Chương 1: Kiểm tra mối hàn bằng thử nghiệm cơ khí Trang 16 - Nội dung: ✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức ✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng. ✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập.
- Phương pháp: ✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 01 ✓ Kiểm tra định kỳ: không ❖ NỘI DUNG CHƯƠNG 1 1. Vật liệu cơ bản hay vật liệu hàn (Que hàn, dây hàn) đã được các nhà sản xuất tiến hành kiểm tra cơ tính để bảo đảm chúng có các chỉ tiêu cơ tính tối thiểu cho cấp vật liệu đó. Kỹ sư thiết kế dùng các giá trị đó làm cơ sở cho tính toán thiết kế. Các thiết kế hữu hiệu nhất về mặt chi phí đều dựa trên giả thiết rằng các liên kết hàn có những tính chất không kém hơn của kim loại cơ bản.
Kiểm tra cơ tính dùng trong phê chuẩn quy trình hàn nhằm thể hiện rằng tính chất của liên kết hàn đó đáp ứng các yêu cầu mà nhà thiết kế đã quy định. Theo tiêu chuẩn ISO, các mẫu hàn (Còn gọi là chi tiết kiểm tra, test coupon, test piece) dùng cho mục đích kiểm tra phê chuẩn quy trình hàn phải được kiểm tra không phá hủy trước, sau đó mới đưa đi kiểm tra phá hủy. Kiểm tra phá hủy trong trường hợp này: Chi tiết kiểm tra bị “phá hủy”, khi dùng nó để tạo ra các mẫu kiểm tra (Test specimen). Hai nhóm kiểm tra phá hủy là: - Kiểm tra định lượng: để xác định cơ tính, các trị số cụ thể về độ bền, độ cứng - Kiểm tra định tính (Để đánh giá chất lượng liên kết – xem liên kết có lành lặn hay không).
Chương 1: Kiểm tra mối hàn bằng thử nghiệm cơ khí Trang 17 Kiểm tra phá hủy thường được tiến hành vì các mục đích sau: - Phê chuẩn quy trình hàn. - Phê chuẩn thợ hàn. - Kiểm tra chất lượng sản xuất. Mục đích của thử kéo.
Kiểm tra thử kéo dùng để xác định giới hạn chảy, giới hạn bền và độ giãn dài tương đối của mẫu thử ở trạng thái tĩnh theo chiều ngang của liên kết hàn hoặc thử kéo kim loại đắp (Vật liệu cơ bản). Kiểm tra bằng phương pháp thử kéo nhằm xác định các giới hạn biến dạng đàn hồi, giới hạn biến dạng dẻo và xác định giới hạn bền kéo của kim loại mối hàn hoặc liên kết hàn. Thử kéo để xác định khả năng chịu tác dụng của mối hàn so với kim loại cơ bản, qua đó cũng có cơ sở để đánh giá trình độ tay nghề của người thợ hàn. Thiết bị kiểm tra thử kéo.
1: Sơ đồ nguyên lý thiết bị kiểm tra thử kéo. Công nghệ kiểm tra thử kéo và đánh giá kết quả. Chuẩn bị mẫu thử kéo. Mẫu thử kéo có thể được gia công cơ bằng các phương pháp: phay, bào, tiện, mài.
Chương 1: Kiểm tra mối hàn bằng thử nghiệm cơ khí Trang 18 Mẫu thử kéo ngang mối hàn được cắt ngang ra từ mối hàn giáp mối, mẫu thử kim loại đắp được cắt dọc mối hàn (hoặc mẫu thử kim loại cơ bản được cắt ra từ kim loại cơ bản). Tất cả các mẫu thử sau đó dược gia công cơ để đạt được kích thước, hình dáng theo tiêu chuẩn quy định. 2: Mẫu thử kéo theo chiều ngang của mối hàn giáp mối. 3: Mẫu thử kéo mối hàn giáp mối có tiết diện rút gọn.
