Luận văn: Cơ sở lý thuyết đánh giá chất lượng hàn giáp mối thép cacbon

Tìm hiểu phương pháp đánh giá chất lượng liên kết hàn thép cacbon, các tiêu chuẩn kiểm tra và yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của mối hàn.

• Tác giả: Nguyễn Xuân Hải
• Người hướng dẫn: PGS.TS Hoàng Tùng
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ hàn
• Đề tài: Xây dựng cơ sở lý thuyết đánh giá sơ bộ chất lượng liên kết hàn giáp mỗi nóng chảy của thép các bon kết cấu hàn
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm và tầm quan trọng của đánh giá chất lượng liên kết hàn thép cacbon

Đánh giá chất lượng liên kết hàn thép cacbon là quá trình kiểm tra và xác định độ bền của các mối hàn trong các công trình kết cấu thép. Đây là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong công nghệ hàn hiện đại, đặc biệt đối với các ứng dụng trong ngành công nghiệp năng lượng, xây dựng và sản xuất. Chất lượng liên kết hàn ảnh hưởng trực tiếp đến độ an toàn và tuổi thọ của công trình. Theo các tiêu chuẩn quốc tế, liên kết hàn thép cacbon phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt về cấu trúc kim loại, cơ tính và khả năng chịu lực. Việc đánh giá sơ bộ chất lượng mối hàn giúp phát hiện sớm các khuyết tật tiềm ẩn và đảm bảo hiệu suất hoạt động của kết cấu.

1.1. Định nghĩa và phạm vi nghiên cứu

Liên kết hàn thép cacbon bao gồm các mối hàn được tạo bằng các phương pháp hàn như SAW (hàn lún), FCAW (hàn lõi thuốc) và SMAW (hàn que). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào đánh giá chất lượng thông qua phân tích cấu trúc kim loại, tính chất cơ học và các khuyết tật có thể xuất hiện sau quá trình hàn.

1.2. Ứng dụng thực tiễn trong công nghiệp

Các phương pháp đánh giá liên kết hàn được áp dụng rộng rãi trong sản xuất bình áp lực, kết cấu nhà máy và các công trình xây dựng. Việc kiểm tra chất lượng mối hàn giúp giảm rủi ro thất bại kết cấu và nâng cao độ tin cậy của sản phẩm cuối cùng.

II. Các phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn thép cacbon

Để đánh giá chất lượng liên kết hàn thép cacbon, các kỹ sư sử dụng nhiều phương pháp kiểm tra khác nhau, từ phương pháp phi phá hủy đến phương pháp phá hủy. Kiểm tra siêu âm (UT) là một trong những phương pháp phổ biến nhất, cho phép phát hiện các khuyết tật bên trong mà không làm hỏng mẫu. Ngoài ra, phân tích thành phần hóa học giúp xác định độ chính xác của liên kết hàn so với thép gốc. Kiểm tra macro và kim tương cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc tinh thể và các vùng bị ảnh hưởng nhiệt. Các phương pháp này kết hợp với nhau tạo nên một hệ thống đánh giá toàn diện và chính xác.

2.1. Kiểm tra siêu âm và phương pháp phi phá hủy

Kiểm tra siêu âm (UT) sử dụng sóng âm tần số cao để phát hiện các lỗ rỗng, vết nứt và khuyết tật khác trong liên kết hàn. Phương pháp này không làm hỏng mẫu và cho phép kiểm tra toàn bộ diện tích mối hàn một cách nhanh chóng.

2.2. Kiểm tra kim loại và phân tích cấu trúc

Phân tích thành phần hóa học và kiểm tra kim tương giúp xác định cấu trúc tinh thể, các tính chất cơ học và mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ cao trong quá trình hàn. Các dữ liệu này rất quan trọng cho đánh giá chất lượng mối hàn.

III. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng liên kết hàn thép cacbon

Chất lượng của liên kết hàn thép cacbon bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố quan trọng. Nhiệt độ gia nhiệt là một trong những yếu tố then chốt, ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc tinh thể và cơ tính của mối hàn. Chế độ hàn bao gồm dòng điện, điện áp và tốc độ hàn, cần được điều chỉnh phù hợp với độ dày và loại thép. Loại vật liệu hàn sử dụng (que hàn, dây hàn) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng của mối hàn. Ngoài ra, tính hàn của thép cacbon và các tính chất cơ học của vật liệu gốc cũng ảnh hưởng đáng kể đến khả năng tạo ra những mối hàn chất lượng cao.

3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và chế độ hàn

Nhiệt độ gia nhiệt trong quá trình hàn ảnh hưởng đến sự hình thành cấu trúc kim loại. Nếu chế độ hàn không được kiểm soát chặt chẽ, liên kết hàn thép cacbon có thể bị yếu, dễ vỡ hoặc bị ăn mòn. Đo nhiệt độ trước, trong và sau quá trình hàn là cần thiết.

3.2. Tính chất vật liệu và độ tương thích

Tính hàn của thép cacbon phụ thuộc vào thành phần hóa học, đặc biệt là hàm lượng cacbon. Vật liệu hàn phải tương thích với thép gốc để đảm bảo chất lượng liên kết hàn cao nhất và đạt được các tính chất cơ học yêu cầu.

IV. Tiêu chuẩn và quy trình đánh giá chất lượng liên kết hàn

Các tiêu chuẩn quốc tế như ASME IX và các quy định của các công ty chế tạo đặt ra các yêu cầu cụ thể cho đánh giá chất lượng liên kết hàn thép cacbon. Giới hạn chảy và giới hạn bèn của liên kết hàn phải đạt hoặc vượt quá giá trị quy định. Quy trình đánh giá bao gồm các bước: chuẩn bị mẫu, thực hiện hàn theo chế độ xác định, tiến hành kiểm tra phi phá hủy, phân tích thành phần hóa học, kiểm tra cơ tính và quan sát cấu trúc tinh thể. Tất cả các kết quả phải được ghi chép chi tiết và so sánh với tiêu chuẩn để xác định tính chấp nhận được của mối hàn. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này đảm bảo tính đồng nhất và độ tin cậy cao của chất lượng liên kết hàn.

4.1. Tiêu chuẩn quốc tế ASME IX và yêu cầu kỹ thuật

Tiêu chuẩn ASME IX quy định chi tiết về phân loại thép theo nhóm, yêu cầu về cơ tính, thành phần hóa học và các phương pháp kiểm tra. Chất lượng liên kết hàn phải đáp ứng các tiêu chí về độ bền, độ dẻo dai và khả năng chịu tải của mối hàn.

4.2. Quy trình kiểm tra và ghi chép kết quả

Quy trình đánh giá liên kết hàn thép cacbon bao gồm kiểm tra siêu âm, phân tích hóa học, kiểm tra cơ tính và quan sát cấu trúc. Tất cả kết quả phải được ghi chép đầy đủ trong báo cáo để đảm bảo tính truy xuất và tuân thủ tiêu chuẩn chất lượng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU. co tc saa ngữ 1. Mục đích nghiên cứu:. II Nội dung của dé tai: TH Phương pháp nghiên cửu: Chuong I: TONG QUAN VE DE TAI NGHIEN CUU 1.Tỉnh hình chế tạo, nghiên cứu chất lượng hản bình chịu áp lực trên thể giới 1.

