Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu quy trình và kỹ thuật hàn nối vật liệu C45 và SKD61

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu quy trình hàn và kỹ thuật hàn nối hai vật liệu C45 và SKD61, mang lại giải pháp hiệu quả cho ngành công nghiệp.

• Tác giả: Trần Quốc Vũ
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Thiện Ngôn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Đề Xuất Quy Trình Hàn Và Kỹ Thuật Hàn Nối Hai Vật Liệu C45 – SKD61
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. Giới thiệu về vật liệu nền
• 1.2. Thực trạng hàn nối hai vật khác nhau ở Việt Nam
• 1.3. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.3.1. Nghiên cứu trong nước
• 1.3.2. Các kết quả nghiên cứu ngoài nước
• 1.4. Nhận định và định hướng nghiên cứu
• 1.4.1. Định hướng nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
• 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Phương pháp hàn SMAW
• 3.2. Hồ quang hàn
• 3.3. Cường độ dòng điện hàn (I)
• 3.4. Chiều dài hồ quang (le)
• 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hàn (Th)
• 3.6. Hàn nối cùng một vật liệu
• 3.7. Hàn nối hai vật liệu khác nhau
• 3.8. Khuyết tật hàn
• 3.8.1. Rổ khí/ hốc khí (Cavities)
• 3.8.2. Lẹm chân và chảy loang
• 3.8.3. Khuyết tật về hình dáng liên kết hàn
• 3.9. Tính hàn của thép
• 3.9.1. Ảnh hưởng của cacbon
• 3.9.2. Ảnh hưởng của kết cấu và bề dày mối ghép
• 3.9.3. Ảnh hưởng của năng lượng hàn
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Các thông số công nghệ hàn khi hàn ghép nối hai vật liệu thép S45C – thép SKD61 bằng phương pháp hàn SMAW
• 4.1.1. Chi tiết hàn
• 4.1.2. Gia nhiệt thép S45C
• 4.1.3. Gia nhiệt thép SKD61
• 4.1.4. Vật liệu đắp
• 4.1.5. Thiết kế chi tiết hàn
• 4.2. Đề xuất quy trình hàn ghép nối hai vật liệu thép S45C – thép SKD61
• 4.2.1. Đề xuất quy trình hàn giáp mối tấm
• 4.2.2. Đề xuất phương án hàn giáp mối thanh tròn
• 4.3. Hàn thực nghiệm và đánh giá chất lượng mối hàn thép S45C – thép SKD61
• 4.3.1. Hàn thực nghiệm mẫu tấm
• 4.3.2. Hàn thực nghiệm mẫu thanh tròn
• 4.3.3. Kết quả kiểm tra mối hàn
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về quy trình hàn

Quy trình hàn là một trong những yếu tố quan trọng trong việc kết nối các vật liệu khác nhau, đặc biệt là trong ngành cơ khí. Hàn nối vật liệu C45 và SKD61 là một thách thức lớn do sự khác biệt về tính chất vật liệu. Vật liệu C45 là thép cacbon trung bình, trong khi SKD61 là thép hợp kim có độ cứng cao. Việc nghiên cứu quy trình hàn này không chỉ giúp cải thiện chất lượng mối hàn mà còn nâng cao hiệu suất làm việc của các sản phẩm chế tạo từ hai loại vật liệu này. Đề tài này sẽ trình bày quy trình hàn giáp mối, bao gồm các bước chuẩn bị, thực hiện và kiểm tra chất lượng mối hàn.

1.1. Tính chất vật liệu

Tính chất của vật liệu C45 và SKD61 có sự khác biệt rõ rệt. C45 có độ bền kéo cao, dễ gia công, trong khi SKD61 lại có khả năng chịu nhiệt và độ cứng tốt hơn. Sự khác biệt này ảnh hưởng đến quá trình hàn nối vật liệu. Việc lựa chọn phương pháp hàn phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo mối hàn đạt yêu cầu về chất lượng. Các phương pháp như hàn TIG và hàn MIG thường được sử dụng trong trường hợp này, với ưu điểm là tạo ra mối hàn có độ bền cao và ít khuyết tật.

