HÀ ANH HUY - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

HÀ ANH HUY

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN
NĂNG SUẤT HÀN KHI HÀN THÉP KHÔNG GỈ
VỚI THÉP CACBON

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Đồng Nai, 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

HÀ ANH HUY

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN
NĂNG SUẤT HÀN KHI HÀN THÉP KHÔNG GỈ
VỚI THÉP CACBON


Danh mục hình vẽ và đồ thị............................................................

XII

MỞ ĐẦU

1

1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu.............................................

2

Phạm vi nghiên cứu.......................................................................

3

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn...................................

3

2
Chƣơng 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

5

1.1 Giới thiệu về kim loại hàn..............................................................

5

không gỉ..........................................................................................

7

1.1.1.3.Tính hàn của thép không gỉ austenit...................................

7

a.Nứt nóng kim loai mối hàn và vùng ảnh hƣởng
nhiệt......................................................................................

7


2
b. Giòn kim loại mối hàn thép chịu nhiệt và thép bền nhiệt ở nhiệt
độ cao...........................................................................

10

c. Suy giảm cơ tính thép không gỉ austenit do hệ số giãn nở nhiệt
lớn.............................................................................................

11

d.Hiện tƣợng phá hủy liên kết hàn thép austenit do ăn mòn tinh

12

giới..........................................................................................

1.2.1.2. Thành phần hóa học và cơ tính vật liệu cơ bản thép

16

cacbon.............................................................................................
1.2.1.3. Tính hàn của thép A516 Grade 65.....................................

16

a. Chu trình nhiệt hàn và tính chất vùng ảnh hƣởng
nhiệt.............................................................................................

17

b. Nhiệt độ giữa các đƣờng hàn TIG..............................................

18

1.2.1.4. Công nghệ hàn thép A516 Grade 65 bằng phƣơng pháp
hàn TIG...........................................................................................

18

1.3 Công nghệ hàn vật liệu khác chủng loại bằng phƣơng pháp hàn
TIG............................................................................................

18

1.3.1. Khái niệm và nguyên lý hoạt động phƣơng pháp hàn
TIG..................................................................................................


25

1.4.1. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc.........................................

25

1.4.2 Tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngoài.......................................

25

1.6 Định hƣớng nghiên cứu của đề tài.................................................

27

Chƣơng 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU

28

2.1 Mục tiêu nghiên cứu.......................................................................

28

2.2 Nội dung nghiên cứu đề tài.............................................................

28

2.2.1.Nghiên cứu lý thuyết..............................................................


3.1.1.Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn
nổ (Explosive Welding Process).....................................................

32

3.1.2. Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn
ma sát.......................................................................................

33

a. Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn ma

33

sát ngoáy (Friction Stir Welding Process).....................................
b. Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn ma
sát quay.....................................................................................

35

3.1.3. Hàn thép cacbon với thép không gỉ bằng phƣơng pháp điện
tiếp xúc điểm điện trở (Resistance Spot Welding Process)..............

35


4
3.1.4. Hàn thép cacbon – thép không gỉ bằng phƣơng pháp hàn
hồ quang.........................................................................................


41

c.Thiếu ngấu chân........................................................................

42

3.2.3. Không thấu (Lack of penetration)........................................

43

a.Không thấu hoàn toàn.................................................................

43

b.Thiếu thấu chân....................................................................

44

3.2.4.Khuyết tật rỗ khí/hốc khí (Cavities).................................

44

3.2.5.Nứt (Cracks).........................................................................

47

a. Nứt dọc...................................................................................

48



53

3.3.2. Kiểm tra mối hàn bằng phƣơng pháp chụp ảnh phóng
xạ....................................................................................................

58


5
3.3.3. Kiểm tra vật liệu bằng thử kéo.............................................

61

3.3.3.1.Các phƣơng pháp kiểm tra độ bền.....................................

63

a. Thử kéo ngang...........................................................................

