TÍNH HÀN CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

Khái niệm về tính hàn của kim loại và hợp kim

Khái niệm : Tính hàn là thuật ngữ dùng để chỉ mức độ  dễ hàn hàn hay khó hàn đối với một kim loại hay hợp kim nào đó,hay nói cách khác,tính hàn là tổ hợp các tính chất của kim loại hay hợp kim cho phép được liên kết hàn thỏa mãn các yêu cầu và chất lượng cần thiết

Phân loại tính hàn

Theo truyền thống tính hàn của các vật liệu được quy ước chia thành 4 nhóm như sau 

Vật liệu có tính hàn tốt : Bao gồm các vật liệu cho phép hàn bằng nhiều phương pháp khác nhau,với chế độ hàn có thể điều chỉnh trong một phạm vi rộng,không cần phải sử dụng các biện pháp công nghệ phức tạp (như xử lý nhiệt : nung nóng sơ bộ,nung nóng kèm theo,nhiệt luyện sau khi hàn…) mà vẫn đảm nhận được liên kết hàn có tính chất lượng cần thiết

Ví dụ : Thép cacbon thấp và phần lớn thép hợp kim thấp đều thuộc nhóm này

Vật liệu có tính hàn thỏa mãn (Hay còn gọi là có tính hàn trung bình) : so với nhóm trên,nhóm này chỉ thích hợp với một số phương pháp hàn nhất định,các thông số chế độ hàn chỉ có thể thay đổi trong một phạm vi hẹp,yêu cầu về vật liệu hàn chặt chẽ hơn.Một số biện pháp công nghệ như nung nóng sơ bộ,xử lý nhiệt sau khi hàn,… có thể được sử dụng

Ví dụ : Một số mác thép hợp kim thấp,thép cacbon trung bình,thép hợp kim trung bình thuộc nhóm này

Vật liệu có tính hạn chế : Gồm những vật liệu cho phép nhận được các liên kết hàn với chất lượng mong muốn trong các điều kiện khắt khe về công nghệ và vật liệu hàn.Thường phải sử dụng các biện pháp xử lý nhiệt hoặc hàn trong những môi trường bảo vệ đặc biệt (Khí trơ,chân không),chế độ hàn nằm trong phạm vi  rất hẹp.Tuy vậy liên kết hàn vẫn có khuynh hướng bị nứt và dễ xuất hiện các loại khuyết tật khác làm giảm chất lượng sử dụng của kết cấu hàn.

Ví dụ : Phần lớn các thép cacbon cao và thép hợp kim cao thuộc nhóm này

Vật liệu hàn có tính xấu : Vật liệu nhóm này thường phải hàn bằng các công nghệ đặc biệt ,phức tạp và tốn kém.Tổ chức kim loại mối hàn xấu,dễ bị nứt nóng và nứt nguội.Cơ tính và khả năng làm việc của liên kết hàn thường thấp hơn so với vật liệu cơ bản.

Ví dụ : Phần lớn  các loại gang và một số hợp kim đặc biệt.

Trước đây,người ta cho rằng có một số vật liệu không có tính hàn,tức là không thể hàn được.Tuy nhiên với sự phát triển của khoa học công nghệ hàn,ngày nay chúng ta có thể khẳng định rằng tất cả vật liệu đều có tính hàn dù chất lượng đạt được có thể khác nhau.Sự xuất hiện các vật liệu mới,những liên kết hàn mới đòi hỏi chúng ta phải thường xuyên cập nhật kiến thức,nghiên cứu và hoàn thiện những công nghệ hiện có để tạo ra những kết cấu hàn có chất lượng cần thiết

Lưu ý khi hàn một số loại thép tiêu biểu

Thép carbon thấp

– Tính hàn tốt
– Không có yêu cầu gì đặc biệt
– Độ bền kéo thông thường khoảng 42 kgf/mm2 (60,000psi) với giới hạn chảy khoảng 28 kgf/mm2 (40,000psi).

Thép carbon trung bình

Khi hàm lượng carbon tăng lên, xu hướng hình thành pha martensit giòn tăng. Vì vậy, việc gia nhiệt trước khi hàn và làm nguội chậm sau khi hàn là cần thiết

Xu hướng nứt trong vùng ảnh hưởng nhiệt tăng lên với sự có mặt của hidro trong vùng ảnh hưởng nhiệt. Vì vậy, điều cần thiết là sử dụng que hàn sao cho không trở thành nguồn hidro hấp thụ vào kim loại cơ bản.