4: Mẫu thử kéo mối hàn giáp mối có tiết diện không rút gọn. Tùy thuộc vào loại thiết bị thử kéo, tiêu chuẩn áp dụng mà đưa ra kích thước phù hợp. Sau đây là các loại mẫu tham khảo: Chương 1: Kiểm tra mối hàn bằng thử nghiệm cơ khí Trang 19 Hình 1. 5: Kích thước và hình dáng mẫu thử.
Loại mẫu IV (bảng 1) dùng để kiểm tra cơ tính của các mối hàn làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao. Khi thử kéo phải xác định giới hạn bền, giới hạn kéo… Các liên kết hàn giáp mối khi tiến hành thử kéo phải chuẩn bị thành mẫu như trên. Khi thử phần nhô của mối hàn cần gia công cho phẳng với bề mặt của chi tiết. 1: Kích thước của mẫu thử kéo liên kết hàn giáp mối (Tham khảo) Loại mẫu s (mm) b(mm) l(mm) h(mm) L(mm) I <4.5÷10 25 60 20+R l + 2h III 10÷25 30 100 25+R IV 25÷50 35 160 30+R Bảng 1.
2: Kích thước mẫu thử theo loại mẫu (Tham khảo) Loại mẫu thử Chiều dài tính toán H(mm) l(mm) h(mm) L(mm) I 30 6±0.5 10 90±1 * Ghi chú : ▪ Chiều dài h chọn theo yêu cầu của máy thử kéo. ▪ Với chiều dài lớn hơn 50 mm kích thước mẫu do yêu cầu kỹ thuật quy định riêng. Chương 1: Kiểm tra mối hàn bằng thử nghiệm cơ khí Trang 20 b. Kỹ thuật thử kéo.
Sau khi chọn mẫu thử ta tiến hành thử kéo bằng cách: kẹp mẫu vào cơ cấu kẹp của máy thử, tăng tải trọng làm cho mẫu thử bị biến dạng theo trình tự: Biến dạng đàn hồi → Biến dạng dẻo → Co thắt cục bộ→ Gãy. Sau khi gãy ta xác định được giới hạn bền kéo. Độ giãn dài theo đồ thị quan hệ giữa lực tác dụng với độ giãn dài. Sau khi thử kéo ta xác định được giới hạn bền kéo của mẫu, độ giãn dài của mẫu dựa trên đồ thị hiển thị trên màn hình hoặc tính toán dựa trên các thông số của thang đo (đối với những loại máy thử kéo đơn giản).
6: Biểu đồ ứng suất biến dạng khi thử kéo. Chương 1: Kiểm tra mối hàn bằng thử nghiệm cơ khí Trang 21 Hình 1. 7: Các dạng phá hủy khác nhau khi thử kéo. ➢ Thử độ bền kéo tĩnh theo chiều ngang của liên kết hàn giáp mối: - Lực kéo tối đa : F = 220 kN.
- Tiết diện ngang nhỏ nhất của mẫu thử: A = 25 mm x 12 mm Chương 1: Kiểm tra mối hàn bằng thử nghiệm cơ khí Trang 22 - Độ bền kéo được tính theo công thức: 𝐹 220000𝑁 Rm = = = 733,3 MPa 𝐴 25𝑚𝑚 .12𝑚𝑚 A là tiết diện đo được trước khi kéo. Rm là độ bền kéo của liên kết. Kéo mẫu kiểm tra với lực tăng dần cho đến khi mẫu thử đứt. Tiêu chí chấp nhận: - Nếu mẫu kiểm tra đứt tại kim loại mối hàn, kết quả đạt yêu cầu (độ bền của liên kết hàn này được chấp nhận), với điều kiện độ bền tính toán đó lớn hơn hoặc bằng độ bền kéo tối thiểu đã quy định (thường là giá trị độ bền kéo quy định cho cấp vật liệu của kim loại cơ bản đó).
- Nếu mẫu kiểm tra đứt bên ngoài mối hàn hoặc vùng nóng chảy, độ bền của liên kết hàn này được chấp nhận (= đạt yêu cầu) nếu nó có giá trị lớn hơn hoặc bằng 95% giá trị độ bền kéo quy định cho cấp vật liệu của kim loại cơ bản đó. Báo cáo kết quả: Theo các thông số sau: - Loại mẫu kiểm tra, ví dụ có tiết diện rút gọn hay không có tiết diện rút gọn. - Thông tin về việc có loại bỏ phần lồi của mối hàn đi hay không. - Các kích thước của mẫu kiểm tra.