Tinh hình chẻ tạo,nghiên cửu chất lượng hàn binh chịu áp lực ở Việt nam. Chuong I: TONG HOP CO SG LY THUYET CUA DE TAI 2. Phuong trinh truyén nhiệt của hỗ quang hản trên bẻ mặt bán võ hạn.Tinh hàn của thép các bon kết cấu:.Tổ chức kim loại liên kết hàn hồ quang nóng chảy. Chương III: THỰC NGHIÊM VÀ SÔ LIỆU THỰC NGHIỆM.Tỉnh toán các thông số chuyên biên Austemit đôi với thép các bon.Phân tích tổ chức kim loại ở các vùng đo nhiệt độ theo thời gian 3.Các giây chứng nhận kết quả thử nghiệm:.4 Đánh giá kết quả thực nghiệm:.

sacar scamaweniceesonmett 121 CHƯƠNG IV : KẾT LUẬN & KIÊN NGHỊ 5 128 Kết luận. 5-5 123 TẢI LIỆU THAM KHẢO.126 Nguyễn Xuân Hải Trang 3/127 Lớp IIBCNH Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội Viện Cơ khí. Hình II-I§e: FCAW-3G-thkl6-MI ° m 3 98 Hình II-18d: FCAW-3G-thkl6-M: HinhIH-I§e: SAW-16-thkl6-MI. Hình II-ISE SAW-1G-thk16-M2.

n = tài 8icgn0eiisgrasadaaessaussad ĐỘ Hình II-18g: SMAW-3G-thkl2-MI.o, ĐO, Hình I-I8h: SMAW-3G-thkl2-M2. SESS TEE EES TST, Hinh III-19b: Mau FCAW-3G-thk1 6-M1/D6 phỏng đại x 500. H21008003880 100 Hình II-19c: Mẫu ECAW-3G-thk16-M2/Đô phóng đạix 500. cãtsgtnaaeoassauasclRT Hình IH-19e Mẫu SAW-16-thk16-M2/ Độ phóng đại x 500.

„101 Hình III-20a: Vị trí đo độ cứng HV. Hình II-20b: Máy đo độ cửng 401MVD của Mỹ. Giấy chứng nhận BCI: VCN720-13 M01~M04. Giấy chứng nhận BC2: VƠN 819-13-M0la.

Giấy chứng nhận BC3: VƠN 819-13-M02a. 11122112011cce oe 107 Giay chứng nhận BC4: VCN §19-13-M03a. tãnica84cgiát8i6oeoecsukkausai. OS Giấy chứng nhận BC5: VƠN 819-13-M04a.109 Giấy chứng nhận BC6: VƠN 819-13-M05a.110 Giấy chứng nhận BC7: VCN 8§19-13-M06a.-- 1/46#et0/18300/6 11 Giấy chứng nhận BC8: VƠN 819-13-M07a.

Giấy chứng nhận BC9: VCN 819-13-M0§a. Giấy chứng nhận BƠI0: VƠN 819-13-M0Ib. nỗ : el 4 Giấy chứng nhận BCI1: VƠN 819-13-M02b. TH ng rao 115 Giấy chứng nhận BC12: VCN 819-13-M08b.

seo, TT Giấy chứng nhận BC13: VCN 819-13-M04b ụ si 117 Neuyén Xuan Hai Trang 8/127 Lớp IIBCNH Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội Viện Cơ khí. DANH MỤC HÌNH VẼ Nội dung Trang Hinh I-1: Lịch sử nôi hơi trên tàu thủy, chế tạo bằng thép các bon. Hình 1-2: Lịch sử nồi hơi trên tàu hỏa, chế tạo bằng thép các bon. 13 Hình 1-3: Bổn làm lạnh nhiệt độ sử dụng — 40°C đến ~ 60°€,,.5sssssc 14 Hình 1-4: Binh loc 1600 Lit, kich thước G812x 2850(mm), trọng lượng 4408 Kg.

14 Hình 1-5: Bổn áp lực bằng thép Titan. : sic `, Hình 1-6: Nỗi hơi đót trong được thiết kẻ vả chế tạo theo TCVN 7704 : 2007 sa Hinh I-7: Kho lanh LPG Thi Vai 2 bon LPG lanh trung tam. ° sao T Hinh1-§: Bên chứa khí hoá lỏng LPG/ .18 Hình I-9: Bên chửa khí hoá lỏng LPG/. Hình ]-10+1-11: Bên kiểu đứng, chứa khi Oxy, Hình I-12: 26 bổn áp lực theo tiêu chuẩn ASME.