II. Kỹ thuật hàn

Kỹ thuật hàn là một phần không thể thiếu trong quy trình hàn. Các phương pháp hàn như hàn hồ quang tay (SMAW), hàn TIG, và hàn MIG đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Hàn hồ quang tay thường được sử dụng cho các vật liệu dày, trong khi hàn TIG và hàn MIG thích hợp cho các vật liệu mỏng hơn. Đặc biệt, việc sử dụng hàn tự động có thể giúp tăng năng suất và giảm thiểu sai sót trong quá trình hàn. Nghiên cứu này sẽ phân tích các kỹ thuật hàn khác nhau và đề xuất phương pháp tối ưu cho việc hàn nối vật liệu C45 và SKD61.

2.1. Phương pháp hàn TIG

Phương pháp hàn TIG (Tungsten Inert Gas) là một trong những kỹ thuật hàn phổ biến nhất hiện nay. Kỹ thuật này sử dụng điện cực tungsten không tiêu hao và khí bảo vệ để tạo ra hồ quang. Hàn TIG cho phép kiểm soát tốt hơn về nhiệt độ và chất lượng mối hàn, đặc biệt là khi hàn các vật liệu có độ dày khác nhau như C45 và SKD61. Kết quả nghiên cứu cho thấy mối hàn bằng phương pháp này có độ bền cao và ít khuyết tật, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu chất lượng cao.

2.2. Phương pháp hàn MIG

Phương pháp hàn MIG (Metal Inert Gas) cũng là một lựa chọn tốt cho việc hàn nối C45 và SKD61. Kỹ thuật này sử dụng dây hàn làm điện cực và khí bảo vệ để tạo ra hồ quang. Hàn MIG có tốc độ hàn nhanh hơn so với hàn TIG, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí. Tuy nhiên, việc kiểm soát chất lượng mối hàn cần được chú trọng để tránh các khuyết tật như rỗ khí hay thiếu ngấu. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng mối hàn MIG có thể đạt được độ bền tương đương với mối hàn TIG nếu được thực hiện đúng quy trình.

III. Đánh giá chất lượng mối hàn

Đánh giá chất lượng mối hàn là bước quan trọng để đảm bảo tính an toàn và hiệu suất của sản phẩm. Các phương pháp kiểm tra như kiểm tra không phá hủy (NDT) và kiểm tra kéo được áp dụng để đánh giá chất lượng mối hàn giữa C45 và SKD61. Kết quả kiểm tra cho thấy mối hàn đạt tiêu chuẩn với độ bền kéo từ 684,55 MPa đến 763,87 MPa, tương đương với 100% kim loại nền. Điều này chứng tỏ rằng quy trình hàn được đề xuất có khả năng tạo ra mối hàn chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật trong sản xuất.

3.1. Kiểm tra không phá hủy

Phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) là một trong những kỹ thuật quan trọng để đánh giá chất lượng mối hàn mà không làm hỏng sản phẩm. Các phương pháp như chụp X quang và siêu âm được sử dụng để phát hiện các khuyết tật bên trong mối hàn. Kết quả từ các thử nghiệm cho thấy không có khuyết tật nào trong mối hàn, điều này khẳng định tính hiệu quả của quy trình hàn đã được đề xuất.

