Giáo trình Cao đẳng nghề Hàn: Kỹ thuật xử lý nhiệt khi hàn ống thép hợp kim

Giáo trình về cao đẳng nghề hàn tập 3 phần 2, biên soạn theo chương trình đào tạo chuẩn, hệ thống hóa kiến thức từ cơ bản đến nâng cao.

• Đề tài: Giáo Trình Cao Đẳng Nghề Hàn Tập 3 Phần 2

Mục lục chi tiết

• 4. CHƯƠNG IV: HÀN ỐNG THÉP HỢP KIM (XỬ LÝ NHIỆT) THEO TIÊU CHUẨN ASME IX
• 4.1. NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN QUY TRÌNH XỬ LÝ NHIỆT: TRƯỚC, TRONG, SAU KHI HÀN
• 4.1.1. Tác dụng của nhiệt luyện
• 4.2. Quá trình nhiệt luyện
• 4.2.1. Tốc độ nung nóng (Holding Rate)
• 4.2.2. Nhiệt độ nung nóng (Holding Temperature)
• 4.2.3. Thời gian giữ nhiệt (Holding Time)
• 4.2.4. Tốc độ nguội (Cooling Rate)
• 4.3. Các hình thức nhiệt luyện (Ủ, thường hoá, tôi cứng và ram)
• 4.3.1. Ủ
• 4.3.2. Thường hoá
• 4.3.3. Tôi cứng
• 4.3.4. Ram
• 4.4. Gia nhiệt trước khi hàn (Nung nóng sơ bộ)
• 4.4.1. Mục đích - Tác dụng
• 4.4.2. Nhiệt độ nung nên dùng theo ASME
• 4.5. Nhiệt luyện sau khi hàn (PWHT)
• 4.5.1. Các quy định cho việc nhiệt luyện
• 4.6. Các tiêu chuẩn hàn thường dùng theo ASME gia nhiệt khi hàn
• 4.6.1. Các yêu cầu gia nhiệt theo ASME I (Power Boiler - Bao hơi nhiệt điện)
• 4.6.2. Yêu cầu gia nhiệt theo ASME B31.1 (Power Piping - Ống nhiệt điện)
• 4.6.3. Yêu cầu gia nhiệt theo ASME VIII Div. 1 (Pressure Vessel - Bình bể áp lực)
• 4.6.4. Yêu cầu gia nhiệt theo ASME VIII Div. 2 (Pressure Vessel - Bình bể áp lực)
• 4.6.5. Yêu cầu gia nhiệt theo ASME B31.3 (Ống công nghệ)
• 4.7. Các yêu cầu nhiệt luyện (PWHT) theo tiêu chuẩn ASME
• 4.7.1. Yêu cầu nhiệt luyện theo ASME B31.1 (Power Piping - Ống nhiệt điện)
• 4.7.2. Yêu cầu nhiệt luyện theo ASME Section VIII Div. 1 (Power Boiler - Với bao hơi nhiệt điện)
• 4.7.3. Yêu cầu nhiệt luyện theo ASME Section VIII Div. 2 (Bình áp lực yêu cầu PWHT - Thép cacbon và thép hợp kim thấp)

Tóm tắt

I. Tổng quan Giáo trình cao đẳng nghề hàn tập 3 phần 2

Giáo trình cao đẳng nghề hàn tập 3 phần 2 là một tài liệu chuyên sâu, tập trung vào các kỹ thuật hàn nâng cao và quy trình xử lý nhiệt phức tạp. Nội dung chính của phần này đi sâu vào việc hàn ống thép hợp kim theo tiêu chuẩn quốc tế ASME IX, một yêu cầu bắt buộc trong các ngành công nghiệp đòi hỏi độ chính xác và an toàn cao như dầu khí, nhiệt điện và hóa chất. Khác với các kỹ thuật hàn cơ bản, việc xử lý vật liệu thép hợp kim đòi hỏi kiến thức chuyên môn về nhiệt luyện để thay đổi và cải thiện cơ tính của kim loại. Theo tài liệu gốc, "bản chất của nhiệt luyện kim loại là làm thay đổi tính chất thông qua biến đổi tổ chức của vật liệu". Quá trình này không chỉ làm tăng độ bền, độ cứng và tính chống mài mòn mà còn cải thiện tính công nghệ, giúp vật liệu dễ gia công hơn. Đây là một mô-đun nghề hàn công nghệ cao, cung cấp cho người học nền tảng vững chắc để thực hiện các mối hàn phức tạp, đặc biệt là kỹ thuật hàn ống áp lực. Việc nắm vững kiến thức trong giáo trình này là yếu tố quyết định để nâng cao tay nghề, đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe và đảm bảo kiểm tra chất lượng mối hàn một cách hiệu quả nhất.

