CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM CHẾ TẠO Thùng hấp thực phẩm được coi là một dạng nồi hơi. Nồi hơi để sấy sản phẩm. Một số nhà máy sử dụng Nồi hơi để đun nấu, thanh trùng như nhà máy nước giải khát, nhà máy nước mắm, tương hay dầu thực vật. Thùng hấp thực phẩm làm việc trong môi trường áp suất hơi khoảng 3 atm, các chi tiết được liên kết với nhau bởi các mối hàn và để sản phẩm hoạt động tốt các chi tiết liên kết với nhau phải đảm bảo các yêu cầu sau: Các mối hàn phải đảm bảo hình dáng và kích thước.
Chi tiết phải đảm bảo độ bền chắc trong khi làm việc. Đảm bảo mối hàn không bị các khuyết tật khi làm việc như nứt nóng, nứt nguội,… Kết cấu chế tạo gồm 11 chi tiết được liên kết với nhau như hình vẽ: Vũ Tuấ n Cườ ng – CN Hà n K52 Page 10 CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN VẬT LIỆU CƠ BẢN, LOẠI QUÁ TRÌNH HÀN VÀ VẬT LIỆU HÀN 2. Phân tích, lựa chọn vật liệu cơ bản của các chi tiết hàn. Phân tích, lựa chọn vật liệu cơ bản: Vật liệu cơ bản được sử dụng theo khuyến cáo của nhà sản xuất là thép hợp kim thấp chịu nhiệt ASTM A 387, mác 2, class 1 2.
Thành phần hóa học của vật liệu cơ bản: Theo Handbook of Compraative Weld Steel Standard ta có bảng thành phần hóa học của vật liệu cơ bản: thép hợp kim thấp chịu nhiệt ASTM A 387 mác 2 class 1. Tiêu Mác Thành phần hóa học chuẩn thép A Mn Mo Khác C (%) Si (%) P (%) S (%) Cr (%) Ni (%) 387 (%) (%) (%) mác ASTM 2 0,05 – 0,55 – 0,15 – 0,50 – 0,45 – class 0,035 0,035 … … 0,21 0,80 0,40 0,80 0,60 1 Bảng 2. Thành phần hóa học VLCB Vũ Tuấ n Cườ ng – CN Hà n K52 Page 11 2. Cơ tính của vật liệu cơ bản: Theo Handbook of Compraative Weld Steel Standard ta có bảng cơ tính của vật liệu cơ bản: Tiêu Mác Cơ tính của vật liệu chuẩn thép Độ bền uốn, nhỏ Độ bền kéo, nhỏ Thành phần Hệ số nhất ( σu ) nhất (σk) chiều dày giãn dài A 387 N/mm2 or Mpa N/mm2 or Mpa tương ASTM mác 2 đối, nhỏ class 1 nhất, % t N/mm 2 N/mm or 2 t (in) ksi ksi (mm) or Mpa Mpa 55 – … … 230 33 380 – 550 22 80 Bảng 2.
Cơ tính của VLCB 2. Các chú ý khi hàn chủng loại vật liệu đã chọn: 2. Đánh giá khả năng nứt nóng của liên kết hàn Nguyên nhân chính của nứt nóng là sự mất khả năng biến dạng của kim loại ở nhiệt độ cao. Sự giảm nhiệt độ kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt bao giờ cũng dẫn đến sự hình thành và tăng ứng suất khi kim loại co ngót.
Các ứng suất này gây ra biến dạng kéo. Nếu khả năng biến dạng của kim loại mối hàn và tại vùng ảnh hưởng nhiệt là nhỏ thì có thể xuất hiện nứt nóng. Để đánh giá khả năng nứt nóng của liên kết khi hàn, ta tiến hành tính toán thông số độ nhạy cảm với nứt nóng HCS: Si ¿ 0,28 0 S+ P+ + 0,035+0,035+ + 2 100 2 100 HCS=1000. =8,5 ≥ 4 3 Mn+Cr + Mo+ V 3.0,68+0,65+0,52+0 Vũ Tuấ n Cườ ng – CN Hà n K52 Page 12 Vậy thép trên có hiện tượng nứt nóng.