Hinh I-13: Bén áp lực vật ligu SA516 Gr.70 cho du an Phu Mj IL. Hình I-14/15: bồn chứa Oxy lỏng mã số HP GOX Buffer D7231B của hang Hình I-16/-17: Bình áp lực phân ly ga & dài. Hình I-19: Hệ thông bình áp lực vật liệu chế tạo SA516-70(N). Hình 1-20: Nhà máy nhiệt điện Mông đương 2/Quảng nỉnh.

2 23 Hình I-22: Chế tạo & lắp đặt giản ông trao đổi nhiệt. Hình I-1: Nguồn nhiệt đường di chuyển trong tắm mỏng. = Sees Se eee Hinh II-2/-3; Dé thi cia nhiét 46 cho cac nguén nhiét dudng trong tam phẳng mỏng. 32 Hình I-4: Sơ đỏ tính toán nguồn nhiệt điểm di động trong tâm dây.

Các đường đẳng nhiệt trong mặt phăng š-`#. 5 „38 Hình II-7/-§: Sơ đỗ ba chiêu của lời giải tâm dày Rosenthal.--2552-s 34 Hình II-9: Chu trình nhiệt hản. Hình II-10: Sơ đỏ tỉnh bẻ dày tương đương (CJT) các kết cầu hàn 4 Hình II-11: Biểu đồ tương quan Ceq và nhiệt độ cẳn gia nhiệt. AT Hình I-12: tổ chức tế vi vùng ảnh hưởng nhiệt & méi han.

„51 Hình II-13: cầu trúc tế vị tiết điện ngang mỗi han.33 Nguyễn Xuân Hải Trang 5/127 Lớp IIBCNH Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội Viện Cơ khí DANH MỤC BẢNG BIỂU Nội dung Trang Bang BI: Vật liệu thép tắm cho việc chế tạo bình bên áp lực. Bang B2: Danh mục các dự án Bình bên áp lực chế tạo tai DOOSAN Vina. 25 Bang B3: Danh sách nhả chế tạo có chứng chỉ chất lượng. U-stamp 27 Bang B4: Tính chất lý hóa của một số kim loại và hợp kim .35 Bảng BS: Một số tính chất chất cơ bản của các phương pháp han.35 Bang B6: Một só tính năng cơ học của thép cacbon thập.

241 Đảng B7: Một sốtính năng cơ học của thép cacbon thấp, 41 Bang B8: Giới hạn chảy và giới hạn bèn của các loại thép thông dụng theo ASTM. 44 Bảng B9; Tương quan chiêu dây và nhiệt độ gia nhiệt. s5 222cc _- Bảng B10: Phân loại thép Cacbon theo tính hàn. 49 Bang BI1: Phân loại thép theo nhỏm - ASME IX/2010.49 Bang B12: Phân loại nhóm thép có độ bên kéo 41Kg/mmm2.50 Bang B13: Yêu cầu vẻ chỉ tiêu cơ tính.

67 Bảng B14: Yêu cau vé thanh phan héa hoc.68 Bang B15: Thông số cơ lý hóa vật liệu khảo sát thép tắm A516 Gr. — 69 Bang B16: Ket qua phân tích thành phân hóa mẫu thử nghiệm.71 Bảng B17: Chẻ độ han SAW thực tế trên mẫu. B§hồi 215040004864 ha os TT Bang B18: Kết quả tỉnh toán trên cơ sở chế độ hản của mẫu han SAW. tg Bang B19: Kết quả đo nhiệt độ s ° „80 Bảng B20: Chế độ hàn FCAW thực tế trên mẫu.83 Bảng B21: Kết quả tính toán trên cơ sở chẻ độ hản của mâu hản FCAW .83 Bang B22: Số liêu nhiệt độ được đo.