1.1. Tầm quan trọng của xử lý nhiệt trong công nghệ hàn

Xử lý nhiệt là một công đoạn công nghệ không thể thiếu khi làm việc với các kim loại và hợp kim có tính hàn không tốt. Mục đích chính là thay đổi tổ chức vi mô của kim loại để đạt được các đặc tính cơ học mong muốn, chẳng hạn như tăng độ cứng hoặc tăng độ dẻo. Ví dụ, tài liệu chỉ rõ thép cacbon có 0,8% cacbon sau khi nhiệt luyện có thể tăng độ cứng từ 160 HB lên đến 600 HB. Quá trình này bao gồm việc nung vật liệu đến một nhiệt độ xác định, giữ nhiệt trong một khoảng thời gian nhất định, và sau đó làm nguội với tốc độ được kiểm soát. Mỗi giai đoạn đều ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc tinh thể và cơ tính cuối cùng của vật liệu. Việc áp dụng đúng quy trình nhiệt luyện, đặc biệt là theo tiêu chuẩn ASME, đảm bảo mối hàn sau khi hoàn thành đạt yêu cầu kỹ thuật, tránh được các khuyết tật mối hàn và cách khắc phục chúng một cách triệt để. Đây là kiến thức cốt lõi trong tài liệu dạy nghề hàn hiện đại, giúp người thợ kiểm soát hoàn toàn chất lượng sản phẩm.

1.2. Giới thiệu mô đun nghề hàn theo tiêu chuẩn Bộ LĐTBXH

Mô-đun về xử lý nhiệt trong Giáo trình cao đẳng nghề hàn tập 3 phần 2 được biên soạn theo khung chương trình của Bộ LĐTBXH, đảm bảo tính hệ thống và cập nhật. Nội dung không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn cung cấp các bảng tra cứu chi tiết từ tiêu chuẩn ASME IX, giúp người học áp dụng trực tiếp vào thực tế. Các kiến thức bao gồm từ việc đọc sơ đồ và bản vẽ kỹ thuật hàn, lựa chọn vật liệu hàn và điện cực phù hợp, cho đến việc lập một quy trình hàn WPS (Welding Procedure Specification) hoàn chỉnh. Các chương trình đào tạo nghề hàn hiện nay, đặc biệt là các giáo trình hàn 6G, đều nhấn mạnh tầm quan trọng của việc xử lý nhiệt trước, trong và sau khi hàn (PWHT). Việc tiếp cận tài liệu chuẩn như ebook giáo trình nghề hàn PDF này giúp học viên và kỹ sư có một nguồn tham khảo đáng tin cậy, nâng cao năng lực cạnh tranh trong thị trường lao động yêu cầu kỹ thuật cao.

II. Thách thức khi hàn ống thép hợp kim không xử lý nhiệt

Việc hàn các loại thép hợp kim, đặc biệt là hàn ống áp lực, đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật nghiêm trọng nếu bỏ qua quy trình xử lý nhiệt. Những vật liệu này thường có tính hàn không tốt, dễ bị biến cứng hoặc giòn trong vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ). Khi kim loại nóng chảy và nguội đi đột ngột, ứng suất dư lớn sẽ hình thành bên trong cấu trúc vật liệu. Ứng suất này, kết hợp với sự thay đổi tổ chức kim loại, là nguyên nhân chính gây ra nứt vỡ, đặc biệt là nứt nguội hoặc nứt chân mối hàn. Tài liệu gốc nhấn mạnh, "đối với những vật liệu có tính hàn không tốt cần phải xử lý nhiệt". Việc không tuân thủ quy trình này không chỉ làm giảm đáng kể cơ tính của mối hàn, khiến chúng không chịu được tải trọng thiết kế, mà còn tiềm ẩn nguy cơ gây mất an toàn lao động trong hàn. Các kết cấu quan trọng như đường ống dẫn hơi, bình bồn áp lực có thể bị phá hủy, gây ra hậu quả thảm khốc. Do đó, hiểu rõ các khuyết tật mối hàn và cách khắc phục thông qua xử lý nhiệt là yêu cầu bắt buộc đối với mọi thợ hàn chuyên nghiệp.

2.1. Nguy cơ khuyết tật mối hàn và các phương pháp khắc phục

Các khuyết tật mối hàn phổ biến khi hàn thép hợp kim mà không xử lý nhiệt bao gồm nứt (cracking), rỗ khí (porosity), ngậm xỉ (slag inclusion) và không ngấu (lack of fusion). Nứt là khuyết tật nguy hiểm nhất, thường xuất hiện do ứng suất co ngót và sự hình thành các pha giòn như Martensite. Rỗ khí hydro là một vấn đề khác, xảy ra khi khí hydro không kịp thoát ra khỏi vũng hàn đang đông đặc. Việc gia nhiệt sơ bộ (Preheat) có tác dụng làm chậm tốc độ nguội, cho phép hydro khuếch tán ra ngoài. Tài liệu chỉ rõ một trong những tác dụng của gia nhiệt trước khi hàn là "tăng cường sự thoát khí H₂ từ kim loại mối hàn". Để khắc phục các khuyết tật này, việc áp dụng đúng quy trình hàn WPS là tối quan trọng. Quy trình này phải bao gồm các thông số chi tiết về nhiệt độ gia nhiệt sơ bộ, nhiệt độ giữa các lớp hàn và quy trình nhiệt luyện sau khi hàn (PWHT) để giải tỏa ứng suất và ổn định cấu trúc kim loại.