◊ Các bạn xem thêm bài viết : Que hàn hồ quang tay   ||  Que hàn tig   ||  Các loại vật liệu hàn

Nứt dưới mối hàn hoặc giòn do hidro dễ xảy ra khi hàm lượng carbon vượt quá 0,55%

– Nhiệt độ gia nhiệt trước hàn đề nghị phụ thuộc vào hàm lượng carbon và độ dầy tiết diện hàn. Hàm lượng carbon càng cao hoặc độ dày tiết diện càng lớn thì nhiệt nung nóng cao hơn.
– Mục đích của gia nhiệt trước và làm nguội chậm là để đảm bảo vùng ảnh hưởng nhiệt có độ cứng nhỏ hơn 35 HRC để kim loại không bị giòn

 Thép carbon cao

Tính hàn kém và như quy định là không được hàn trong các ứng dụng chế tạo mới

Chỉ ứng dụng hàn cho mục đích sửa chữa. Các loại thép carbon cao nói chung được sử dụng trong các dụng cụ có độ bền lâu tại cấp độ cứng cao như thép dụng cụ,v.v…Nếu cố hàn có thể gây nứt. Bắt buộc phải nung nóng trước và giữ nhiệt trong khi hàn.

Nên sử dụng hợp kim trong vật liệu hàn có thể chịu được sự xoay vòng nhiệt và gia nhiệt cao trước mặc dù độ cứng của lớp kim loại mối hàn thấp hơn kim loại cơ bản. Tăng cường xử lý nhiệt khử ứng suất sau hàn thường được áp dụng để đảm bảo tuổi thọ hoạt động tốt của chi tiết

Thép hợp kim thấp carbon thấp

Do hàm lượng carbon thấp, ngay cả khi martensite được hình thành do đương lượng carbon cao, nên thép loại này khá dẻo và dai. Vì vậy, không nhất thiết phải gia nhiệt trước

Thép carbon thấp với thép carbon cao

Thép hợp kim thông thường có độ dẻo và độ bền cao hơn thép carbon thường có cùng độ cứng, tức là thép carbon thường với độ cứng 35 HRC có độ dẻo và độ bền thấp hơn so với thép hợp kim có cùng độ cứng

Hướng dẫn cơ bản về quy trình hàn sẽ tương tự như thép carbon tương ứng ngoại trừ là với thép hợp kim các mức độ bền yêu cầu có thể cao hơn

THÉP HỢP KIM CAO

Thép gió hoặc Thép làm khuôn

Khi hàn các loại thép này đặc biệt cẩn trọng và chú ý gia nhiệt cao trước khi hàn cũng như làm nguội rất chậm sau hàn

Rất khó khăn để kim loại mối hàn đạt được các đặc tính như kim loại cơ bản. Vùng kim loại hàn sẽ có độ cứng thấp hơn

Thép không gỉ

Thép không gỉ Austenite được sử dụng thông dụng nhất trong công nghiệp, chủ yếu cho mục đích chịu ăn mòn và chịu nhiệt.

Các loại thép không gỉ này mất khả năng chịu mòn nếu ở trong môi trường nhiệt độ từ 500oC đến 750oC trong một thời gian dài. Vì vậy, phải tiến hành hàn nguội. Ở trường hợp này không có xu hướng hình thành martenxit giòn khi làm nguội nhanh và do đó không bị ảnh hưởng khi tăng tốc độ làm nguội.

Khi hàn, không cần gia nhiệt trước, sử dụng dòng hàn nhỏ, làm nguội nhanh,v.v…Hợp kim que hàn đúng phải có đặc tính phù hợp với kim loại cơ bản bao gồm đặc tính chống ăn mòn

Thép Mangan austenite

Trong thép mangan cao một hợp chất dễ vỡ được hình thành nếu tiếp xúc với nhiệt độ trên 300oC trong một thời gian dài. Do đó nên duy trì ở nhiệt độ càng thấp càng tốt có thể khi hàn

Quy trình hàn cũng giống như với thép không gỉ austenite: không gia nhiệt trước, làm nguội nhanh, duy trì nhiệt độ thấp khi hàn,v.v…

 Hàn hai kim loại khác thành phần với nhau

Các mối ghép hàn kim loại khác thành phần liên quan đến thép hợp kim thường gặp trong thực tế. Đôi khi hai kim loại được hàn với nhau có thành phần rất khác nhau và hợp kim que hàn phải “hòa tan” với cả hai kim loại cơ bản.