63

b. Thử kéo kim loại đắp toàn mối hàn (kéo dọc)..............................

64

3.3.4. Thử uốn tĩnh (uốn công nghệ)................................................

66


74

4.1.2.Hàn đính................................................................................

76

4.1.2.1.Trình tự và kích thƣớc mối hàn đính..................................

77

4.1.2.2.Xử lý biến dạng hàn............................................................

78

4.1.3.Hàn........................................................................................

80

4.1.3.1.Năng lƣợng đƣờng (Heat input).........................................

80

4.1.3.2.Nhiệt độ giữa các đƣờng hàn (Tip- interpass
temperature)...................................................................................

81

4.1.3.3.Trình tự bố trí các lớp hàn và đƣờng hàn..........................

81


6
4.2.2. Kiểm tra...............................................................................
4.3 Thực nghiệm chế tạo mẫu hàn ứng với đƣờng kính que hàn bù 

96
97

2,4 mm........................................................................................
4.3.1.Quy trình thực nghiệm mẫu hàn...........................................
4.3.1.1.Chuẩn bị mẫu hàn...............................................................

97

4.3.1.2.Hàn đính..........................................................................

97

4.3.1.3.Hàn....................................................................................

97

4.3.2. Kiểm tra................................................................................

101

4.4 Thực nghiệm chế tạo mẫu hàn ứng với đƣờng kính que hàn bù

105



4.4.5.1.Chuẩn bị mẫu hàn...............................................................

110

4.4.5.2.Hàn đính.............................................................................

110

4.4.5.3.Hàn.....................................................................................

111

4.4.5.4.Kiểm tra..............................................................................

114

a. Kiểm tra ngoại dạng...................................................................

114

b. Kiểm tra chụp X-quang...............................................................

114

c. Kiểm tra siêu âm.........................................................................

115

d.Kiểm tra độ bền kéo, uốn.............................................................


122

c. Kiểm tra siêu âm.......................................................................

123

d.Kiểm tra độ bền kéo, uốn...........................................................

124

4.4.7.Thực nghiệm quy trình chế tạo mẫu hàn I= 200(A).............

126

4.4.7.1.Chuẩn bị mẫu hàn...............................................................

126

4.4.7.2.Hàn đính.............................................................................

126

4.4.7.3.Hàn.....................................................................................

127

4.4.7.4.Kiểm tra..............................................................................

129

8

MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong công nghiệp hóa chất các dây chuyền sản xuất hoạt động liên tục
trong các điều kiện công nghệ khắc nghiệt đƣợc khống chế rất nghiêm ngặt và
một môi trƣờng hóa chất gây nên han gỉ, hƣ hỏng cho các thiết bị, máy móc.
Theo số liệu thống kê mới nhất, trong các nhà máy hóa chất chi phí dành cho
bảo vệ chống ăn mòn chiếm 70 - 80% chi phí sửa chữa và dịch vụ sửa chữa
trong năm. Do vậy, ngƣời ta ngày càng chú ý hơn đến việc bảo vệ chống ăn
mòn thiết bị công nghệ để đảm bảo hoạt động sản xuất liên tục, không bị gián
đoạn. Một trong các kỹ thuật bảo vệ chống ăn mòn là lựa chọn loại vật liệu
chế tạo nên kết cấu, máy móc có khả năng làm chậm quá trình ăn mòn.
Thép không gỉ, thép hợp kim cao chịu ăn mòn trên cơ sở thép crôm – niken
có giá thành cao, là một trong những vật liệu đƣợc sử dụng phổ biến trong các
ngành công nghiệp hóa chất để chế tạo các thiết bị, máy móc sản xuất hóa chất. Tuy
vậy, ngƣời ta không thể sử dụng thép hợp kim để chế tạo hoàn toàn một kết cấu
máy vì lý do kinh tế, mà chỉ sử dụng chúng cho từng vị trí công nghệ có yêu cầu
cao về nhiệt và chống mòn.
Từ đây, vấn đề sử dụng các kết cấu đƣợc hình thành từ hai loại vật liệu là thép
cacbon và thép không gỉ đã đƣợc đặt ra. Để đáp ứng điều này, các nhà chế tạo máy đã
đƣa ra giải pháp là sử dụng đồng thời thép hợp kim (thép không gỉ) và thép cacbon
trong một kết cấu bằng kỹ thuật hàn. Đây là một vấn đề khó khăn vì trong thực tế, để
xây dựng một qui trình hàn thép không gỉ - thép cacbon là không đơn giản vì chúng
không chỉ phụ thuộc vào các yếu tố kỹ thuật mà còn phụ thuộc vào tay nghề của ngƣời
thợ. Ngoài ra, việc cải thiện năng suất hàn mà vẫn đảm bảo chất lƣợng mối hàn cũng
nhƣ không có khuyết tật hàn là một vấn đề đặt ra trong thực tế. Tring thực tế sản xuất,
năng suất hàn phụ thuộc vào rất nhiều thông số nhƣ chế độ hàn, vật liệu hàn, tốc độ
hàn, trang bị gá kẹp và tay nghề thợ hàn. Đây là các nội dung chính đƣợc quan tâm đề