2.2. Hiểu về tính hàn và ứng suất dư tồn tại trong kim loại

Tính hàn là một thuật ngữ chỉ khả năng của kim loại tạo ra một liên kết hàn bền vững, đáp ứng yêu cầu sử dụng mà không phát sinh khuyết tật. Các loại thép hợp kim cao thường có tính hàn kém do hàm lượng carbon và các nguyên tố hợp kim khác cao, dễ tạo ra các cấu trúc giòn khi làm nguội nhanh. Ứng suất dư là các ứng suất tồn tại bên trong vật thể sau khi quá trình hàn kết thúc và vật đã nguội về nhiệt độ phòng. Chúng sinh ra do sự co ngót không đồng đều của kim loại. Ứng suất dư có thể làm giảm độ bền mỏi, gây biến dạng và tăng nguy cơ nứt ăn mòn. Nhiệt luyện sau khi hàn (PWHT), hay còn gọi là ram khử ứng suất (Stress Relieving), là phương pháp hiệu quả nhất để giảm thiểu ứng suất dư. Quá trình này bao gồm việc nung nóng toàn bộ kết cấu hàn đến một nhiệt độ nhất định (dưới điểm tới hạn) và giữ nhiệt để kim loại "dão" và tự giải tỏa ứng suất.

III. Các phương pháp nhiệt luyện cơ bản trong giáo trình nghề hàn

Trong Giáo trình cao đẳng nghề hàn tập 3 phần 2, các phương pháp nhiệt luyện cơ bản được trình bày một cách hệ thống và chi tiết. Một quy trình nhiệt luyện tiêu chuẩn bao gồm bốn yếu tố then chốt cần kiểm soát chặt chẽ: tốc độ nung nóng (Holding Rate), nhiệt độ nung (Holding Temperature), thời gian giữ nhiệt (Holding Time), và tốc độ làm nguội (Cooling Rate). Mỗi yếu tố này đều được quy định cụ thể trong các tiêu chuẩn như ASME, tùy thuộc vào nhóm vật liệu và chiều dày của chi tiết. Việc kiểm soát sai một trong các thông số này có thể dẫn đến kết quả không mong muốn, thậm chí làm hỏng sản phẩm. Giáo trình phân tích bốn hình thức nhiệt luyện chính là Ủ, Thường hóa, Tôi cứng và Ram. Mỗi phương pháp có mục đích và ứng dụng riêng, từ làm mềm kim loại để dễ gia công, khử ứng suất nội, tăng độ cứng và độ bền, đến việc cải thiện độ dai va đập. Nắm vững các phương pháp này giúp người thợ hàn không chỉ thực hiện đúng quy trình hàn WPS mà còn có khả năng xử lý các tình huống phức tạp trong thực tế sản xuất, đảm bảo chất lượng cuối cùng của sản phẩm.

3.1. Phân biệt các hình thức nhiệt luyện Ủ Thường hóa Tôi Ram

Bốn hình thức nhiệt luyện chính được mô tả rõ trong tài liệu. Ủ (Annealing) là quá trình nung nóng kim loại, giữ nhiệt và làm nguội chậm (thường là nguội cùng lò) để làm mềm kim loại, khử ứng suất dư và làm đồng đều thành phần hóa học. Thường hóa (Normalizing) cũng tương tự như ủ nhưng nhiệt độ nung cao hơn và làm nguội nhanh hơn (trong không khí tĩnh), nhằm mục đích tạo ra tổ chức hạt nhỏ, mịn, cải thiện cơ tính. Tôi cứng (Quenching) là quá trình nung kim loại đến nhiệt độ cao rồi làm nguội rất nhanh trong các môi trường như nước, dầu để đạt độ cứng và độ bền cao nhất, nhưng đi kèm với độ giòn tăng lên. Cuối cùng, Ram (Tempering) là quá trình được áp dụng sau khi tôi, bao gồm việc nung lại chi tiết đã tôi đến một nhiệt độ thấp hơn rồi làm nguội từ từ. Mục đích của ram là giảm hoặc khử bỏ ứng suất bên trong, giảm độ giòn và tăng độ dẻo dai cho vật liệu sau khi tôi.

3.2. Quy trình 4 yếu tố Tốc độ nung nhiệt độ thời gian và làm nguội

Một quy trình nhiệt luyện thành công phụ thuộc vào việc kiểm soát chính xác bốn yếu tố. Tốc độ nung nóng phải được lựa chọn cẩn thận để tránh cong vênh hoặc nứt vỡ do sốc nhiệt. Nhiệt độ nung là nhiệt độ cao nhất đạt được, được quy định theo từng nhóm vật liệu (vật liệu hàn P-No trong tiêu chuẩn ASME). Thời gian giữ nhiệt phải đủ dài để nhiệt độ phân bố đều khắp tiết diện chi tiết và các chuyển biến pha cần thiết xảy ra hoàn toàn. Cuối cùng, tốc độ làm nguội là yếu tố quyết định đến tổ chức tế vi và cơ tính cuối cùng của sản phẩm. Ví dụ, làm nguội chậm trong lò sẽ cho ra cấu trúc mềm (ủ), trong khi làm nguội nhanh trong nước sẽ tạo ra cấu trúc cứng (tôi). Toàn bộ quá trình này thường được biểu diễn trên một biểu đồ nhiệt luyện, là một phần không thể thiếu của sơ đồ và bản vẽ kỹ thuật hàn.