81 Bang B23: Chế độ hàn SMAW thực tế trên mau .89 Bảng B24: Kết quả tính toán trên cơ sở chế độ hàn của mẫu hản SMAW 89 Bảng B25: Số liệu nhiệt độ được đo. „93 Bang B26: Kết quả đo độ cứng HV tại LAB. 103 Nguyễn Xuân Hải Trang 4/127 Lớp IIBCNH Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội Viện Cơ khí DANH MỤC BẢNG BIỂU Nội dung Trang Bang BI: Vật liệu thép tắm cho việc chế tạo bình bên áp lực. Bang B2: Danh mục các dự án Bình bên áp lực chế tạo tai DOOSAN Vina.

25 Bang B3: Danh sách nhả chế tạo có chứng chỉ chất lượng. U-stamp 27 Bang B4: Tính chất lý hóa của một số kim loại và hợp kim .35 Bảng BS: Một số tính chất chất cơ bản của các phương pháp han.35 Bang B6: Một só tính năng cơ học của thép cacbon thập. 241 Đảng B7: Một sốtính năng cơ học của thép cacbon thấp, 41 Bang B8: Giới hạn chảy và giới hạn bèn của các loại thép thông dụng theo ASTM. 44 Bảng B9; Tương quan chiêu dây và nhiệt độ gia nhiệt.

s5 222cc _- Bảng B10: Phân loại thép Cacbon theo tính hàn. 49 Bang BI1: Phân loại thép theo nhỏm - ASME IX/2010.49 Bang B12: Phân loại nhóm thép có độ bên kéo 41Kg/mmm2.50 Bang B13: Yêu cầu vẻ chỉ tiêu cơ tính. 67 Bảng B14: Yêu cau vé thanh phan héa hoc.68 Bang B15: Thông số cơ lý hóa vật liệu khảo sát thép tắm A516 Gr. — 69 Bang B16: Ket qua phân tích thành phân hóa mẫu thử nghiệm.71 Bảng B17: Chẻ độ han SAW thực tế trên mẫu.

B§hồi 215040004864 ha os TT Bang B18: Kết quả tỉnh toán trên cơ sở chế độ hản của mẫu han SAW. tg Bang B19: Kết quả đo nhiệt độ s ° „80 Bảng B20: Chế độ hàn FCAW thực tế trên mẫu.83 Bảng B21: Kết quả tính toán trên cơ sở chẻ độ hản của mâu hản FCAW .83 Bang B22: Số liêu nhiệt độ được đo. 81 Bang B23: Chế độ hàn SMAW thực tế trên mau .89 Bảng B24: Kết quả tính toán trên cơ sở chế độ hàn của mẫu hản SMAW 89 Bảng B25: Số liệu nhiệt độ được đo. „93 Bang B26: Kết quả đo độ cứng HV tại LAB.

103 Nguyễn Xuân Hải Trang 4/127 Lớp IIBCNH Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội Viện Cơ khí. Hình II-I§e: FCAW-3G-thkl6-MI ° m 3 98 Hình II-18d: FCAW-3G-thkl6-M: HinhIH-I§e: SAW-16-thkl6-MI. Hình II-ISE SAW-1G-thk16-M2. n = tài 8icgn0eiisgrasadaaessaussad ĐỘ Hình II-18g: SMAW-3G-thkl2-MI.o, ĐO, Hình I-I8h: SMAW-3G-thkl2-M2.

SESS TEE EES TST, Hinh III-19b: Mau FCAW-3G-thk1 6-M1/D6 phỏng đại x 500. H21008003880 100 Hình II-19c: Mẫu ECAW-3G-thk16-M2/Đô phóng đạix 500. cãtsgtnaaeoassauasclRT Hình IH-19e Mẫu SAW-16-thk16-M2/ Độ phóng đại x 500. „101 Hình III-20a: Vị trí đo độ cứng HV.

Hình II-20b: Máy đo độ cửng 401MVD của Mỹ. Giấy chứng nhận BCI: VCN720-13 M01~M04. Giấy chứng nhận BC2: VƠN 819-13-M0la. Giấy chứng nhận BC3: VƠN 819-13-M02a.