thấp và trung bình là thép dễ dàng gia công bằng các quá trình cơ khí và quá trình
hàn. Nhu cầu sử dụng kết hợp hai loại vật liệu này trong một số ngành công nghiệp
bằng kỹ thuật hàn đã đƣa đến các tiến bộ nhƣ hàn bằng điện cực nóng chảy trong môi
trƣờng khí trơ (GTAW/TIG). Trong các tiêu chuẩn AWS D1.1, AWS D1.6 và ASME
IX việc hàn hai kim loại khác nhau đƣợc đề cập đến với các thông số khá tổng quát
và phạm vi giá trị khá rộng. Do vậy, việc xác định các qui trình hàn phù hợp cho hai
vật liệu với mác cụ thể là một khó khăn do cần phải thực hiện một số lƣợng lớn thí
nghiệm cùng với chi phí đo kiểm cao. Ngày nay, cùng với sự phát triển bùng nổ về
số nhà máy lọc hoá dầu ở Việt Nam dẫn đến nhu cầu lớn về xây dựng các bồn chứa
xăng dầu, bồn chứa khí gas nên việc cần phải có các qui trình hàn phù hợp có năng
suất cao để hàn hai loại vật liệu khác nhau nhƣ thép cacbon thấp và thép không gỉ là
rất cấp thiết. Xuất phát từ thực tiễn đó, đề tài “Nghiên cứu các thông số ảnh
hưởng đến năng suất hàn khi hàn thép không gỉ với thép các-bon ” đã đƣợc triển
khai nghiên cứu tại trƣờng đại học Lâm nghiệp Hà Nội và các công việc thí nghiệm,
đánh giá đƣợc thực hiện tại phòng thí nghiệm RemeLab (trƣờng đại học Sƣ phạm
Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh).

2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài tập trung nghiên cứu:
- Qui trình hàn chế tạo chi tiết mẫu cho cặp vật liệu là thép cacbon với thép
không gỉ austenit A240.
- Nghiên cứu các thông số ảnh hƣởng đến chế độ hàn, năng suất hàn.
- Đề xuất qui trình hàn trên cơ sở các thông số hàn đã đƣợc xác định nhằm đạt
đƣợc năng suất hàn cao.
Trong khuôn khổ phạm vi đề tài, năng suất hàn ở đây đƣợc hiểu là năng suất
hàn cao nhất có thể đạt đƣợc trên cơ sở qui trình hàn đã đề xuất mà vẫn đảm bảo
đƣợc các yêu cầu về chất lƣợng mối hàn (độ bền, thẩm mỹ,…) cũng nhƣ không có
chứa các khuyết tật hàn.