IV. Hướng dẫn quy trình WPS Gia nhiệt trước và sau khi hàn

Một quy trình hàn WPS hoàn chỉnh không chỉ bao gồm các thông số về dòng điện, điện áp, tốc độ hàn mà còn phải quy định chi tiết các yêu cầu về xử lý nhiệt. Giáo trình cao đẳng nghề hàn tập 3 phần 2 dành một phần quan trọng để hướng dẫn hai quy trình then chốt: gia nhiệt trước khi hàn (Preheat) và nhiệt luyện sau khi hàn (Post-Weld Heat Treatment - PWHT). Gia nhiệt trước khi hàn là việc nung nóng vật liệu nền ở khu vực mối hàn đến một nhiệt độ nhất định trước khi bắt đầu gây hồ quang. Theo tài liệu, biện pháp này "là hữu hiệu để bảo vệ cho kim loại nền khỏi nứt". Nó giúp làm chậm tốc độ nguội, giảm ứng suất, tăng độ dẻo và loại bỏ ẩm, dầu mỡ. Trong khi đó, PWHT là quá trình nung nóng toàn bộ kết cấu hàn sau khi đã hoàn thành để khử ứng suất dư và cải thiện cơ tính. Cả hai quy trình này đều là bắt buộc đối với nhiều loại thép hợp kim và chi tiết có chiều dày lớn, đặc biệt trong lĩnh vực hàn ống áp lực và chế tạo bình bồn chịu áp.

4.1. Kỹ thuật gia nhiệt trước khi hàn Preheat hiệu quả

Mục đích chính của gia nhiệt trước khi hàn (Preheat) là giảm tốc độ nguội của mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt. Điều này mang lại nhiều lợi ích: giảm nguy cơ nứt do hydro, ngăn chặn sự hình thành các cấu trúc giòn, giảm ứng suất co ngót và cải thiện độ ngấu. Tài liệu cung cấp các bảng tra cứu chi tiết theo tiêu chuẩn ASME IX, quy định nhiệt độ nung sơ bộ tối thiểu cho từng nhóm vật liệu (P-No), chiều dày và thành phần hóa học. Ví dụ, với thép cacbon (P-No.1) có hàm lượng C > 0.3% và chiều dày > 25mm, nhiệt độ gia nhiệt tối thiểu là 80°C. Một lưu ý quan trọng là khi hàn hai vật liệu khác nhóm P-No, nhiệt độ gia nhiệt tối thiểu phải được chọn theo vật liệu có yêu cầu cao hơn. Việc tuân thủ đúng nhiệt độ Preheat là bước đầu tiên để đảm bảo kiểm tra chất lượng mối hàn đạt yêu cầu.

4.2. PWHT Bí quyết nhiệt luyện sau hàn để khử ứng suất dư

Nhiệt luyện sau khi hàn (PWHT), hay còn gọi là xử lý nhiệt khử ứng suất (SR), là quá trình quan trọng nhất để đảm bảo tính toàn vẹn và tuổi thọ của kết cấu hàn. Mục đích chính là làm giảm ứng suất dư tồn tại trong mối hàn xuống mức an toàn. Quá trình này được kiểm soát nghiêm ngặt về tốc độ nung, nhiệt độ giữ nhiệt, thời gian giữ nhiệt và tốc độ làm nguội, tất cả đều được quy định trong các tiêu chuẩn như ASME B31.1 hay ASME Section VIII. Thời gian giữ nhiệt thường phụ thuộc vào chiều dày của vật liệu, ví dụ, tiêu chuẩn thường quy định 1 giờ cho mỗi 25mm chiều dày. PWHT không chỉ khử ứng suất mà còn làm ổn định cấu trúc vi mô, tăng độ dẻo dai và cải thiện khả năng chống ăn mòn của mối hàn. Đây là một trong những kỹ thuật hàn nâng cao mà bất kỳ thợ hàn chuyên nghiệp nào cũng cần phải nắm vững.

V. Cách áp dụng tiêu chuẩn ASME IX trong hàn ống áp lực 6G

Tiêu chuẩn ASME Section IX là bộ quy tắc nền tảng để đánh giá và chứng nhận quy trình hàn (WPS) và tay nghề thợ hàn (WPQ). Trong Giáo trình cao đẳng nghề hàn tập 3 phần 2, việc áp dụng ASME IX được tập trung vào các ứng dụng đòi hỏi kỹ thuật cao như hàn ống áp lực ở vị trí khó, ví dụ như giáo trình hàn 6G. Tiêu chuẩn này cung cấp một hệ thống phân loại vật liệu khoa học dựa trên P-Number (cho kim loại cơ bản) và F-Number (cho vật liệu hàn). Dựa vào các phân loại này, các yêu cầu về gia nhiệt trước khi hàn và nhiệt luyện sau khi hàn (PWHT) được xác định một cách chính xác. Tài liệu cung cấp hàng loạt bảng tra cứu trích từ các tiêu chuẩn ứng dụng khác nhau của ASME như ASME I (Nồi hơi), ASME B31.1 (Đường ống nhiệt điện), ASME B31.3 (Đường ống công nghệ) và ASME VIII (Bình bồn áp lực). Việc hiểu và áp dụng thành thạo các bảng này cho phép các kỹ sư và thợ hàn lập ra một quy trình hàn WPS đáng tin cậy, đảm bảo mối hàn đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về cơ tính và độ an toàn.

