Tại sao thép carbon cao khó hàn hơn

Thép carbon cao đề cập đến w (C) cao hơn 0,6% thép carbon, có xu hướng cứng hơn thép carbon trung bình và sự hình thành martensite carbon cao, nhạy cảm hơn với sự hình thành các vết nứt lạnh.

Đồng thời, tổ chức martensite hình thành trong vùng chịu nhiệt hàn, có đặc tính cứng và giòn, dẫn đến độ dẻo và độ bền của mối nối giảm đáng kể nên khả năng hàn của thép cacbon cao khá kém và phải thực hiện quy trình hàn đặc biệt để đảm bảo hiệu suất của mối nối.

Vì vậy, trong kết cấu hàn, thường ít được sử dụng. Thép carbon cao chủ yếu được sử dụng cho các bộ phận máy đòi hỏi độ cứng và khả năng chống mài mòn cao, chẳng hạn như trục, bánh răng lớn và khớp nối, v.v.

Để tiết kiệm thép và đơn giản hóa quá trình gia công, các bộ phận máy này cũng thường được kết hợp trong các kết cấu hàn. Trong chế tạo máy hạng nặng, việc hàn các bộ phận bằng thép có hàm lượng cacbon cao cũng gặp phải.

Khi phát triển quy trình hàn các mối hàn thép có hàm lượng carbon cao, cần phân tích toàn diện các khuyết tật hàn khác nhau có thể phát sinh và thực hiện các biện pháp quy trình hàn tương ứng.

---

1 Khả năng hàn của thép cacbon cao

1.1 Phương pháp hàn

Thép cacbon cao chủ yếu được sử dụng cho các kết cấu có độ cứng cao và chịu mài mòn cao nên các phương pháp hàn chính là hàn hồ quang điện cực, hàn đồng thau và hàn hồ quang chìm.

1.2 Vật liệu hàn

Hàn thép cacbon cao thường không đòi hỏi độ bền của mối nối và vật liệu nền. Hàn hồ quang điện cực hàn thường được sử dụng để loại bỏ khả năng lưu huỳnh, hàm lượng hydro khuếch tán thấp của kim loại lắng đọng, độ bền tốt của que hàn loại hydro thấp. Trong các yêu cầu của kim loại hàn và vật liệu gốc và cường độ khác, nên sử dụng mức điện cực hydro thấp tương ứng; trong kim loại hàn và vật liệu gốc và cường độ khác, mức cường độ nên được sử dụng dưới vật liệu gốc của điện cực hydro thấp, nhớ không chọn mức cường độ cao hơn điện cực cao của vật liệu gốc. Nếu vật liệu nền không được làm nóng trước khi hàn, để tránh hiện tượng nứt nguội ở vùng chịu nhiệt, có thể sử dụng que hàn thép không gỉ austenit để đạt được độ dẻo tốt và khả năng chống nứt của tổ chức austenit.

1.3 Chuẩn bị góc xiên

Để hạn chế phần khối lượng cacbon trong kim loại mối hàn, nên giảm tỷ lệ nhiệt hạch, do đó, khi hàn, việc sử dụng chung các góc xiên hình chữ U hoặc chữ V, đồng thời chú ý đến góc xiên và góc xiên ở cả hai mặt trong phạm vi 20 mm của dầu, rỉ sét và các phương pháp xử lý khác.

1.4 Làm nóng trước

Kết cấu thép hàn điện cực, hàn phải được làm nóng trước, kiểm soát nhiệt độ nung nóng trước ở mức 250oC ~ 350oC.

1.5 Xử lý xen kẽ

Hàn đa kênh nhiều lớp, hàn lần đầu sử dụng que hàn đường kính nhỏ, hàn dòng điện nhỏ. Nói chung, đặt phôi trong trạng thái hàn bán đứng hoặc sử dụng thanh hàn xoay ngang, để làm cho toàn bộ vùng chịu ảnh hưởng nhiệt của vật liệu gốc được nung nóng trong một khoảng thời gian ngắn, để đạt được hiệu quả làm nóng trước và cách nhiệt.

1.6 Xử lý nhiệt sau hàn

Ngay sau khi hàn, phôi được đặt vào lò gia nhiệt và giữ ở nhiệt độ 650°C để ủ giảm ứng suất.

---

2 khuyết tật hàn thép cacbon cao và biện pháp phòng ngừa

Do thép cacbon cao có xu hướng đông cứng rất lớn nên khi hàn dễ bị nứt nóng và nứt nguội.

2.1 Biện pháp phòng ngừa nứt nhiệt

(1) kiểm soát thành phần hóa học của mối hàn, kiểm soát chặt chẽ hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho, đồng thời tăng lượng mangan hợp lý để cải thiện tổ chức mối hàn và giảm sự phân tầng.

2) Kiểm soát hình dạng phần hàn, tỷ lệ chiều rộng và chiều sâu nên lớn hơn một chút để tránh sai lệch tâm mối hàn.

(3) đối với các bộ phận hàn cứng, nên chọn các thông số hàn thích hợp, thứ tự và hướng hàn thích hợp.

4) Các biện pháp làm nóng trước và làm nguội chậm được thực hiện khi cần thiết để ngăn ngừa việc tạo ra các vết nứt do nhiệt.

(5) cải thiện độ kiềm của điện cực hoặc từ thông để giảm hàm lượng tạp chất trong mối hàn và cải thiện mức độ phân tách.

2.2 Biện pháp ngăn ngừa nứt nguội 

1) Làm nóng trước trước khi hàn và làm nguội chậm sau khi hàn không chỉ làm giảm độ cứng và độ giòn của vùng chịu ảnh hưởng nhiệt mà còn đẩy nhanh quá trình khuếch tán hydro ra bên ngoài trong mối hàn.

2) Lựa chọn biện pháp hàn thích hợp.

3) Áp dụng trình tự lắp ráp và hàn phù hợp để giảm ứng suất ràng buộc của mối hàn và cải thiện trạng thái ứng suất của các bộ phận hàn.

4) Chọn vật liệu hàn phù hợp, làm khô que hàn và thuốc hàn trước khi hàn và chuẩn bị sẵn sàng khi thực hiện.

5) Trước khi hàn, nước, rỉ sét và các chất bẩn khác trên bề mặt kim loại cơ bản xung quanh góc xiên phải được loại bỏ cẩn thận để giảm hàm lượng hydro khuếch tán trong mối hàn.

6) Việc xử lý hydro phải được thực hiện ngay trước khi hàn để hydro có thể thoát ra hoàn toàn khỏi mối hàn.

7) Nên tiến hành xử lý ủ để giảm ứng suất ngay sau khi hàn để thúc đẩy sự khuếch tán của hydro trong đường hàn ra bên ngoài