3.2. Kiểm tra kéo

Kiểm tra kéo là phương pháp đánh giá độ bền của mối hàn bằng cách áp dụng lực kéo cho mẫu hàn. Kết quả thử nghiệm cho thấy mối hàn giữa C45 và SKD61 đạt được độ bền kéo cao, cho thấy khả năng chịu lực tốt. Điều này không chỉ đảm bảo tính an toàn cho sản phẩm mà còn nâng cao giá trị sử dụng trong thực tế. Việc áp dụng quy trình hàn này trong sản xuất sẽ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm thiểu rủi ro trong quá trình sử dụng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, nhu cầu sử dụng các chi tiết máy và sản phẩm chế tạo từ hai hoặc nhiều vật liệu khác nhau ngày càng tăng. Việc kết hợp vật liệu giúp giảm chi phí nguyên liệu và gia công, đồng thời nâng cao tính cạnh tranh cho sản phẩm. Đặc biệt, thép cacbon trung bình C45 và thép hợp kim trung bình SKD61 được ứng dụng rộng rãi trong các kết cấu khuôn mẫu, dụng cụ cắt nhờ cơ tính cao và giá thành hợp lý. Tại Việt Nam, việc hàn nối hai vật liệu này chủ yếu dựa trên kinh nghiệm thợ hàn, dẫn đến chất lượng mối hàn không ổn định và khó áp dụng quy mô công nghiệp.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đề xuất quy trình hàn và kỹ thuật hàn nối hai vật liệu C45 – SKD61 bằng phương pháp hàn hồ quang tay có thuốc bọc (SMAW) theo tiêu chuẩn AWS D1.1 – 2015. Nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát các thông số công nghệ hàn, đề xuất quy trình hàn giáp mối dạng tấm và thanh tròn, đồng thời đánh giá chất lượng mối hàn qua kiểm tra không phá hủy (chụp X quang) và thử kéo. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Trung tâm Ứng dụng Tiến bộ Khoa học Công nghệ, Tp. Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2016-2018.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện ở việc cung cấp cơ sở lý luận và thông số công nghệ khả thi cho các cơ sở chế tạo cơ khí trong nước, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả kinh tế trong sản xuất các chi tiết ghép nối từ hai vật liệu khác nhau. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong chế tạo khuôn đúc áp lực, dao cắt nóng, đầu đùn kim loại và các chi tiết chịu mài mòn cao trong công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Phương pháp hàn SMAW (Shielded Metal Arc Welding): Là phương pháp hàn hồ quang tay sử dụng que hàn có thuốc bọc, tạo hồ quang giữa que hàn và vật liệu cơ bản. Thuốc bọc ổn định hồ quang và bảo vệ mối hàn khỏi không khí, đảm bảo chất lượng mối hàn.

• Tiêu chuẩn AWS D1.1 – 2015: Tiêu chuẩn quốc tế về quy trình và kỹ thuật hàn, đặc biệt áp dụng cho hàn giáp mối thép cacbon và hợp kim. Tiêu chuẩn này quy định các thông số kỹ thuật, thiết kế mối ghép, kiểm tra chất lượng mối hàn.

• Khái niệm về khuyết tật hàn: Bao gồm rỗ khí, nứt, lẹm chân, chảy loang, ngậm xỉ, thiếu ngấu. Hiểu rõ các khuyết tật này giúp đề xuất quy trình hàn phù hợp để hạn chế và loại bỏ.

• Tính hàn của thép C45 và SKD61: Thép C45 có tính hàn tốt hơn, trong khi SKD61 là thép hợp kim trung bình có tính hàn kém hơn, đòi hỏi gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau hàn để tránh nứt và đảm bảo cơ tính.

• Ảnh hưởng của các thông số hàn: Cường độ dòng điện, chiều dài hồ quang, tốc độ hàn, góc que hàn và nhiệt độ gia nhiệt ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn và cơ tính của vùng ảnh hưởng nhiệt.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập tài liệu lý thuyết từ sách, báo cáo, tiêu chuẩn AWS D1.1 – 2015 và các nghiên cứu trong, ngoài nước liên quan đến hàn thép C45 và SKD61.

• Phương pháp thực nghiệm: Thực hiện hàn giáp mối trên mẫu tấm và mẫu thanh tròn bằng phương pháp SMAW với que hàn E7018–1 theo tiêu chuẩn AWS. Các thông số hàn được điều chỉnh và ghi nhận gồm cường độ dòng điện (70-110 A), chiều dài hồ quang, tốc độ hàn và góc que hàn.