-

Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần vào quá trình đào tạo, kiểm tra

chất lƣợng mối hàn bằng phƣơng pháp kiểm không phá hủy (NDT) và phƣơng pháp
phá hủy (DT). Qui trình hàn đề xuất có thể chuyển giao cho các doanh nghiệp ứng
dụng công nghệ hàn hàn hai vật liệu thép cacbon – thép không gỉ nói riêng và công
nghệ hàn hai vật liệu nói chung để đạt đƣợc năng suất cao, cho phép giảm chi phí
sản xuất trong các ngành công nghiệp đặc thù nhƣ đóng tàu, dầu khí, hóa chất,…


12

Chƣơng 1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Giới thiệu về kim loại hàn
1.1.1 Thép không gỉ
Thép không gỉ là một nhóm thép hợp kim cao, chứa ít nhất 12% crôm [1,
20]. Nói chung, chúng đƣợc tạo thành từ các nguyên tố hợp kim với một nguyên tố
khác làm cho chúng có thể chống ăn mòn trong nhiều môi trƣờng khác nhau. Những
nguyên tố này cũng làm thay đổi cấu trúc tế vi của thép hợp kim, do đó có ảnh
hƣởng rõ rệt về tính chất cơ học và tính hàn của chúng.
Có nhiều hệ thống khác nhau đang đƣợc sử dụng để ký hiệu thép không gỉ.
Ký hiệu đƣợc sử dụng phổ biến là hệ thống AISI (tiêu chuẩn Mỹ), trong hệ thống
này nhóm thép không gỉ austenit đƣợc ký hiệu trong dãy 200 và 300, thép không gỉ
mactenxit và ferrit đƣợc ký hiệu trong dãy 400 [1, 20].
Để nhận biết thép có tổ chức kim loại thuộc nhóm nào, có thể sử dụng giản
đồ Schaeffler hình 2.1. Giản đồ Schaeffler cho biết tổ chức pha gần đúng của thép
(trong điều kiện cân bằng về nhiệt động học) trên cơ sở đƣơng lƣợng crom (CrE) và

gỉ mới nhất, vật liệu này là sự kết hợp của các vật liệu austenit và ferit. Vật liệu này
có độ bền cao và khả năng chống ăn mòn vƣợt trội.
e. Thép không gỉ biến cứng kết tủa: Thép không gỉ biến cứng kết tủa là


14
nhóm thép không gỉ quan trọng có độ bền cao, khả năng chống ăn mòn, chống oxi
hóa tốt và dễ gia công trong chế tạo. Thép loại này đƣợc bền hóa theo cơ chế hình
thành mactenzit, bền hóa phân tán hoặc kết hợp cả hai.
1.1.1.2 Thành phần hóa học và cơ tính vật liệu cơ bản thép không gỉ
Thép không gỉ sử dụng trong liên kết hàn nghiên cứu trong đề tài này là thép
không gỉ austenit ASTM A240 316L (tƣơng đƣơng với mác thép SA240 SS316L
theo tiêu chuẩn ASME). Thành phần hóa học của thép không gỉ austenit ASTM
A240 316L đƣợc cho trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của thép không gỉ A240 316L [20]
Thành phần hóa học (%)

Vật liệu cơ bản

ASTM
A240 316L

C

Mn

0.03

2.0



(MPa)

(MPa)

tƣơng đối (%)

485

170

-

ASTM
A240 316L

1.1.1.3 Tính hàn của thép không gỉ austenit
a. Nứt nóng kim loại mối hàn và vùng ảnh hƣởng nhiệt
Trên hình 1.2 là sơ đồ kết tinh của kim loại mối hàn thuần túy austenit. Các
tinh thể austenit  (chúng có nhiệt độ nóng chảy cao) kết tinh trƣớc, hình thành dần
kim loại đắp. cuối giai đoạn kết tinh của các tinh thể này, pha lỏng có nhiệt độ nóng