5.1. Đọc hiểu yêu cầu gia nhiệt theo ASME B31.1 và B31.3

ASME B31.1 (Power Piping) và ASME B31.3 (Process Piping) là hai tiêu chuẩn phổ biến nhất cho hệ thống đường ống công nghiệp. Cả hai đều có những yêu cầu rất cụ thể về xử lý nhiệt. Ví dụ, theo ASME B31.3, đối với thép hợp kim thấp nhóm P-No.4 (0.5% Cr < 2%), nhiệt độ gia nhiệt sơ bộ tối thiểu yêu cầu là 150°C. Đối với PWHT, tiêu chuẩn này quy định dải nhiệt độ giữ nhiệt từ 704-746°C với thời gian giữ nhiệt là 1 giờ cho mỗi 25mm chiều dày (nhưng tối thiểu 2 giờ). Việc nắm rõ các yêu cầu này giúp đảm bảo các mối hàn ống áp lực có đủ độ bền và độ dẻo dai để làm việc an toàn trong các điều kiện khắc nghiệt. Đây là kiến thức thực tiễn được truyền tải trong các tài liệu dạy nghề hàn chất lượng cao.

5.2. Yêu cầu PWHT cho bình bồn áp lực theo ASME Section VIII

ASME Section VIII, Division 1 và 2, quy định các yêu cầu cho việc thiết kế và chế tạo bình bồn áp lực. Tiêu chuẩn này đặc biệt nghiêm ngặt về PWHT vì sự an toàn của các thiết bị này là tối quan trọng. Yêu cầu PWHT trong ASME VIII phụ thuộc vào nhóm vật liệu (P-No), chiều dày và ứng dụng cụ thể. Ví dụ, đối với vật liệu P-No.1, PWHT là bắt buộc khi chiều dày vượt quá 38mm. Nhiệt độ giữ nhiệt tối thiểu là 593°C (1100°F). Thời gian giữ nhiệt được tính dựa trên chiều dày danh nghĩa tại mối hàn. Việc tuân thủ nghiêm ngặt các quy định này không chỉ là yêu cầu của tiêu chuẩn mà còn là yếu tố cốt lõi để đảm bảo an toàn lao động trong hàn và vận hành thiết bị, tránh các sự cố thảm khốc.

5.3. Cách xác định nhiệt độ cho các nhóm vật liệu hàn P No

Hệ thống P-Number (P-No.) của ASME được tạo ra để giảm số lượng các quy trình hàn cần phải chứng nhận. Các kim loại cơ bản có cùng đặc tính hàn, thành phần hóa học và cơ tính tương tự được xếp vào cùng một nhóm P-No. Ví dụ, P-No.1 bao gồm các loại thép cacbon thông thường, trong khi P-No.4 và P-No.5 bao gồm các loại thép hợp kim crôm-molypđen. Khi lập một quy trình hàn WPS, người dùng chỉ cần tra cứu P-No của vật liệu cơ bản trong các bảng của ASME IX và các tiêu chuẩn liên quan để tìm ra nhiệt độ gia nhiệt sơ bộ và nhiệt độ PWHT tối thiểu. Ví dụ, vật liệu P-No. 5A yêu cầu nhiệt độ gia nhiệt sơ bộ tối thiểu là 204°C (400°F) theo tiêu chuẩn ASME B31.1. Hệ thống này giúp đơn giản hóa và tiêu chuẩn hóa quy trình, đảm bảo chất lượng đồng đều trên nhiều dự án khác nhau.

VI. Top thiết bị và công nghệ xử lý nhiệt cho ngành hàn hiện đại

Để thực hiện các quy trình xử lý nhiệt phức tạp theo tiêu chuẩn ASME, việc trang bị các thiết bị hiện đại và đáng tin cậy là điều kiện tiên quyết. Giáo trình cao đẳng nghề hàn tập 3 phần 2 không chỉ cung cấp lý thuyết mà còn giới thiệu các loại thiết bị xử lý nhiệt tự động, giúp người học có cái nhìn toàn diện về công nghệ. Các máy xử lý nhiệt hiện đại như STORK COOPERHEAT có khả năng điều khiển đồng thời nhiều kênh, cho phép xử lý nhiệt cho nhiều mối hàn cùng lúc. Chúng được trang bị bộ lập trình bán dẫn, tự động hóa hoàn toàn chu trình nhiệt luyện, từ việc kiểm soát tốc độ tăng/giảm nhiệt độ, thời gian giữ nhiệt cho đến việc ghi lại biểu đồ nhiệt độ thực tế. Việc sử dụng các thiết bị này giúp loại bỏ sai sót của con người, đảm bảo quy trình được thực hiện chính xác theo quy trình hàn WPS đã được phê duyệt. Đây là công nghệ nền tảng cho công nghệ hàn TIG/MIG và các phương pháp hàn tự động khác, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng trong ngành chế tạo cơ khí.

6.1. Nguyên lý và cấu tạo của máy xử lý nhiệt tự động

Máy xử lý nhiệt tự động hoạt động dựa trên nguyên lý cấp một dòng điện có kiểm soát vào các tấm gia nhiệt điện trở. Các máy này thường có nhiều kênh (ví dụ 6, 9, hoặc 12 kênh), mỗi kênh có thể hoạt động độc lập hoặc đồng bộ. Cấu tạo chính bao gồm: bộ nguồn, bộ điều khiển lập trình (cho phép cài đặt các thông số nhiệt luyện), các đầu ra để nối cáp đến tấm gia nhiệt, và các đầu vào cho dây cặp nhiệt (thermocouple) để đo và phản hồi nhiệt độ thực tế tại mối hàn. Dây cặp nhiệt được hàn điểm vào bề mặt chi tiết để đảm bảo đo nhiệt độ chính xác. Bộ điều khiển sẽ so sánh nhiệt độ thực tế với nhiệt độ cài đặt và tự động điều chỉnh công suất đầu ra để bám sát biểu đồ nhiệt luyện. Điều này đảm bảo tính chính xác và lặp lại của quy trình, một yếu tố sống còn trong việc kiểm tra chất lượng mối hàn.