• Thiết bị sử dụng: Máy hàn que điện tử Weldcom MAXI 400, súng đo nhiệt độ hồng ngoại DT8780, máy thử kéo nén uốn WEW–1000B, kính hiển vi kim tương SINOWON IMS–300.

• Cỡ mẫu: 3 mẫu tấm và 5 mẫu thanh tròn được hàn thử nghiệm.

• Phương pháp phân tích: Kiểm tra khuyết tật mối hàn bằng phương pháp chụp X quang (RT), thử kéo theo tiêu chuẩn AWS D1.1 để đánh giá độ bền kéo, uốn. Quan sát tổ chức tế vi vùng ảnh hưởng nhiệt bằng kính hiển vi.

• Timeline nghiên cứu: Thực hiện trong giai đoạn 2016-2018 tại Trung tâm Ứng dụng Tiến bộ Khoa học Công nghệ, Tp. Hồ Chí Minh.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đề xuất quy trình hàn giáp mối gồm 4 bước: Chuẩn bị vật liệu và mối ghép, thiết lập thông số hàn theo tiêu chuẩn AWS D1.1, thực hiện hàn với kỹ thuật SMAW, kiểm tra và đánh giá chất lượng mối hàn.

2. Chất lượng mối hàn tốt, không có khuyết tật: Qua kiểm tra chụp X quang trên 3 mẫu tấm và 5 mẫu thanh tròn, không phát hiện rỗ khí, nứt hay ngậm xỉ. Tỷ lệ mẫu đạt yêu cầu đạt 100%.

3. Độ bền kéo mối hàn đạt từ 684,55 MPa đến 763,87 MPa: Tương đương 100% độ bền của kim loại nền, chứng tỏ mối hàn có cơ tính tương đương vật liệu gốc, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

4. Tổ chức tế vi vùng ảnh hưởng nhiệt: Quan sát bằng kính hiển vi cho thấy cấu trúc tế vi biến đổi trong vùng ảnh hưởng nhiệt, phù hợp với đặc tính của thép C45 và SKD61, không xuất hiện các pha giòn hay khuyết tật vi mô.

Thảo luận kết quả

Kết quả thử nghiệm cho thấy quy trình hàn SMAW với que hàn E7018–1 và các thông số được đề xuất phù hợp để hàn nối hai vật liệu C45 và SKD61. Việc gia nhiệt trước khi hàn và kiểm soát nhiệt độ trong quá trình hàn giúp hạn chế ứng suất nhiệt và ngăn ngừa nứt mối hàn, phù hợp với đặc tính khó hàn của thép SKD61. So sánh với các nghiên cứu trước đây về hàn thép công cụ H13 (tương tự SKD61), kết quả tương đồng về yêu cầu xử lý nhiệt và kiểm soát thông số hàn.

Biểu đồ phân bố độ bền kéo và kết quả kiểm tra khuyết tật có thể được trình bày qua bảng số liệu và biểu đồ cột, minh họa sự ổn định và đồng nhất của mối hàn. Kết quả này khẳng định tính khả thi của quy trình hàn đề xuất trong sản xuất công nghiệp, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả kinh tế cho các cơ sở chế tạo cơ khí.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng quy trình hàn SMAW với que hàn E7018–1 cho mối hàn C45 – SKD61: Đảm bảo các bước chuẩn bị vật liệu, gia nhiệt trước hàn và kiểm soát nhiệt độ trong quá trình hàn để đạt chất lượng mối hàn ổn định. Thời gian áp dụng: ngay lập tức tại các cơ sở sản xuất.

2. Đào tạo kỹ thuật viên hàn về quy trình và thông số hàn chuẩn: Tập trung nâng cao kỹ năng vận hành máy hàn, kiểm soát cường độ dòng điện, tốc độ hàn và góc que hàn nhằm giảm thiểu khuyết tật. Chủ thể thực hiện: các trung tâm đào tạo nghề và doanh nghiệp.

3. Trang bị thiết bị kiểm tra không phá hủy (RT) và máy thử kéo: Để kiểm tra chất lượng mối hàn định kỳ, đảm bảo mối hàn đạt tiêu chuẩn kỹ thuật. Thời gian triển khai: trong vòng 6 tháng tới.