Các biện pháp khắc phục: Để phòng chống nứt nóng ta có một số biện pháp chính sau: a. Về mặt vật liệu: Dùng KLCB chất lượng cao (ít tạp chất đặc biệt S,P và C). Tuy nhiên do nhà sản xuất đã chỉ định VLCB nên ta không thay thế được KLCB. Sử dụng vật liệu hàn, điện cực hàn chứa nhiều Mn và ít C ( hạn chế sử dụng loại vật liệu hàn có hàm lượng C cao do C có thể hòa tan vào kim loại vũng hàn làm tăng tỉ lệ C trong mối hàn dẫn tới tăng nguy cơ nứt nóng).
Về mặt kết cấu: Tạo điều kiện kết tinh thuận lợi cho kim loại mối hàn. Kết cấu phải phẳng và hơi lồi, không choán hết chiều rộng. Chọn hệ số ngấu phù hợp (B/H lớn → ít kim loại cơ bản tham gia vào mối hàn→Nguội chậm). Vát mép lớn hơn để KLCB tham gia vào MH là ít nhất.
Vũ Tuấ n Cườ ng – CN Hà n K52 Page 13 Hình 2.2: Hệ số hình dạng mối hàn. Chọn hệ số ngấu thích hợp. Biện pháp công nghệ: Giảm thiểu ứng suất, độ cứng vững tác động liên kết trong quá trình kết tinh. Làm sạch mép liên kết trước khi hàn.
Đồ gá hợp lý, chọn phương án vát mép cần thiết. Chế độ hàn hợp lý. Có thế nung nóng sơ bộ trước khi hàn. Điều chỉnh chu trình hàn: Thay đổi tốc độ nguội sao cho phù hợp nhất với yêu cầu.
Tiến hành ram cao ngay sau khi hàn. Đánh giá khả năng nứt nguội của liên kết hàn Vũ Tuấ n Cườ ng – CN Hà n K52 Page 14 Nứt nguội (cold crack) là dạng nứt xuất hiện một thời gian nhất định (trong vòng 48h) sau khi kết thúc hàn, lúc nhiệt độ của mối hàn thấp hơn dải 250 ÷ 200˚C. Các vết nứt nguội có thể xuất hiện trong VAHN lẫn trong KLMH. Với thép hợp kim thấp có C = 0,13% ta đánh giá khả năng hình thành nứt nguội trong thép thông qua đánh giá theo tiêu chuẩn độ cứng VAHN.
Ta đánh giá khả năng nứt nguội bằng chỉ số HV max, nếu HVmax > 350 ÷ 400 thì sẽ xuất hiện các pha cứng như mactenzit và bainit dưới = > dễ hình thành nứt nguội. HVmax = 90 + 1050C + 47Si + 75Mn + 30Ni + 31Cr ≈ 90 + 1050.0,65 ≈ 310,81 < Hvmax `Vậy thép trên không bị nứt nguội. Đánh giá khả năng nứt tầng của liên kết hàn Hình 2.4: Nứt tầng Nứt tầng còn gọi là nứt tách lớp (lamellar tearing) là loại nứt trong các liên kết hàn chịu tải theo hướng chiều dày tấm. Nó xuất hiện chủ yếu trên ranh giới VAHN hoặc trong KLCB.
Nứt tầng có dạng bậc thang và thường song song với bề mặt tấm. Ta đánh giá khả năng nứt tầng thông qua chỉ số PL nếu PL > 40, thép dễ bị nứt tầng. HD PL = PCM + + 6S 60 Trong đó: PCM là hệ số đặc trưng cho sự giòn VAHN do chuyển biến pha: Si ( Mn+Cr +Cu) ¿ V Mo PCM = C + 30 + + 60 + 10 + 15 + 5B 20 Vũ Tuấ n Cườ ng – CN Hà n K52 Page 15 0,28 (0,68+ 0,65+0) 0 0 0,52 ≈ 0,13 + 30 + + 60 + 10 + 15 + 5.0 ≈ 0,24 20 H D là lượng hydro khuyếch tán tính bằng ml/100g kim loại đắp: H D = 0,78. HIIW – 1,4 HIIW là lượng hydro khuyếch tán tính bằng ml/100g kim loại đắp, đo theo phương pháp sử dụng thủy ngân của Viện Hàn quốc tế.
