Khuyết tật mối hàn trong chế tạo kim loại: Nguyên nhân và biện pháp khắc phục

Cách phân loại các khuyết tật mối hàn

Hàn nối kim loại bằng cách tạo ra sự nóng chảy cục bộ, đông đặc lại thành cấu trúc đúc được bao bọc bởi kim loại gốc nóng chảy một phần. Mọi cơ chế khiếm khuyết đều phát triển theo trình tự đó: các vấn đề trong bể chất lỏng, các vấn đề trong quá trình hóa rắn và các vấn đề tạo ra do nhiệt mà kim loại xung quanh hấp thụ. Hiểu được khuyết tật thuộc giai đoạn nào trong ba giai đoạn là cách nhanh nhất để chọn biện pháp đối phó, bởi vì hành động khắc phục vết nứt đông đặc không giống như hành động đối với vết nứt hydro xuất hiện vài giờ sau khi hàn.

Nứt nóng và nứt lạnh

Các vết nứt nóng hình thành trong khi mối hàn vẫn đang đông đặc. Các màng-có điểm nóng chảy{2}}thấp được làm giàu bằng lưu huỳnh, phốt pho hoặc các nguyên tố còn sót lại khác vẫn ở dạng lỏng giữa các hạt đang phát triển và ứng suất co ngót của mối nối bị hạn chế cao sẽ xé các màng đó ra. Nó thường xuất hiện dọc theo đường tâm của hạt hoặc tại đường nóng chảy nơi quá trình đông đặc kết thúc và nó có thể được nhìn thấy ngay lập tức hoặc chỉ sau khi khớp nguội và bị căng.

Các biện pháp đối phó nhắm vào ba thành phần riêng biệt:

Giảm bớt sự kiềm chế. Điều chỉnh trình tự mối hàn, cho phép di chuyển và sử dụng phương pháp hàn cân bằng ở cả hai phía của mối hàn khi thiết kế cho phép.

Thay đổi hình dạng hạt. Hạt rộng hơn, nông hơn với tốc độ di chuyển thấp hơn một chút và kiểu dệt khiêm tốn làm giảm nồng độ biến dạng ở đường tâm; tỷ lệ chiều sâu-trên-chiều rộng vượt quá khoảng 1,2 ngày càng dễ bị nứt ở đường tâm.

Kiểm soát hóa học. Xác minh rằng lưu huỳnh và phốt pho trong tấm gốc và chất độn nằm trong tiêu chuẩn kỹ thuật và tránh pha loãng quá mức từ kim loại cơ bản có hàm lượng lưu huỳnh cao.

Nứt nguội là vấn đề về hydro và thường là vấn đề về thép. Hydro nguyên tử hòa tan trong kim loại mối hàn khuếch tán vào vùng bị ảnh hưởng nhiệt, nơi vi cấu trúc martensitic cứng và ứng suất dư cao kết hợp với nhau tạo thành vết nứt. Nó thường xuất hiện vài giờ hoặc vài ngày sau khi hàn, đó là lý do tại sao thời gian kiểm tra và thời gian giữ bị trì hoãn được chỉ định đối với thép có tiết diện dày-và thép có hàm lượng cacbon-tương đương-cao. Các biện pháp đối phó đều được thiết lập tốt như nhau: vật liệu tiêu hao hydro-thấp chẳng hạn như E7018 H4 được phân loại theo AWS A5.1, bảo quản và sấy khô lại điện cực chính xác, kiểm soát nhiệt độ làm nóng trước và giữa các đường hàn cũng như xử lý giải phóng hydro sau hàn cho các phần nặng. Khi lượng carbon tương đương tăng lên trên khoảng 0,40, việc làm nóng trước trở thành bắt buộc thay vì thực hành tùy chọn.