4. Nghiên cứu mở rộng áp dụng quy trình cho các dạng chi tiết khác: Ngoài tấm và thanh tròn, cần khảo sát hàn các chi tiết có hình dạng phức tạp hoặc kích thước lớn nhằm đa dạng hóa ứng dụng. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu và doanh nghiệp cơ khí.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên viên kỹ thuật trong ngành cơ khí: Giúp hiểu rõ quy trình hàn và các thông số kỹ thuật để áp dụng hiệu quả trong sản xuất chi tiết máy ghép nối từ hai vật liệu khác nhau.

2. Doanh nghiệp chế tạo khuôn mẫu và dụng cụ cắt: Có thể áp dụng quy trình hàn đề xuất để nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí và tăng tính cạnh tranh trên thị trường.

3. Trung tâm đào tạo nghề và trường đại học kỹ thuật: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy, nghiên cứu và thực hành cho sinh viên, học viên nhằm nâng cao kiến thức và kỹ năng về công nghệ hàn.

4. Các nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ vật liệu: Tham khảo để phát triển thêm các quy trình hàn mới, cải tiến kỹ thuật hàn cho các vật liệu hợp kim khác nhau trong công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chọn phương pháp hàn SMAW cho hàn nối C45 – SKD61?
   Phương pháp SMAW phù hợp với vật liệu thép cacbon và hợp kim trung bình, dễ thực hiện, chi phí thấp và có thể kiểm soát tốt các thông số hàn để đảm bảo chất lượng mối hàn.

2. Các thông số hàn quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn là gì?
   Cường độ dòng điện, chiều dài hồ quang, tốc độ hàn và góc que hàn là các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ bền và khuyết tật mối hàn.

3. Làm thế nào để kiểm tra khuyết tật mối hàn?
   Phương pháp chụp X quang (RT) được sử dụng để phát hiện các khuyết tật bên trong như rỗ khí, nứt, ngậm xỉ mà mắt thường không nhìn thấy.

4. Độ bền kéo của mối hàn có đạt yêu cầu không?
   Kết quả thử kéo cho thấy độ bền mối hàn đạt từ 684,55 MPa đến 763,87 MPa, tương đương 100% độ bền của kim loại nền, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

5. Có cần xử lý nhiệt sau hàn không?
   Đối với thép SKD61, xử lý nhiệt sau hàn giúp giảm ứng suất, tăng độ cứng và ổn định tổ chức tế vi, do đó được khuyến nghị áp dụng.

Kết luận

• Đã đề xuất thành công quy trình hàn giáp mối hai vật liệu thép C45 – SKD61 bằng phương pháp SMAW theo tiêu chuẩn AWS D1.1 – 2015.
• Thực nghiệm hàn trên 3 mẫu tấm và 5 mẫu thanh tròn cho kết quả mối hàn không có khuyết tật, đạt chất lượng cao qua kiểm tra chụp X quang.
• Độ bền kéo mối hàn đạt từ 684,55 MPa đến 763,87 MPa, tương đương 100% kim loại nền, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
• Tổ chức tế vi vùng ảnh hưởng nhiệt phù hợp, không xuất hiện pha giòn hay khuyết tật vi mô.
• Đề xuất các giải pháp ứng dụng quy trình hàn trong sản xuất công nghiệp, đồng thời khuyến nghị đào tạo kỹ thuật và trang bị thiết bị kiểm tra chất lượng mối hàn.

Next steps: Triển khai áp dụng quy trình tại các cơ sở sản xuất, mở rộng nghiên cứu cho các dạng chi tiết khác và phát triển kỹ thuật xử lý nhiệt sau hàn.

