on ao, thép h p kim,.. thường ph i nung nóng sơ ộ trướ khi hàn [3]. Nhi t ộ nung nóng sơ ộ thường nằm trong kho ng 200°C-
Ngô Hữu Mạnh 66 300°C. Với thép ó hàm lƣ ng C on từ 0.45-0.8%, nhi t nung nóng sơ ộ (gia nhi t) trướ khi hàn thường ư họn trong kho ng 200-3500C [29].
Th o tài li u [6, 3], nhi t nung nóng sơ ộ ƣ x ịnh qua ông thứ sau:
TP 350 CE 0,25 (4.6) Trong ó: Tp là nhi t nung nóng sơ ộ
CE là hàm lư ng C on tương ương
Th o tài li u [20], hàm lư ng C on tương ương (CE) ư x ịnh th o ông thứ sau:
15 5
6
Cu Ni V Mo Cr Si C Mn
CE (4.7)
Th o tài li u [38], ông thứ x ịnh hàm lư ng C on tương ương tr n ư p ụng i với thép ó hàm lƣ ng on %C >0,18.
Căn ứ vào thành ph n hóa họ ủa thép on C45, hoàn toàn ó thể x ịnh ư hàm lư ng C on tương ương qua ông thứ (4.7).
0,53
6 17 , 0 5 , 42 0 ,
min 0
45
C
CE (4.8)
0,7
6 37 , 0 8 , 5 0 ,
max 0
45
C
CE (4.9) Thay gi trị ủa CE ƣ x ịnh từ ông thứ (4.8) và (4.9) vào ông thứ (4.6), x ịnh ƣ nhi t nung nóng sơ ộ ho thép C45 nhƣ sau.
TPC45min 350 0,530,25 185,20C (4.10) TPC45max 350 0,70,25234,80C (4.11) Như vậy, th o tính to n khi hàn thép C45 ằng phương ph p hàn truyền th ng, nhi t nung nóng sơ ộ ho thép C45 nằm trong kho ng 185,2-234,80C. Chọn nhi t nung nóng sơ ộ là 2000C. Vi ph i nung nóng sơ ộ trướ khi hàn sẽ làm tăng thời gian hế tạo, ti u hao nhiều vật li u và gia tăng hi phí.
Khi hàn thép C45 ằng qu tr nh hàn PTA với ột h p kim Eutroloy 16606 và h p kim ột M, ông su t nhi t h quang plasma lớn hơn, h quang plasma tập trung hơn, t ộ hàn ao, năng lư ng ường th p, vùng nh hưởng nhi t nh , hiều s u ng u ủa m i hàn nh hơn so với phương ph p hàn truyền th ng. M t kh , vật li u hàn ở ạng ột h p kim n n thời gian nóng h y ngắn và kết tinh r t nhanh. M i hàn hủ yếu ƣ tạo ởi ột h p kim. Điều này làm gi m ng kể sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn.
Qu tr nh hàn, hỉ ó một lớp m ng (một lƣ ng nh ) kim loại nền tr n ề m t vật hàn ị nóng h y và tham gia vào m i hàn. V vậy, nó hạn hế ƣ sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn. Điều này ng nghĩa với vi hạn hế ƣ khuyết tật hàn nhƣ nứt, rỗ, x p ủa kim loại m i hàn. Đ y là ƣu iểm lớn ủa ông ngh hàn PTA và là yếu t quan trọng giúp t gi h nh thành tưởng không nung nóng sơ ộ vật hàn là thép C45 trướ khi hàn ằng qu tr nh hàn PTA. Kết qu thự nghi m thu ư từ tưởng này là tương i kh quan. Độ s u ng u ủa m i hàn r t nh , không th y xu t hi n hi n tư ng nứt, t h lớp, rỗ khí, x p trong kim loại m i hàn và vùng nh hưởng nhi t. Kim loại m i hàn ó u trú ổn ịnh, ộ ứng ạt ƣ th o y u u. C kết qu thu ƣ này sẽ ƣ t gi ph n tí h, nh gi ụ thể trong Chương 5.
Ngô Hữu Mạnh 67 H nh 4.20. M i hàn sau khi hàn PTA với ột h p kim M2
Khi hàn thép C45, nếu không ph i nung nóng sơ ộ trướ khi hàn sẽ tiết ki m ư vật li u, thời gian và hi phí s n xu t. Ở y, t gi mới hỉ nghi n ứu và thự nghi m hàn PTA với h p kim ột nền F ho thép C45 ạng t m không nung nóng sơ ộ trướ khi hàn. Kí h thướ ủa t m thép C45 ư giới hạn là 100x50x12mm. V vậy, kết qu nghi n ứu này hỉ p ụng trong trường h p ụ thể n u tr n. C n với thép on trung nh kh , t m nền ó kí h thướ hơn, h nh ạng và kết u kh nhau th t gi hưa nghi n ứu, thự nghi m và nh gi .