Cần kiểm soát nhiệt độ nung nóng trước khi hàn, trong khi hàn và xử lý nhiệt sau khi hàn sau khi tính toán tác động đến kim loại cơ bản và hợp kim hàn sử dụng.

Ảnh hưởng của các nguyên tố hóa học đến tính hàn của thép

– Mangan (Mn): khi hàm lượng < 1% không ảnh hưởng nhiều đến tính nhàn của thép nhưng khi hàm lượng Mn > 1% tính hàn kém đi vì dễ bị nứt (tăng tính thấm tôi).

– Silic (Si): khi hàm lượng < 0,3% không ảnh hưởng nhiều đến tính hàn của thép nhưng khi hàm lượng Si > 0,3% sẽ gây khó khăn cho quá trinh hàn vì tạo nên các loại ôxit khó chảy và tăng tính chảy loãng.

– Crôm (Cr): ảnh hưởng xấu đến tính hàn của thép vì nó làm tăng sự ôxy hóa kim loại và kết hợp với cacbon tạo thành cacbit (hợp chất hóa học), nâng cao độ cứngkim loại ở vùng chuyển tiếp từ mối hàn đến kim loại cơ bản. Tuy nhiên nếu chọn được chế độ hàn, vật liệu hàn và quy trinh công nghệ hàn hợp lý thì có thể hạn chế ảnh hưởng xấu của nó đến tính hàn.

– Niken (Ni): có tác dụng làm nhỏ hạt kim loại và nâng cao tính dẻo của thép – ít ảnh hưởng đến tính hàn của thép.

– Molipden (Mo): gây nhiều khó khăn cho quá trinh hàn như làm tăng khả năng nứt ngầm trong mối hàn, vùng ảnh hưởng nhiệt lớn, dễ bị ôxy hóa và cháy mnạh trong quá trinh hàn.

– Vonfram (W): làm tăng độ cứng và khả năng chịu nhiệt nhưng W làm cho tính hàn kém đi vì nó thường bị ôxy hóa mạnh nên cần bảo vệ thật tốt trong quá trinh hàn.

– Vanadi (V) có ảnh hượng tương tự như Vonfram.

– Titan (Ti) và Niobi (Nb): chỉ tồn tại trong thép một lượng rất nhỏ ( < 1%) nên không ảnh hưởng nhiều đến tính hàn của thép.

– Đồng (Cu): với hàm lượng  nhỏ (0,3 – 0,8%) có tác dụng làm tăng độ bền, độ dẻo, độ dai va đập và tính chống ăn mòn của thép nhưng ít ảnh hưởng đến tính hàn của thép.

– Lưu huỳnh (S): thường gây hiện tượng bở nóng, nứt nóng còn Phôtpho (P) thường gây hiện tượng giòn nguội, nứt nguội. Đó là những tạp chất có hại. Khi hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép, chúng có ảnh hưởng xấu đến tính hàn.

– Oxy (O2) trong thép thường ở dạng oxit làm giảm cơ tính và làm xấu tính hàn của thép.

– Nitơ (N2) trong thép tạo hợp chất hóa học (nitrit sắt) rất cứng, dòn, làm giảm tính dẻo và gây khó khăn cho quá trinh hàn.

– Hydro (H2) là tạp chất có hại, sinh khí trong vũng hàn, gây nứt tế vi trong mối hàn và gây khó khăn cho quá trình hàn.

Nếu bạn là một thợ hàn chuyên nghiệp và cần 1 công việc ổn định hãy liên hệ ngay với chúng tôi: Công ty cung ứng nhân lực Hiệp Phát - Chuyên cung ứng nhân lực và gia công sản xuất ngành dầu khí.

Địa chỉ: 492/1/12 Đường 30/4, Phường Rạch Dừa, Thành Phố Vũng Tàu

Hotline: 0986459579