Độ xốp, bao gồm xỉ và thiếu sự kết hợp

Độ xốp là khiếm khuyết phổ biến nhất được tìm thấy bằng chụp X quang và dễ loại bỏ nhất khi nguồn được xác định. Độ ẩm trên mặt khớp, dầu, sơn, cặn nhà máy, sự ngưng tụ trong đường dẫn khí và sự nhiễu loạn hút không khí vào hồ quang đều tạo ra khí không thể thoát ra trước khi bể đóng băng. Các biện pháp kiểm soát thực tế bao gồm làm khô khu vực mối nối, sử dụng khí bảo vệ có độ tinh khiết đã được xác minh với tốc độ dòng chảy chính xác (dòng khí quá mức tạo ra dòng xoáy rất mạnh gây ra sự cuốn theo không khí), duy trì đúng-đầu mút-cho khoảng cách làm việc và loại bỏ gió lùa xung quanh vòng cung.

Việc đưa xỉ vào là đặc trưng của các quá trình mang-thông lượng. Nó phát sinh khi từ thông không được loại bỏ giữa các lần truyền, khi góc di chuyển đẩy xỉ về phía trước bể hoặc khi năng lượng hồ quang quá thấp để giữ cho xỉ nóng chảy và nổi. Công việc nhiều-yêu cầu làm sạch các đường nối như một bước chính thức chứ không phải là một bước tùy chọn.

Thiếu sự hợp nhất và thiếu thâm nhập là lỗi hình học. Chúng xảy ra khi hồ quang không chạm tới chân hoặc thành bên: dòng điện quá thấp, tốc độ di chuyển quá cao, góc điện cực bị lệch, khe hở khớp quá chặt hoặc chuẩn bị vát để lại một kệ không bị nóng chảy. Chúng cũng là những khuyết tật có nhiều khả năng bị bỏ sót nhất khi kiểm tra bằng mắt, đó là lý do tại sao việc kiểm tra siêu âm hoặc chụp X quang được chỉ định cho các mối nối xuyên thấu hoàn toàn.

Phát hiện, chấp nhận và sửa chữa

Kiểm soát lỗi chỉ có tác dụng khi quá trình kiểm tra đưa ra phản hồi nhanh chóng. Các khuyết tật bề mặt và gần{1}}bề mặt được phát hiện bằng cách kiểm tra bằng mắt và thử nghiệm chất thẩm thấu của thuốc nhuộm; khuyết tật thể tích bằng kiểm tra chụp ảnh phóng xạ hoặc kiểm tra siêu âm, với kỹ thuật mảng pha cải thiện việc phát hiện các khuyết tật phẳng như thiếu nhiệt hạch. Sự chấp nhận thường được thể hiện dưới dạng mức chất lượng chứ không phải là đánh giá đạt hay không đạt: ISO 5817 xác định các cấp độ B, C và D đối với các mối hàn hồ quang thép-, trong khi AWS D1.1 đặt ra các tiêu chí chấp nhận cho kết cấu thép và ASME BPVC Phần IX và Phần V quản lý việc đánh giá và đánh giá quy trình đối với thiết bị chịu áp lực.

Bản thân việc sửa chữa là một rủi ro. Việc đào một khuyết điểm và hàn lại- sẽ tạo ra chu trình nhiệt thứ tư, hạn chế bổ sung và vùng ảnh hưởng nhiệt mới, vì vậy quy trình sửa chữa phải đủ tiêu chuẩn và số lần sửa chữa được phép được hạn chế. Khi các khuyết tật lan rộng, việc cắt bỏ mối nối thường rẻ hơn so với việc theo đuổi các chỉ định riêng lẻ.

Những sai lầm thường gặp trong kiểm soát chất lượng mối hàn

Xử lý màu sắc hoặc bề ngoài của mối hàn là tiêu chí chấp nhận duy nhất đối với các kim loại phản ứng như titan và nhôm, nơi mà sự nhiễm bẩn là không thể nhìn thấy được trong giai đoạn đầu.

Bảo quản các điện cực hydro-hạ thấp trong các máy rung hở và giả sử việc phân loại vẫn áp dụng ở hồ quang.