6.2. Hướng dẫn sử dụng tấm gia nhiệt và tấm cách nhiệt

Tấm gia nhiệt (Heating Pad) và tấm cách nhiệt (Insulation Blanket) là hai bộ phận không thể thiếu. Tấm gia nhiệt, thường làm bằng gốm FCP (Flexible Ceramic Pad), chứa các dây điện trở crôm-niken có khả năng chịu nhiệt độ lên đến 1050°C. Chúng được thiết kế mềm dẻo để có thể quấn quanh các vật thể có hình dạng phức tạp như ống, cút, van. Khi bố trí, dải gia nhiệt phải đủ rộng, thường là gấp 7 lần chiều dày thành ống. Sau khi quấn tấm gia nhiệt, tấm cách nhiệt làm từ bông gốm hoặc sợi thủy tinh sẽ được bọc ra ngoài. Mục đích của tấm cách nhiệt là hạn chế sự thất thoát nhiệt ra môi trường, giúp quá trình gia nhiệt hiệu quả hơn, tiết kiệm năng lượng và đảm bảo nhiệt độ được phân bố đồng đều xung quanh mối hàn. Đây là kỹ năng thực hành quan trọng trong tài liệu dạy nghề hàn dành cho các kỹ thuật viên.

6.3. Tầm nhìn và tương lai của công nghệ hàn công nghệ cao

Việc nắm vững các kỹ thuật hàn nâng cao và quy trình xử lý nhiệt theo tiêu chuẩn quốc tế là xu hướng tất yếu của ngành hàn Việt Nam. Khi các dự án công nghiệp ngày càng đòi hỏi cao hơn về chất lượng và độ an toàn, vai trò của người thợ hàn và kỹ sư hàn có chuyên môn sâu càng trở nên quan trọng. Công nghệ hàn công nghệ cao không chỉ là hàn tự động, hàn robot mà còn là khả năng kiểm soát toàn diện vật liệu và quy trình, trong đó xử lý nhiệt là một mắt xích không thể thiếu. Các mô-đun nghề hàn như trong Giáo trình cao đẳng nghề hàn tập 3 phần 2 cung cấp nền tảng kiến thức vững chắc, giúp lực lượng lao động Việt Nam sẵn sàng tham gia vào các dự án tầm cỡ quốc tế, từ việc hàn các kim loại màu đặc biệt đến các siêu hợp kim trong ngành hàng không vũ trụ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương IV HÀN ỐNG THÉP HỢP KIM (XỦ LÝ NHIỆT) THEO TIEU CHUAN ASME IX 1. NHUNG KIEN THUC CO BAN QUY TRÌNH XỬ LÝ NHIỆT: TRƯỚC, TRONG, SAU KHI HÀN “Trong công nghệ hàn kim loại và hợp kim không phải kim loại, hợp kim nào cũng có tính hàn tốt do đó đối với những vật liệu có tính hàn không tốt cần phải xử lý nhiệt. Có rất nhiều phương pháp nhiệt luyện nói chung và nhiệt luyện mối hàn nói riêng nhưng phương pháp nhiệt luyện tiên tiền hữu hiệu nhất đó là nh ASME. Nó cho ta chất lượng mối hàn sau khi hàn đảm bảo chất lượng về yêu cầu kỹ thuật.

quy định để làm thay đổi tổ chức của kim loại nên do đó nhận được tính chất mong muốn Bản chất của nhiệt luyện kim loại là làm thay đổi tính chấtất thông qua biến đổi tổ chức của vật liệu. Một quy trình nhiệt lu) Khi nung, tổ chức vật liệu sẽ thay ï theo nhiệt độ, tuy thời điểm nâng, hạ nhiệt vớ tốc độ khác nhau mà nhiệt luyện với các phương pháp khác nhau sẽ cho ra tính c liệu mong muối Ta thay thép cảng it C nhiệt độ nung cho nhiệt luyện càng cao.Tốc độ nung phụ thuộc vào từng loại thép. Thời gian giữ nhiệt đủ để cho nhiệt độ phân bố đềuở khắp chiều dày của vật nung, thường được tra bảng của sổ tay nhiệt luyện. Thiết bi nung: lò than, lò điện, lò muối, dòng điện cao tần, đèn xì.

Ví dụ: * Sau khi nhiệt luyện kim loại và hợp kim có cơ lý tính rất cao ví dụ như thép cán có 0,8% các bon độ cứng khoảng 160 HB, sau khi nhiệt luyện độ cứng khoảng 600 HB. * Nhờ nhiệt luyện, tính chống mài mòn của chỉ máy tăng lên rất nhiều. Ví dụ: như sơ mi, xecmăng của động cơ đốt trong nếu không nhiệt luyện thì không thẻ làm việc được,nhưng sau khi nhiệt luyện thì tuổi thọ tăng lên rất nhiều hàng ngàn giờ, qua đó cho ta thấy nhiệt luyện là một phương pháp công nghệ quan trong. Tác dụng của nhiệt luyện a) Làm tăng độ bên, độ cứng, tính chống mài mòn mà vẫn đảm bảo được yêu cầu độ đẻo, độ dai va đập.