4.3.2. Xử lý nhiệt sau khi hàn
X l nhi t sau khi hàn là nhi m vụ quan trọng và n thiết nhằm n ng ao kh năng làm vi và tuổi thọ ho hi tiết. Nó ó t ụng làm gi m ho loại ứng su t ƣ t n tại sau khi hàn và ổn ịnh tổ hứ kim loại.
H nh 4.21. Kiểm tra kí h thướ m i hàn sau khi hàn PTA
Có hai phương ph p x l nhi t sau khi hàn là x l nhi t ụ ộ và x l nhi t toàn ph n. X l nhi t toàn ph n thường p ụng ho hi tiết ó kí h thướ nh . X l nhi t ụ ộ thường p ụng ho hi tiết ó kí h thướ lớn. Nhi t ộ nung nóng ph i th p hơn nhi t ộ g y ra hi n tƣ ng huyển iến pha. Sau khi hàn PTA ằng h p kim ột Eutroloy 16606 và h p kim ột M tr n nền thép C45 trong iều ki n ị k p h t, ứng su t ƣ lớn, ộ ẻo và ộ ai va ập gi m xu ng, nguy ơ ị nứt sẽ tăng l n. Để kh ứng su t ƣ và gi m hi n tƣ ng nứt sau khi hàn, hi tiết ó thể ƣ ủ ho ram. Ngoài ra, ram sau khi hàn n nhằm mụ í h ổn ịnh tổ hứ kim loại m i hàn.
H nh 4.22. Thiết ị gia nhi t ằng i n trở tại trường Đại họ B h khoa Hà Nội V kí h thướ ủa mẫu hàn không qu lớn n n t gi lựa họn phương ph p ram th p toàn ph n ể kh ứng su t ƣ sau khi hàn, ổn ịnh tổ hứ kim loại m i hàn và vùng nh hưởng nhi t. Mẫu hàn ư ram ở nhi t ộ từ 250-3000C ằng thiết ị gia nhi t i n trở. Thời gian ram kho ng 1-2 giờ. Sau ó giữ nhi t và làm nguội hậm.
Ngô Hữu Mạnh 68 Kết luận Chương 4
Kh o s t và ph n tí h ư sự nh hưởng ủa 5 thông s hế ộ hàn ến h nh ạng m i hàn và mứ ộ tham gia ủa kim loại ơ n vào m i hàn. Từ ó, x y ựng ƣ m i quan h giữa yếu t nh hưởng là 5 thông s hế ộ hàn Ih, Vh, Vb, Bm, Le ến D. Đ y là ơ sở quan trọng ể iều hỉnh gi trị ủa thông s u vào (Ih, Vh, Vb, Bm, Le) nhằm ạt ƣ gi trị u ra (D) th o y u u.
X y ựng ƣ ng gi trị thông s hàn tr n ơ sở kết qu ƣ ph n tí h l thuyết kết h p thự nghi m ể hàn h p kim ột Eutroloy 16606 và h p kim ột M.
Khi hàn PTA, hiều s u ng u ủa m i hàn gi m i ng kể so với qu tr nh hàn truyền th ng. M i hàn hủ yếu ƣ tạo n n ởi ột h p kim. V vậy, hàn PTA hạn hế ƣ sự tham gia ủa kim loại nền vào m i hàn, hạn hế ƣ khuyết tật hàn nhƣ nứt, rỗ, x p, t h lớp.
Khi hàn thép C45 ằng qu tr nh hàn truyền th ng nhƣ SMAW, GTAW, GMAW, FCAW,...trướ khi hàn thường ph i nung nóng sơ ộ vật hàn ể hạn hế hi n tư ng nứt. Tuy nhi n, khi hàn ằng PTA thép C45 t m ó kí h thướ 100x50x12mm th không n nung nóng sơ ộ. Điều này giúp tiết ki m ƣ hi phí và thời gian hế tạo.
Lựa họn phương ph p ram th p toàn ph n ể kh ứng su t ư và ổn ịnh tổ hứ kim loại sau khi hàn. Mẫu hàn ƣ ram ở nhi t ộ từ 200-3000C ằng thiết ị gia nhi t i n trở. Thời gian ram từ 1-2 giờ. Sau ó giữ nhi t và làm nguội hậm.
Ngô Hữu Mạnh 69