15
chảy thấp hơn và độ bền thấp hơn (cùng tinh) bị các tinh thể đẩy vào vùng tinh giới
để kết tinh sau cùng. Do không có chuyển biến pha rắn, trong quá trình nguội, các
tinh thể kim loại có kích thƣớc lớn, tiết diện lớn và diện tích bề mặt nhỏ (hạt thô);
lớp cùng tinh giữa các tinh thể có chiều dày lớn. Độ bền và khả năng biến dạng của
kim loại nhƣ vậy nhỏ. Sự co ngót kim loại mối hàn và ứng suất kéo tăng trong quá
trình nguội sẽ gây nứt nóng. Kiểu kết tinh này đặc trƣng cho hàn nhiều lớp, khi các

- Giảm trị số của các thông số hàn nhƣ năng lƣợng đƣờng, tiết diện mối
hàn, lƣợng kim loại cơ bản hòa tan vào mối hàn.
Vấn đề lƣợng  ferit cần thiết cho kim loại mối hàn có tầm quan trọng khi
chọn vật liệu và chế độ công nghệ hàn thép austenit. Giản đồ Scheaffler (có từ năm
1949), hình 1.1, đƣợc dùng để đánh giá nhanh tổ chức kim loại dựa trên cơ sở thành
phần của thép Cr – Ni. Tỷ lệ %  ferit trong kim loại mối hàn có thể đƣợc xác định
bằng phƣơng pháp kim tƣơng.
Tuy nhiên điều này không phải bao giờ cũng thuận tiện cho điều kiện sản
xuất hàn. Giản đồ Delong (hình 1-4) đƣợc đƣa ra sử dụng từ năm 1974 đã khắc
phục đƣợc những nhƣợc điểm chính của Schaeffler. Nó tính tới vai trò của nitơ đối
với tổ chức kim loại của thép và kết hợp với phƣơng pháp đo bằng từ tính để giúp
xác định nhanh lƣợng  ferit trong kim loại mối hàn, thông qua một chỉ số gọi là số
ferit (FN: ferit number).


17
Với giản đồ Delong tỷ lệ % ferit càng thấp thì số FN càng chính xác. Các
kim loại khác nhau cần các số FN khác nhau. Với thép không gỉ 316L cần ít nhất
3FN.
Khi hàn, để đạt đƣợc lƣợng  ferit do các nhà sản xuất que hàn khuyến cáo
thì cần sử dụng đúng quy trình hàn:
- Tránh sử dụng năng lƣợng đƣờng lớn (dùng que hàn có đƣờng kính nhỏ,
không dao động ngang khi hàn, làm nguội nhanh mối hàn), nếu không lƣợng  ferit
sẽ tăng, làm giảm khả năng chống ăn mòn.
- Tránh sử dụng chiều dài hồ quang lớn (mức độ bảo vệ không đầy đủ) nếu
không sẽ làm tăng lƣợng nitơ trong mối hàn, gây mức austenit hóa mối hàn cao, tức
là làm giảm lƣợng  ferit cần thiết.

Hình 1.4. Giản đồ Delong và số ferit FN [28]
b. Giòn kim loại mối hàn thép chịu nhiệt và thép bền nhiệt ở nhiệt độ cao

tƣợng giòn.
- Thứ tƣ: Quá trình tiết ra các pha cacbit và sigma () trong kim loại mối
hàn kết hợp với ứng suất dƣ sau khi hàn có tác dụng làm giảm tính dẻo và làm cục
bộ hóa biến dạng vùng ảnh hƣởng nhiệt gây nứt.