Do đó làm cho chỉ tiết chịu được tải trọng lớn hơn (nếu cùng một kích thước hình học). Ngoài ra còn làm tăng tuổi thọ của chỉ tiết và độ tin cậy của vật ệt luyện có thể coi là một yếu tố quyết định chất lượng sản phẩm cơ khí. b) Cải thiện tính công nghệ có liên quan đến nhiệt như hàn, biến dạng la cán, rèn. Đều làm thayđổi tổ chức của kim loại, chỉ tiết có thể bị biến cứng hay dòn gây khó khăn cho công nghệ gia công sau đó, vì vậy phải áp dụng biện pháp công nghệ đặc biệt như ủ, thường hoá để tăng độ dẻo dai.

Cũng có trường hợp kim loại có độ dẻo quá cao khó cắt gọt cần phải tăng độ cứng bằng nhiệt luyện. Như vậy, nhiệt luyện làm tăng năng suất trong chế tạo cơ khí dạng nhiệt luyện này thường gọi là nhiệt luyện trung gian. 'Nếu quá trình nhiệt luyện kết hợp làm thay đổi tổ chức bên trong với thay đổi thành hoá học trên bề mặt của nó thì gọi là hoá nhiệt luyé « Còn nếu kết hợp nhiệt luyện với biến dạng dẻo thì gọi là cơ nhiệt luyện. TAC DUNG CUA NHIỆT LUYỆN KIM LOẠI x——— J7” LAM THAY ĐỔI TỔ CHỨC BÊN KẾT HỢP NHIỆT LUYỆN VỚI BIẾN TRONG VA BE MAT DANG DEO (HOÁ NHIỆT LUYỆN) (CO NHIET LUYEN) YẾU TỐ QUYẾT ĐỊNH.

LAM TANG NANG SUAT TRONG LAM TANG KHA NANG CHE TẠO CƠ KHÍ CẠNH TRANH CHẤT LƯỢNG SẲN PHẨM. (NHIỆT LUYỆN TRƯNG GIAN) CỦA SẲẢN PHẨM CƠ KHÍ Hình 4.1: Tác dụng của nhiệt luyện + Các công nghệ nhiệt luyện gắn liền với công nghệ gia công cơ khí, nâng cao trình độ iệt luyện chính là nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm cơ khí chế tạo. Quá trình nhiệt luyện 2. Tắc độ nung nóng: (Holding Rate) Là độ tăng nhiệt nung được quy định bởi tốc độ nung và nhiệt độ nung của kim loại.

Một số kim loại khi tốc độ nung quá lớn thì có thể bị cong vênh hoặc bị nứt. Nhiệt độ nung nóng: (Holding Temperature) La nhiệt độ đạt cao nhất trong quá trình nung. Nhiệt độ nung được quy định bởi nhóm vật liệu, theo tiêu chuẩn quy định. Thời gian giữ nhiệt: (Holding time) Là thời gian cần thiết duy trì kim loại ở nhiệt độ nung.

Thời gian giữ nhiệt được quy định bởi nhóm vật liệu theo tiêu chuẩn quy định. Tốc độ nguội: (Coling Rate) Là độ giảm nhiệt độ theo thời gian sau khi giữ nhiệt được quy định bởi tốc độ nguội và nhóm vật liệu theo tiêu chuẩn quy định. s8 & 2 = ® | NHIỆT Độ NUNG TỐC ĐỘ NUNG MAX TỐC DỘ LÀM NGUỘI. MAX (275 x25/t(0C/h) NHỆTĐỘ BANDAU 7 ` Naw nevor ;Z ` ROL ⁄ N ⁄ L⁄ — H/G NUNG | — THỜIGIAN Ủ G NGUỘI ¬ Hình 4.2: Mi quan hệ giữa nhiệt độ nung và thời gian nung theo tiêu chuẩn ASME) 3.

Các hình thức nhiệt luyện. (U, hưởng hoá, tôi cứng và ram) Các dạng nhiệt luyện khác nhau ở nhiệt độ nung, cách làm nguội, công dụng 31. Mục đích Là một dạng nhiệt luyện thực hiện bằng cách nung kim loại tới một nhiệt độ cần thiết, giữ nhiệt độ đó trong một thời gian nhất định và sau đó làm nguội chậm (thường làm nguội cùng với lò hoặc phủ Amiang cách nhiét. Tác dụng của ủ: - Tỉnh thể kim loại được ổn định (bằng phương pháp ủ ta có thể làm thay đổi hình dạng và kích thức tổ chức của hạt kim loại).

- Khử được sự không đồng nhất thành phần hoá học của kim loại. - Khử được ứng suất dư tồn tại trong chỉ tiết. 95 ~ Khử nội lực (tức là làm giảm độ cứng để dễ gia công cơ). - Khử được lớp biến cứng của kim loại và tăng độ đẻo cao.