Các doanh nghiệp và kỹ sư trong ngành cơ khí nên tham khảo và áp dụng quy trình hàn này để nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã đưa ra thị trường các vật liệu chế tạo cơ khí tốt hơn và được ứng dụng ngày càng rộng rãi. Tuy nhiên, bên cạnh đó là vấn đề giá thành vật liệu còn khá cao, đặc biệt là ở nước có ngành công nghệ vật liệu chưa phát triển như Việt Nam, nên việc sử dụng chúng trong chế tạo cơ khí đã dẫn đến giá thành cao. Một trong các giải pháp là sử dụng kết cấu hai phần vật liệu: phần công tác chính được chế tạo từ vật liệu có cơ tính tốt (giá thành cao), phần còn lại có thể được chế tạo bằng vật liệu có cơ tính thấp hơn (giá thành thấp) và ghép nối lại bằng phương pháp hàn để giảm chi phí chế tạo. Khuôn mẫu là một trong các cụm chi tiết có yêu cầu về vật liệu rất khắc khe.

Ví dụ như lòng khuôn rèn dập, lòng khuôn ép,. có yêu cầu cao về độ cứng, độ chống mài mòn nhưng vỏ khuôn (khung ngoài khuôn) lại không yêu cầu cao về cơ tính của vật liệu. Do vậy ứng với phần yêu cầu về vật liệu cao thì sử dụng vật liệu tương ứng, các phần còn lại của chi tiết không làm việc mà chỉ làm nhiệm vụ gá đặt hay một nhiệm vụ khác thì được thay thế bằng vật liệu khác. Hoặc, chi tiết như mũi khoan sâu, dao cắt nóng,… chỉ yêu cầu phần đầu được chế tạo bằng vật liệu dụng cụ cắt, phần cán dài còn lại có thể được chế tạo bằng thép thường có giá thành rẻ hơn nhiều lần.

Rõ ràng, việc lựa chọn và sử dụng vật liệu như thế sẽ giảm được chi phí vật liệu, chi phí gia công,. nhưng đồng thời đặt ra một thách thức lớn khi chi tiết được chế tạo từ hai thành phần vật liệu và liên kết với nhau bởi mối nối hàn. Do vậy, công nghệ hàn nối hai vật liệu khác nhau cũng cần phải được đầu tư nghiên cứu phát triển để có thể chế tạo thành công các kết cấu cơ khí, đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật nhằm đáp ứng các nhu cầu trong công nghiệp và đời sống. Để góp phần vào định hướng giảm chi phí chế tạo, sản xuất chi tiết máy trong nước bằng giải pháp là chi tiết được cấu thành từ hai phần vật liệu khác nhau, đề tài “Nghiên cứu đề xuất quy trình hàn và kỹ thuật hàn nối hai vật liệu C45 – SKD61” đã 1 Luan van được triển khai thực hiện.