Hàn các phần dày mà không cần tính toán làm nóng trước, sau đó tìm thấy các vết nứt nguội vài ngày sau đó trong quá trình thử thủy lực.

Sử dụng dòng khí bảo vệ quá mức và tạo ra sự hỗn loạn kéo không khí vào vòng cung trong khi tin rằng chỉ có độ tinh khiết mới bảo vệ được hồ bơi.

Bỏ qua việc làm sạch các đường nối, chuyển đổi mối nối nhiều đường thông thường thành một báo cáo bao gồm xỉ.

Cho phép các mối hàn sửa chữa không đủ tiêu chuẩn, theo thống kê đây là nguồn gốc của phần lớn các lỗi dịch vụ.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Nguyên nhân phổ biến nhất gây ra độ xốp của mối hàn là gì?
Độ ẩm và ô nhiễm bề mặt là nguyên nhân hàng đầu, tiếp theo là các vấn đề về dòng khí. Các điện cực ẩm, tấm rỉ sét hoặc dính dầu, sự ngưng tụ trong đường dẫn khí và dòng chảy hỗn loạn cuốn theo không khí đều tạo ra kết quả như nhau, do đó chẩn đoán thường bắt đầu bằng độ sạch của mối nối và phân phối khí thay vì các thông số hàn.

Hỏi: Sau bao lâu thì vết nứt nguội có thể xuất hiện?
Các vết nứt nguội có sự trợ giúp của hydro-có thể xuất hiện vài phút đến vài ngày sau khi hàn, đó là lý do tại sao thời gian giữ trước khi kiểm tra được chỉ định cho các độ dày nhạy cảm và lượng cacbon tương đương. Việc trì hoãn kiểm tra sau một khoảng thời gian xác định sẽ không có ý nghĩa gì nếu vết nứt vẫn có thể bắt đầu sau khoảng thời gian đó.

Hỏi: Mối hàn có độ xốp vẫn có thể được chấp nhận chứ?
Đúng. Tiêu chí chấp nhận cho phép một lượng độ xốp phân tán xác định, bởi vì các lỗ khí tròn ít gây hại hơn nhiều so với các khuyết tật phẳng. Mức chất lượng trong ISO 5817 hoặc mã hiện hành sẽ chi phối và sự khác biệt giữa độ xốp và tình trạng không kết dính quan trọng hơn tổng số lượng.

Hỏi: Sự khác biệt giữa thiếu hợp nhất và thiếu thâm nhập là gì?
Thiếu sự kết hợp là sự liên kết không hoàn chỉnh giữa kim loại mối hàn và thành bên hoặc lớp hàn trước đó. Thiếu sự thâm nhập là không thể làm tan chảy toàn bộ rễ khớp. Cả hai đều là khuyết tật phẳng tập trung ứng suất và cả hai đều nguy hiểm hơn độ xốp dưới tác dụng mỏi hoặc chịu áp lực.

Hỏi: Khi nào cần-cần xử lý nhiệt sau mối hàn?
Nó được quy định để giảm ứng suất dư, cho phép hydro thoát ra trước khi kiểm tra các loại thép dễ bị ảnh hưởng hoặc để khôi phục các đặc tính trong vùng bị ảnh hưởng nhiệt. Yêu cầu này phụ thuộc vào vật liệu, độ dày, dịch vụ và quy tắc quản lý, đồng thời phải được ghi vào quy trình hàn thay vì được quyết định tại cửa hàng.

Hỏi: Có cần làm nóng trước cho tất cả các mối hàn có tiết diện dày không?
Không phải tự động, nhưng nó được yêu cầu bất cứ khi nào sự kết hợp giữa lượng carbon tương đương, độ dày, mức hydro và hạn chế tạo ra nguy cơ nứt nguội. Kiểm soát nhiệt đầu vào, làm sạch vật tư tiêu hao và-quản lý ứng suất dư đều tương tác với quyết định làm nóng trước.