19
d. Hiện tƣợng phá hủy liên kết hàn thép austenit do ăn mòn tinh giới
Ứng dụng lớn nhất của thép không gỉ austenit thuộc hệ Cr – Ni là sử dụng
làm thép chống ăn mòn. Nếu khi hàn sử dụng chế độ hàn không thích hợp thì khi
vận hành, thép chống ăn mòn có thể bị ăn mòn tinh giới trong điều kiện tiếp xúc với
môi chất ăn mòn.
Có ba dạng ăn mòn tinh giới chủ yếu là ăn mòn tại vùng ảnh hƣởng nhiệt, ăn
mòn tại vùng kim loại mối hàn và ăn mòn dạng mũi dao [1].

a. Ăn mòn tại
vùng ảnh hƣởng nhiệt

b. Ăn mòn tại
vùng kim loại mối hàn

c. Ăn mòn
dạng mũi dao

Hình 1.5. Các dạng ăn mòn tinh giới
- Hình 1.5a: Ăn mòn tại vùng ảnh hƣởng nhiệt, tại khu vực mà chu trình
nhiệt hàn tạo nên các đƣờng đẳng nhiệt tới hạn.
- Hình 1.5b: Cacbit crom tiết ra tại kim loại mối hàn do tác động của chu
trình nhiệt hàn. Do đó kim loại mối hàn thừa C hoặc thiếu Ti, Nb.
- Hình 1.5c: ăn mòn cục bộ kim loại cơ bản tại sát đƣờng chảy của mối hàn.

Các loại thép không gỉ austenit đều có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác
nhau. Do đó yêu cầu đối với tính chất liên kết cũng khác nhau trong từng trƣờng
hợp, cho dù sử dụng cùng một mác thép. Điều này đòi hỏi công nghệ hàn cũng khác
nhau tƣơng ứng về mặt lựa chọn vật liệu hàn, chế độ hàn và chế độ nhiệt.
Thép không gỉ austenit có khả năng dẫn nhiệt kém nhƣng lại có hệ số giãn nở
nhiệt cao. Kết quả là khi hàn, chiều sâu nóng chảy lớn hơn so với thép hợp kim thấp
và dễ sảy ra biến dạng sau khi hàn. Với điện trở riêng lớn gấp 5 lần so với thép
thƣờng, điện cực có thể bị nung nóng quá mức khi hàn.
Các biện pháp công nghệ đƣợc sử dụng để ngăn nứt nóng kim loại mối hàn
và vùng ảnh hƣởng nhiệt là:
- Hạn chế lƣợng tạp chất nhƣ P, S, Pb, Sn, Bi trong kim loại cơ bản và kim
loại mối hàn, giảm lƣợng kim loại cơ bản hòa tan vào mối hàn.


21
- Tạo tổ chức kim loại mối hàn có 2 pha. Với thép bền nhiệt và thép chịu
nhiệt có đƣơng lƣợng niken không cao và tối đa 5% Ni. Hợp kim hóa thép thêm bằng
các nguyên tố nhƣ Mo, W và Mn có tác dụng giảm khả năng chống nứt nóng. [1]
- Các biện pháp công nghệ thay đổi hình dạng vũng hàn và hƣớng phát triển
các hạt austenit khi kết tinh.
- Giảm tác dụng lực liên kết hàn: giảm dòng hàn, chọn dạng dạng mối hàn
thích hợp.
Để hàn thép không gỉ austenit bằng phƣơng pháp hàn TIG dùng khí bảo vệ là
khí trơ bao gồm khí argon (99,98%) hoặc khí helium (99,985%). Khí trơ không
những có tác dụng ổn định hồ quang tốt mà còn hạn chế mức độ ôxy hóa các
nguyên tố hợp kim khi hàn. Quá trình hàn này thích hợp nhất cho các vật liệu 0,5 ÷
10mm, đây là quá trình hàn có ƣu thế hơn mọi quá trình hàn hồ quang khác nhƣ hàn
hồ quang tay (SMAW), hàn dƣới lớp thuốc (SAW), hàn bằng điện cực nóng chảy
trong môi trƣờng khí bảo vệ (GMAW), đặc biệt là khi hàn tấm mỏng.
Khi hàn có thể sử dụng chế độ hàn thông thƣờng lẫn chế độ hàn xung. Dòng