Thường hoá 3. Mục đích Nhằm đạt tổ chức hạtmịn đối với vật đúc (mối hàn là một lò luyện kim của công nghệ đúc), rèn. Khử độ cứng bề mặt bên ngoài của kim loại - chuẩn bị tỉnh thể kim loại cho Chú ý: Không phải loại thép nào cũng có thể thường hoá được vì có loại thép sau khi thường hoá độ cứng lại tăng lên. Tác dụng của thường hoá: - Đối với thép các bon thấp sau khi thường hoá và ủ có cơ tính như nhau.

- Thép có thành phần các bon > 0,4% sau khi thường hoá có độ cứng tầng lên (do đó lại phải ram ở nhiệt độ: 650 - 700°C) 1a dạng nhiệt luyện giống như ủ nhưng nhiệt độ nung nóng phải cao hơn, quá trình làm nguội nhanh hơn. Téi cứng Là quá trình làm nguội kim loại sau khi được nung nóng đến nhiệt độ nhất định sau đó nhắn chìm nó trong chất lỏng hay môi trường làm mát khí. Phương pháp này làm tăng độ bền va độ cứng cao hơn (so với khi làm nguội chậm). Nhưng nó di kèm với độ giòn.

Như đã giới thiệu (tính hàn của kim loại) không phải kim loại nào cũng yêu c xử lý nhiệt trước trong và sau khi hàn mà chỉ đối với nhóm vật liệu có tính hàn không tốt thì mới có yêu cầu xử lý nhiệt trước khi hàn và nhiệt luyện sau khi hàn hoặc chỉ yêu cầu nhiệt luyện sau khi hàn để loại bỏ ứng suất dư tồn tại trong vật hàn hoặc để cải thiện cơ tính do yêu. cầu của quy trình. Ram Được áp dụng sau khi kim loại được làm cứng hoàn toàn và quá trình giòn để cho bắt ký ứng dụng nào (của bước công nghệ). Vậy ram là quá trình dựa trên việc gia nhiệt có kiểm soát và làm nguội từ từ để tác động tới tính chất nhất định của kim loại cơ bản, thêm.

vào đó quá trình sẽ giải phóng khí, khử ứng suất tăng cường cơ tính (đối với thép hợp kim). Quá trình này thực hiện ở nhiệt độ khoang 700°C. ` _ 4, Gia nhiệt trước khi hàn (Nung nóng sơ bộ) 4. Mục đích - Tác dụng: a) Giảm co ngót đúc của kim loại mối hàn (giống tác dựng của tì) và vì vậy giảm được ứng suất do quá trình hàn gây nên.

b) Tăng độ dẻo trong vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn (cũng giống như ủ: Khử được lớp biến cứng của kim loại và tăng độ dẻo cao điều này sẽ chống nứt). ©) Tăng cường sự thoát khí H; từ kim loại mối hàn. Điều này làm giảm khả năng rỗ khí Hạ và nứt chân mồi hàn. 96 4) Méi hàn được hình thành dễ dàng, làm chậm thời gian nguội - xi hàn dễ dàng nỗi lên trên bề mặt mối hàn tránh được khuyết tật ngậm xi, nứt.

©) Giảm được cường độ dòng hàn trong quá trình hàn mà vẫn đảm bảo được độ ngấu của mối hàn hay giữa các đường hàn, lớp hàn với nhau. 0 Tác dụng khử được độ ẩm ướt, dầu mỡ. của chỉ tiết hàn có tác dụng xấu đến chất lượng mối hàn. Tóm lại: Gia nhiệt trước khi hàn: Là biện pháp hữu hiệu để bảo vệ cho kim loại nền khỏi nút, nó không làm thay đổi tính chất của kim loại, vừa có tác dụng khử độ ẩm, tránh được ứng suất dư sinh ra trong quá trình hàn, làm chậm thời gian nguội để tránh được vết nứt, lỗ khí, ngậm xỉ.1: Nhiệt độ nung nên dùng.

ASME Nhiệt độ nung, | Phan IX Nhóm kim sơ bộ nhỏ nhất P- số (bảng | loại cơ bản Chiều dày và thành phần = QW -422) š ®% C 1 Thép eacbon | C>0,3% vachiéu diy t<25 mm 175 | 80 * Những thép các bon có chiều dày và thành phân khác. 50 10 3 Thép hợp kim | Độ bên kéo > 70. lớn nhất _ | * Những thép hợp kim có chiều đây và| 50 | 10 thành phân khác nhau. 4 Thép hop kim | DO bén kéo > 60.

Những thép hợp kim có chiểu dây và| 50 | 10 thành phần khác. 3 Thép hợp kim _ | Độ bền kéo > 60. * Những thép hợp kim có chiểu dây và | 300 | 150: thành phần khác. 6 Thép hợp kim Cao Mactensit 400 | 200 7 Thép hợp kim 10 cao Ferit 50 | 8 Thép hợp kim cao Austenit 50 | 10 2A.

| Théphợpkim 250 | 120 TY a 300 | 150 10E Nhiệt độ cao nhất giữa các đường hàn là 450°F__ (230°C), 300 | 150 oF Ghi chi: 1. Yêu cầu nung sơ bộ như bảng trên là mức bắt buộc tối thid 2. Khi hàn hai vật liệu (P-No) số khác nhau. Nhiệt độ nung tối thiểu được yêu cầu của vật liệu (P - No) cao hơn.