Theo bảng 1-6[57] ta chọn H IIW = 15ml/100g kim loại đắp.0,035 = 0,62 < 40 = > thép không bị nứt tầng 60 2. Đánh giá khả năng nứt do ram liên kết hàn Một số loại mối hàn quan trọng (từ thép hợp kim thấp) thường được ram khử ứng suất dư sau khi hàn. Lúc đó có thể xuất hiện nứt do ram sau khi hàn (stress relief crack, reheat crack).5: Tổ chức kim loại và vết nứt do ram. Ta sử dụng công thức của tác giả Nakamura: ∆G = 10C + Cr + 3,3 Mo + 8,1V – 2 = 10.0 – 2 = 1,67 < 2 = > thép không bị nứt do ram.
Các chú ý và đặc điểm khi hàn vật liệu đã chọn Thép hợp kim thấp chịu nhiệt ASTM A387 mác 2 class 1. a) Tính chất của KLCB Vũ Tuấ n Cườ ng – CN Hà n K52 Page 16 Thép hợp kim thấp chịu nhiệt ASTM A387 mác 2 class 1 là thép vận hành lâu dài ở nhiệt độ cao lên đến 600˚C. Đặc biệt chúng có khả năng chống oxi hóa cao, chống ăn mòn cao trong môi trường sunfit, có độ bền nhiệt cao. Thép có thể tự tôi trong không khí và sự chuyển biến pha xảy ra tùy theo tốc độ nguội từ nhiệt độ trên tới nhiệt độ tới hạn.
Tuy nhiên do hàm lượng C thấp (C≈0,13%), chỉ có một lượng cacbit hạn chế nên tính dẻo cao hơn nhiều so với thép cacbon cùng độ bền. b) Đặc điểm công nghệ và kĩ thuật hàn. Có thể hàn hồ quang và hàn điện xỉ. Do tính tự tôi trong không khí và mức độ hợp kim hóa tương đối cao, quy trình công nghệ hàn phải đảm bảo nung nóng sơ bộ và nhiệt luyện sau khi hàn đúng cách, chọn vật liệu hàn có thành phần thích hợp chứa ít hydro để ngăn xuất hiện nứt VAHN và KLCB.
Ta có bảng chế độ nung nóng sơ bộ đối với KLCB trên: Loại Nhiệt độ nung nóng sơ bộ [˚C] đối với chiều dày tấm Cr Mn 12,7[mm] 12,7÷57[mm] 57[mm] trở lên 0,50 ÷ 0,80 0,45 ÷ 0,60 20 95 150 Bảng 2.Chế độ nung nóng sơ bộ cho KLCB Chọn vật liệu hàn phải đảm bảo sao cho KLMH có thành phần gần giống kim loại cơ bản, hàm lượng cacbon phải thấp hơn. Tuy nhiên KLMH từ thép austenit có một số nhược điểm sau: Có thể gây phá hủy tại đường chảy khi vật hàn vận hành trong điều kiện nhiệt độ thay đổi theo chu kỳ. Cacbon có thể khuyếch tán từ KLCB (có hàm lượng Cr thấp hơn) vào KLMH (có hàm lượng Cr cao hơn) và làm suy giảm cơ tính vật hàn. Tại nhiệt độ vận hành có thể xuất hiện pha giòn σ.
Hệ số dãn nở nhiệt khác nhau của KLMH và KLCB có thể gây nên ứng suất trong quá trình vận hành ở các chu kỳ nhiệt hoặc ở nhiệt độ cao. Đối với các thiết bị bình chứa áp lực, nồi hơi thường được ram toàn phần, đôi khi được ủ toàn bộ để có được tổ chức kim loại đồng đều. Bảng chế độ ram sau khi hàn thép hợp kim thấp chịu nhiệt: Vũ Tuấ n Cườ ng – CN Hà n K52 Page 17 Loại Nhiệt độ ram khử ứng suất dư [˚C] Cr Mn 0,50 ÷ 0,80 0,45 ÷ 0,60 590 ÷ 700 Bảng 2. Chế độ ram sau hàn 2.
Phân tích, lựa chọn các loại quá trình hàn sẽ sử dụng để chế tạo kết cấu 2. Phân tích, lựa chọn các loại quá trình hàn sẽ sử dụng: Có nhiều cách tiếp cận để lựa chọn các quá trình hàn để thực hiện hàn kết cấu.