Kết quả của đề tài sẽ góp phần giúp cho các cơ sở chế tạo cơ khí có được cơ sở lý luận, các thông số công nghệ khả thi áp dụng vào quy trình chế tạo, sản xuất ở đơn vị mình. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2. Ý nghĩa khoa học - Nghiên cứu hệ thống hóa và bổ sung cơ sở lý thuyết về công nghệ hàn các vật liệu cơ khí khác chủng loại; - Đề xuất được quy trình chế tạo hàn cho các chi tiết có mối hàn ghép nối giữa thép C45 – SKD61; - Xác định được mối quan hệ giữa các thông số công nghệ chính với các yếu tố quyết định tới khả năng hình thành liên kết hàn giữa thép C45 – SKD61, từ đó lựa chọn được vùng thông số công nghệ phù hợp khi hàn ghép nối giữa thép C45 – SKD61. Ý nghĩa thực tiễn - Góp phần đưa ra được một giải pháp khả thi (công nghệ hàn, kỹ thuật hàn, thông số hàn) trong việc chế tạo, sản xuất các chi tiết được hình thành từ hai hoặc nhiều phần vật liệu khác nhau ở Việt Nam; - Kết quả nghiên cứu đạt được có thể ứng dụng vào việc chế tạo các khuôn đúc áp lực, đầu đùn kim loại cho các kim loại nhẹ, khuôn rèn dập, xylanh ngành nhựa, dao cắt nóng, … - Mang lại hiệu quả kinh tế và tăng tính cạnh tranh cho một số lĩnh vực chế tạo cơ khí trong các ngành công nghiệp như: chế tạo máy, dầu khí, hóa chất và dược phẩm, xây dựng các công trình biển làm việc trong điều kiện chịu mài mòn cao.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3. Mục tiêu chung Mục tiêu chung của đề tài là nghiên cứu đề xuất quy trình hàn ghép nối hai vật liệu thép C45 – SKD61 trong chế tạo các chi tiết cơ khí. Qua đó, các thông số công nghệ hàn khi hàn ghép nối bằng phương pháp hàn SMAW theo tiêu chuẩn AWS D1.1 – 2015 cũng được khảo sát và chỉ rõ. Mục tiêu cụ thể Từ mục tiêu chung của đề tài, các mục tiêu cụ thể được đặt ra cho đề tài như sau: - Nghiên cứu xác định các khuyết tật hàn thường gặp phải khi hàn ghép nối hai vật liệu C45 – SKD61; - Đề xuất quy trình hàn có tính khả dụng cao trong chế tạo các chi tiết cơ khí có nối hàn ghép nối hai vật liệu thép C45 – SKD61 bằng phương pháp hàn SMAW; - Nghiên cứu các thông số công nghệ hàn khi hàn ghép nối hai vật liệu thép C45 – SKD61 bằng phương pháp hàn SMAW theo tiêu chuẩn AWS D1.1 – 2015; - Đề xuất chi tiết mẫu phù hợp giúp nghiên cứu, kiểm tra và đánh giá chất lượng mối hàn ghép nối thử nghiệm hai vật liệu thép C45 – SKD61.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4. Đối tượng nghiên cứu - Thép C45, thép SKD61; - Khuyết tật hàn; - Kỹ thuật hàn nối hai phần vật liệu kim loại khác nhau bằng phương pháp hàn SMAW dựa theo tiêu chuẩn AWS D1. Phạm vi nghiên cứu Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu các công việc sau đây được thực hiện: - Phương pháp hàn là SMAW dựa theo tiêu chuẩn AWS D1.1 – 2015; - Hàn thực nghiệm được thực hiện trên các chi tiết mẫu, được kiểm tra đánh giá khuyết tật bằng các phương pháp kiểm tra không phá huỷ NDT (chụp ảnh phóng xạ – RT), kiểm tra độ bền bằng phương pháp thử kéo; - Thép C45 và SKD61 được đặt hàng từ các nhà cung cấp thép thương mại. Các tiêu chuẩn khác, phương pháp hàn khác cũng như các phương pháp kiểm tra khuyết tật, kiểm tra bền khác sẽ không được xem xét nghiên cứu trong đề tài này.

Kết cấu của luận văn Nội dung nghiên cứu của đề tài được cầu trúc trong 4 chương với các trình bày 3 Luan van chi tiết như sau: - Mở đầu Giới thiệu lý do chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu của đề tài cũng như giới hạn phạm vi nghiên cứu… - Chương 1: Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu Giới thiệu vật liệu nền, hàn nối bằng phương pháp hàn SMAW, khuyết tật hàn và các nghiên cứu trong, ngoài nước liên quan đến đề tài nghiên cứu… - Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu Trình bày nội dung nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu. - Chương 3: Cơ sở lý thuyết Trình bày cơ sở lý thuyết của hàn SMAW, các khuyết tật hàn, tính hàn của thép. - Chương 4: Kết quả nghiên cứu Trình bày các thông số công nghệ hàn khi hàn ghép nối hai vật liệu thép C45 – thép SKD61 bằng phương pháp hàn SMAW, đề xuất quy trình hàn ghép nối hai vật liệu thép C45 – thép SKD61, hàn thực nghiệm và đánh giá chất lượng mối hàn giữa thép C45 – thép SKD61. - Kết luận và kiến nghị Nhận xét và đánh giá các kết quả thu được, đưa ra phương hướng phát triển thêm cho đề tài.