nhau, chế độ hàn có thể điều chỉnh trong phạm vi rộng, không cần sử dụng các biện
pháp công nghệ phức tạp (nhƣ nung nóng sơ bộ, nhiệt luyện sau khi hàn…) mà vẫn
đảm bảo nhận đƣợc chất lƣợng liên kết hàn có chất lƣợng mong muốn.
b. Thép cacbon trung bình
Thép cacbon trung bình tƣơng tự nhƣ thép cacbon thấp, nhƣng có nồng độ
cacbon từ 0,3 - 0,6% và nồng độ Mn từ 0.6 - 1,65%. Thép cacbon trung bình đƣợc
dùng làm trục, bánh răng, trục khuỷu,…
So với nhóm trên, nhóm này chỉ thích hợp với một số phƣơng pháp hàn nhất
định, các thông số của chế độ hàn chỉ có thể dao động trong phạm vi hẹp, yêu cầu
về vật liệu hàn chặt chẽ hơn. Một số biện pháp công nghệ nhƣ nung nóng sơ bộ,
giảm tốc độ nguội và xử lý nhiệt sau khi hàn có thể đƣợc sử dụng.
c. Thép cacbon cao
Thép cacbon cao chứa 0,6 - 0,9% với nồng độ Mn từ 0,3 - 0,9%. Chúng đƣợc
dùng làm dụng cụ, lò xo và dây có độ bền cao.
Đây là nhóm thép cho phép nhận đƣợc các liên kết hàn với chất lƣợng mong


23
muốn trong các điều kiện rất khắt khe về công nghệ và vật liệu hàn, thƣờng phải sử
dụng biện pháp xử lý nhiệt hoặc hàn rong những môi trƣờng bảo vệ đặc biệt (khí
trơ, chân không…); chế độ hàn chỉ đƣợc điều chỉnh trong phạm vi rất hẹp. Tuy vậy
liên kết hàn vẫn có xu hƣớng bị nứt và dễ xuất hiện các khuyết tật khác làm giảm
chất lƣợng sử dụng của kết cấu hàn.
1.1.2.2 Thành phần hóa học và cơ tính vật liệu cơ bản thép cacbon
Thép cacbon đƣợc sử dụng trong liên kết hàn hai vật liệu là thép cacbon thấp
theo tiêu chuẩn ASTM có ký hiệu A516 Grade 65 thép chủ yếu đƣợc sử dụng trong
các thiết bị trao đổi nhiệt, bình áp lực, bồn bể chứa. Thành phần hóa học và cơ tính
của thép A516 Grade 65 đƣợc cho trong bảng 1.3.
Bảng 1.3: Thành phần hóa học của thép A516 Grade 65 [20]
Thành phần hóa học (%)

Trạng thái

ASTM A516 Grade 65

Độ bền kéo
(MPa)
450÷585

Giới hạn chảy Độ giãn dài
(MPa)
tƣơng đối (%)
240

23

1.1.2.3 Tính hàn của thép A516 Grade 65
Theo định nghĩa của Hiệp hội hàn Mỹ (AWS), tính hàn là khả năng hàn đƣợc
của vật liệu cơ bản trong điều kiện chế tạo đã đƣợc quy định trƣớc nhằm tạo ra kết
cấu thích hợp với thiết kế cụ thể và có tính năng thích hợp với mục đích sử dụng.
Về tính hàn, trong tiêu chuẩn quốc tế ISO 581:1980 cũng nêu lên ba khía
cạnh tƣơng tự, đƣợc coi là thƣớc đo khả năng:
-

Nhận đƣợc mối hàn lành lặn không bị nứt.

-

Đạt đƣợc cơ tính thích hợp.