Trong quá trình sản xuất bình chịu áp lực, khi sử dụng phương pháp hàn hồ quang chìm để hàn mối hàn dọc của bình, các vết nứt thường xuất hiện ở hoặc gần đầu mối hàn dọc (sau đây gọi là vết nứt đầu cuối).
Nhiều người đã nghiên cứu vấn đề này và họ cho rằng nguyên nhân chính gây ra vết nứt đầu mối hàn là khi hồ quang hàn gần đến cuối mối hàn dọc, mối hàn giãn nở và biến dạng theo hướng trục, kèm theo lực căng ngang theo hướng trục thẳng đứng. biến dạng hở;
Trong quá trình cán, chế tạo và lắp ráp, xi lanh cũng có ứng suất làm cứng nguội và ứng suất lắp ráp; trong quá trình hàn, do hạn chế mối hàn định vị đầu cuối và tấm đánh hồ quang nên tạo ra ứng suất kéo dài lớn ở đầu mối hàn;
Khi hồ quang di chuyển đến mối hàn định vị đầu cuối và tấm chắn hồ quang, do sự giãn nở nhiệt và biến dạng của bộ phận này, ứng suất kéo ngang ở đầu mối hàn được nới lỏng và lực hạn chế giảm xuống, do đó kim loại mối hàn vừa đông đặc ở đầu mối hàn giảm xuống. Các vết nứt ở đầu mối hàn được hình thành do ứng suất kéo lớn.
Dựa trên những phân tích lý do trên, có hai giải pháp được đề xuất:
Một là tăng chiều rộng của tấm chắn hồ quang để tăng lực liên kết của nó;
Thứ hai là sử dụng tấm chắn hồ quang đàn hồi có khe hở.
Tuy nhiên, sau khi áp dụng các biện pháp trên vào thực tế, vấn đề vẫn chưa được giải quyết hiệu quả:
Ví dụ, mặc dù sử dụng tấm đánh lửa hồ quang hạn chế đàn hồi, vết nứt đầu mối hàn dọc vẫn sẽ xuất hiện và vết nứt đầu mối hàn thường xảy ra khi độ dày mối hàn nhỏ, độ cứng nhỏ và thân xi lanh được lắp ráp cưỡng bức;
Tuy nhiên, khi có tấm thử sản phẩm ở phần kéo dài của mối hàn dọc của xi lanh, mặc dù tình trạng hàn đính giống như khi không có tấm thử sản phẩm, nhưng đường hàn dọc hiếm khi tạo ra vết nứt ở đầu mối.
Sau nhiều lần thử nghiệm và phân tích, người ta thấy rằng việc tạo ra các vết nứt dọc đầu mối hàn không chỉ liên quan đến ứng suất kéo lớn không thể tránh khỏi tại mối hàn đầu mối mà còn liên quan đến một số lý do cực kỳ quan trọng khác.
Một. Phân tích nguyên nhân gây ra vết nứt đầu cuối
1. Những thay đổi trong trường nhiệt độ của mối hàn đầu cuối
Trong quá trình hàn hồ quang, khi nguồn nhiệt hàn gần cuối mối hàn dọc, trường nhiệt độ bình thường tại cuối mối hàn sẽ thay đổi, càng gần cuối thì sự thay đổi càng lớn.
Do kích thước của tấm dẫn hồ quang nhỏ hơn nhiều so với kích thước của xi lanh nên nhiệt dung của nó cũng nhỏ hơn nhiều, đồng thời tấm dẫn hồ quang và xi lanh chỉ được kết nối bằng hàn đính nên hầu hết chúng có thể được coi là không liên tục.
Do đó, điều kiện truyền nhiệt của mối hàn đầu cuối rất kém, dẫn đến nhiệt độ cục bộ của chi tiết tăng lên, hình dạng của vũng nóng chảy sẽ thay đổi, độ sâu thâm nhập cũng sẽ tăng lên và thời gian vũng nóng chảy ở nhiệt độ cao cũng sẽ dài hơn. Tốc độ đông đặc của vũng nóng chảy chậm lại, đặc biệt là khi kích thước của tấm đánh lửa hồ quang quá nhỏ và mối hàn đính giữa tấm đánh lửa hồ quang và xi lanh quá ngắn hoặc quá mỏng.
2. Ảnh hưởng của nhiệt lượng hàn
Do lượng nhiệt hàn sử dụng trong hàn hồ quang chìm thường lớn hơn nhiều so với các phương pháp hàn khác, độ sâu thâm nhập lớn, lượng kim loại lắng đọng lớn và được phủ một lớp thuốc hàn, do đó vũng nóng chảy lớn và tốc độ đông đặc của vũng nóng chảy. Và tốc độ làm mát của mối hàn chậm hơn các phương pháp hàn khác, dẫn đến hạt thô hơn và sự phân tách nghiêm trọng hơn, đã tạo ra điều kiện cực kỳ thuận lợi cho việc tạo ra các vết nứt nóng.
Ngoài ra, độ co ngót bên của mối hàn nhỏ hơn nhiều so với độ mở của khe hở, do đó lực kéo bên của phần đầu cuối lớn hơn so với các phương pháp hàn khác. Điều này đặc biệt đúng đối với các tấm trung bình vát và các tấm mỏng hơn không vát.