11122112011cce oe 107 Giay chứng nhận BC4: VCN §19-13-M03a. tãnica84cgiát8i6oeoecsukkausai. OS Giấy chứng nhận BC5: VƠN 819-13-M04a.109 Giấy chứng nhận BC6: VƠN 819-13-M05a.110 Giấy chứng nhận BC7: VCN 8§19-13-M06a.-- 1/46#et0/18300/6 11 Giấy chứng nhận BC8: VƠN 819-13-M07a. Giấy chứng nhận BC9: VCN 819-13-M0§a.

Giấy chứng nhận BƠI0: VƠN 819-13-M0Ib. nỗ : el 4 Giấy chứng nhận BCI1: VƠN 819-13-M02b. TH ng rao 115 Giấy chứng nhận BC12: VCN 819-13-M08b. seo, TT Giấy chứng nhận BC13: VCN 819-13-M04b ụ si 117 Neuyén Xuan Hai Trang 8/127 Lớp IIBCNH Viện ĐTSĐH/ĐHBK-Hà nội Viện Cơ khí.

DANH MỤC HÌNH VẼ Nội dung Trang Hinh I-1: Lịch sử nôi hơi trên tàu thủy, chế tạo bằng thép các bon. Hình 1-2: Lịch sử nồi hơi trên tàu hỏa, chế tạo bằng thép các bon. 13 Hình 1-3: Bổn làm lạnh nhiệt độ sử dụng — 40°C đến ~ 60°€,,.5sssssc 14 Hình 1-4: Binh loc 1600 Lit, kich thước G812x 2850(mm), trọng lượng 4408 Kg. 14 Hình 1-5: Bổn áp lực bằng thép Titan.

: sic `, Hình 1-6: Nỗi hơi đót trong được thiết kẻ vả chế tạo theo TCVN 7704 : 2007 sa Hinh I-7: Kho lanh LPG Thi Vai 2 bon LPG lanh trung tam. ° sao T Hinh1-§: Bên chứa khí hoá lỏng LPG/ .18 Hình I-9: Bên chửa khí hoá lỏng LPG/. Hình ]-10+1-11: Bên kiểu đứng, chứa khi Oxy, Hình I-12: 26 bổn áp lực theo tiêu chuẩn ASME. Hinh I-13: Bén áp lực vật ligu SA516 Gr.70 cho du an Phu Mj IL.

Hình I-14/15: bồn chứa Oxy lỏng mã số HP GOX Buffer D7231B của hang Hình I-16/-17: Bình áp lực phân ly ga & dài. Hình I-19: Hệ thông bình áp lực vật liệu chế tạo SA516-70(N). Hình 1-20: Nhà máy nhiệt điện Mông đương 2/Quảng nỉnh. 2 23 Hình I-22: Chế tạo & lắp đặt giản ông trao đổi nhiệt.

Hình I-1: Nguồn nhiệt đường di chuyển trong tắm mỏng. = Sees Se eee Hinh II-2/-3; Dé thi cia nhiét 46 cho cac nguén nhiét dudng trong tam phẳng mỏng. 32 Hình I-4: Sơ đỏ tính toán nguồn nhiệt điểm di động trong tâm dây. Các đường đẳng nhiệt trong mặt phăng š-`#.

5 „38 Hình II-7/-§: Sơ đỗ ba chiêu của lời giải tâm dày Rosenthal.--2552-s 34 Hình II-9: Chu trình nhiệt hản. Hình II-10: Sơ đỏ tỉnh bẻ dày tương đương (CJT) các kết cầu hàn 4 Hình II-11: Biểu đồ tương quan Ceq và nhiệt độ cẳn gia nhiệt. AT Hình I-12: tổ chức tế vi vùng ảnh hưởng nhiệt & méi han. „51 Hình II-13: cầu trúc tế vị tiết điện ngang mỗi han.