- Giá trị độ bền kéo được tính bằng (N/mm2), hoặc (Mpa) - Vị trí đứt. - Vị trí của bất kỳ khuyết tật nào nếu có. ➢ Thử kéo kim loại đắp: Mục đích thử: - Phê chuẩn quy trình hàn cho một số ứng dụng đặc biệt, ví dụ cho vận hành ở nhiệt độ cao. - Kiểm chứng (của nhà sản xuất điện cực) rằng que hàn/dây hàn đáp ứng các cơ tính mà tiêu chuẩn quy định để cấp chứng chỉ hợp cách cho loại vật liệu hàn đó.
Mẫu kiểm tra: - Mẫu kiểm tra được gia công từ kim loại mối hàn theo hướng song song với trục dọc mối hàn. - Chiều dài đo của mẫu kiểm tra phải hoàn toàn là kim loại mối hàn. Phương pháp thử: đo độ bền kéo, giới hạn chảy, độ dãn dài tương đối. Chương 1: Kiểm tra mối hàn bằng thử nghiệm cơ khí Trang 23 - Chiều dài đo trước khi kéo: L0 = 50mm - Chiều dài đo sau khi kéo đứt : L = 64 mm - Độ dãn dài tương đối [%]: A = (L – L0) x 100 / L0 = (64 – 50) x 100 / 50 = 28% - A = 28%.
Đây là tính dẻo, cũng có thể được thể hiện bằng độ thắt (độ co ngang) tương đối Z [%], đo tại nơi mẫu bị đứt. Báo cáo kết quả: Theo các thông số sau: - Loại mẫu kiểm tra. - Các kích thước mẫu kiểm tra. - Độ dãn dài tương đối [%].
- Vị trí và loại khuyết tật, nếu có. 8: Mẫu thử kéo kim loại đắp. Chương 1: Kiểm tra mối hàn bằng thử nghiệm cơ khí Trang 24 Hình 1. 9: Báo cáo kết quả thử kéo theo tiêu chuẩn ASME.
Mục đích của phương pháp thử uốn. Kiểm tra mối hàn bằng phương pháp thử uốn nhằm xác định tính dẻo của mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt, qua đó đánh giá chất lượng của vật liệu hàn, và trình độ tay nghề của người thợ. Kiểm tra mối hàn bằng phương pháp thử uốn thường được sử dụng trong phê chuẩn quy trình hàn và phê chuẩn thợ hàn, để xác định độ lành lặn của vùng mối hàn và để đánh giá (không đo, chỉ thể hiện xem có đạt hay không qua các khuyết tật xuất hiện trên mẫu thử) tính dẻo của nó. Trong phương pháp thử uốn có các kiểu uốn sau đây: a) Uốn mặt (Mẫu uốn lấy sao cho mặt mối hàn chịu kéo khi uốn).
Chương 1: Kiểm tra mối hàn bằng thử nghiệm cơ khí Trang 25 b) Uốn đáy (Mẫu uốn lấy sao cho đáy mối hàn chịu kéo khi uốn). 10: Dụng cụ uốn và mẫu thử. - Góc uốn tối thiểu: Theo quy định của tiêu chuẩn, thường là 120o. - Kết quả được chấp nhận: Không có nứt, rỗ ở mặt uốn chịu kéo.
- Một số tiêu chuẩn cho phép nứt ngắn hơn 3 mm. Chuẩn bị mẫu thử. - Mẫu thử được cắt từ liên kết hàn theo 2 dạng: kim loại mối hàn và kim loại liên kết hàn. Sau khi cắt mẫu, mẫu được gia công cơ để đạt được độ nhám bề mặt cấp chính xác 5.
- Kích thước và hình dáng của mẫu thử: L 2 2 b 5 2 s Hình 1. 11: Sơ đồ kích thước mẫu thử uốn kim loại mối hàn.