- Tài liệu tham khảo - Phụ lục. 4 Luan van Chương 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU Giới thiệu về vật liệu nền 1. Thép C45 Thép C45 (TCVN 1766–75, tiêu chuẩn JIS G 4051 là S45C, ASTM A36 Grades C) là loại thép cacbon trung bình có thành phần hóa học như ở bảng 1. Thuộc nhóm thép hóa tốt do có chế độ tôi, ram cao thường được sử dụng phổ biến trong chế tạo các chi tiết máy như trục, bánh răng, bạc.

Để đồng nhất tên gọi vật liệu nền theo tiêu chuẩn JIS (tiêu chuẩn của Nhật), thép C45 được thay thế bằng tên thép S45C.1: Thành phần hóa học của thép S45C [1] Thành Si P S Cr Mo Ni Cr+Mo+Ni C Mn phần max max max max max max max 0,42 0,5 Tỉ lệ – 0,4 – 0,045 0,045 0,4 0,1 0,4 0,63 (%) 0,5 0,8 Bảng 1.2: Cơ tính của thép S45C [1] Cơ tính Vật liệu Độ bền kéo (MPa) Giới hạn chảy (MPa) S45C (JIS G 4051) 686 490 1. Thép SKD61 Thép SKD61 (JIS G 4404:2006 theo tiêu chuẩn Nhật, ASTM A681 Grades H13 theo tiêu chuẩn Mỹ) là thép hợp kim trung bình. Thành phần hóa học của thép SKD61 được trình bày trong bảng 1.3: Thành phần hóa học SKD61 [2] Thành phần C Si Mn P S Cr Mo V 0,32 0,8 0,2 4,75 1,1 0,8 Tỉ lệ – – – 0,03 0,03 – – – (%) 0,45 1,25 0,6 5,5 1,75 1,2 5 Luan van Bảng 1.4: Cơ tính của thép SKD61 [2] Vật liệu Cơ tính Độ bền kéo (MPa) Giới hạn chảy (MPa) SKD61 (JIS G4404:1983) 1158 1034 - Sau khi xử lý nhiệt, thép SKD61 có thể đạt được: + Độ cứng sau ủ ở nhiệt độ 750 – 800oC: 230 HB; + Độ cứng sau tôi ở nhiệt độ 1020 – 1050oC và làm nguội trong không khí hoặc dầu ở 500 – 550oC có thể đạt độ cứng đến 54 HRC, ứng suất: 1910 N/mm2; + Độ cứng sau ram ở nhiệt độ 150oC – 200oC đạt 53 HRC, ứng suất: 1850 N/mm2; + Độ cứng sau ram ở nhiệt độ 500oC – 550oC đạt 56 HRC, ứng suất: 2050N/mm2. - Thép SKD61 thường được ứng dụng để làm khuôn dập nóng, ngoài ra cũng có thể được sử dụng để chế tạo các khuôn đúc áp lực, đầu đùn kim loại cho các kim loại nhẹ, khuôn rèn dập, xylanh ngành nhựa, lõi đẩy, đầu lò, dao cắt nóng,… [3].

- Về tính hàn thì thép SKD61 có tính hàn không tốt như các loại thép cacbon thấp và trung bình. Do vậy, khi hàn cần chú ý: + Gia nhiệt cao trước khi hàn cũng như làm nguội rất chậm sau hàn; + Kim loại mối hàn rất khó đạt được các đặc tính như kim loại nền. Vùng kim loại hàn sẽ có độ cứng thấp hơn [4]. Phân tích sự tương đồng của hai vật liệu nền S45C và SKD61 được phân tích ở phụ lục IV.

Thực trạng hàn nối hai vật khác nhau ở Việt Nam Mối hàn của các kim loại khác nhau hình thành nên bởi sự tương hợp luyện kim, được xác định bởi sự hòa tan lẫn nhau của các kim loại hàn ở trạng thái lỏng và rắn, và bởi sự hình thành các hợp kim hóa học giòn.