3. Các tình huống khác
Nếu lắp ráp cưỡng bức, chất lượng lắp ráp không đạt yêu cầu, hàm lượng tạp chất như S, P trong kim loại nền quá cao và bị phân tách, cũng sẽ dẫn đến nứt.
Hai: Bản chất của vết nứt đầu cuối
Vết nứt đầu mút thuộc về vết nứt nóng theo bản chất của chúng, và vết nứt nóng có thể được chia thành vết nứt tinh thể và vết nứt bán rắn theo giai đoạn hình thành của chúng. Mặc dù phần mà vết nứt đầu mút được hình thành đôi khi là đầu mút, đôi khi trong phạm vi 150mm từ khu vực xung quanh đầu mút, đôi khi là vết nứt bề mặt, đôi khi là vết nứt bên trong và hầu hết các trường hợp là vết nứt bên trong xung quanh đầu mút.
Có thể thấy rằng bản chất của vết nứt đầu cuối về cơ bản là vết nứt bán rắn, nghĩa là khi đầu mối hàn vẫn ở trạng thái lỏng, mặc dù vũng nóng chảy gần đầu mối đã đông đặc, nhưng vẫn ở nhiệt độ cao thấp hơn một chút so với trạng thái rắn. Ở trạng thái cường độ bằng không, các vết nứt được tạo ra dưới tác động của ứng suất hàn phức tạp (chủ yếu là ứng suất kéo) tại đầu mối,
Lớp bề mặt của mối hàn gần bề mặt dễ tản nhiệt, nhiệt độ tương đối thấp, có độ bền nhất định và tính dẻo tuyệt vời nên vết nứt đầu cuối thường tồn tại bên trong mối hàn và không thể phát hiện bằng mắt thường.
Ba. Các biện pháp phòng ngừa nứt đầu cuối
Từ phân tích trên về nguyên nhân gây nứt đầu mối hàn, có thể thấy rằng các biện pháp quan trọng nhất để khắc phục tình trạng nứt đầu mối hàn hồ quang chìm theo chiều dọc là:
1. Tăng kích thước tấm dẫn hướng hồ quang một cách thích hợp
Mọi người thường không đủ quen thuộc với tầm quan trọng của tấm đánh lửa hồ quang, nghĩ rằng chức năng của tấm đánh lửa hồ quang chỉ là dẫn miệng hố hồ quang trong quá trình đóng hồ quang ra bên ngoài mối hàn. Để tiết kiệm thép, một số người làm cho tấm đánh lửa hồ quang rất nhỏ và trở thành "tấm đánh lửa hồ quang" thực sự. Những cách làm này rất sai. Tấm đánh lửa hồ quang có bốn chức năng:
(1) Dẫn phần mối hàn bị gãy trong quá trình đánh hồ quang và hố hồ quang trong quá trình đóng hồ quang ra bên ngoài mối hàn.
(2) Tăng cường khả năng hạn chế phần đầu cuối của mối nối dọc và chịu ứng suất kéo lớn do phần đầu cuối tạo ra.
(3) Cải thiện trường nhiệt độ của bộ phận đầu cuối, có lợi cho việc dẫn nhiệt và không làm nhiệt độ của bộ phận đầu cuối quá cao.
(4) Cải thiện sự phân bố từ trường tại đầu cuối và giảm mức độ lệch từ.
Để đạt được bốn mục đích trên, tấm chắn hồ quang phải có kích thước đủ lớn, độ dày phải bằng độ dày của mối hàn. Kích thước phải được xác định theo kích thước của mối hàn và độ dày của tấm thép. Đối với bình chịu áp suất thông thường, khuyến cáo chiều dài và chiều rộng không được nhỏ hơn 140mm.
2. Chú ý đến việc lắp ráp và hàn cố định tấm đánh lửa hồ quang
Hàn đính giữa tấm dẫn hướng hồ quang và xi lanh phải có đủ chiều dài và độ dày. Nhìn chung, chiều dài và độ dày của mối hàn đính không được nhỏ hơn 80% chiều rộng và độ dày của tấm dẫn hướng hồ quang, và cần phải hàn liên tục. Không thể chỉ hàn "điểm". Ở cả hai mặt của đường nối dọc, phải đảm bảo đủ độ dày mối hàn cho tấm trung bình và nặng, và nếu cần, phải mở một rãnh nhất định.
3. Chú ý mối hàn cố định phần đầu của xi lanh
Để tăng thêm độ hạn chế tại đầu mối hàn dọc trong quá trình hàn đính sau khi bo tròn trụ, chiều dài mối hàn đính tại đầu mối hàn dọc không được nhỏ hơn 100mm, độ dày mối hàn phải đủ, không có vết nứt, khuyết tật như thiếu ngấu.
4. Kiểm soát chặt chẽ lượng nhiệt đầu vào khi hàn
Trong quá trình hàn bình chịu áp lực, lượng nhiệt hàn phải được kiểm soát chặt chẽ, không chỉ để đảm bảo tính chất cơ học của mối hàn mà còn đóng vai trò rất quan trọng trong việc ngăn ngừa sự xuất hiện của vết nứt. Độ lớn của dòng điện hàn hồ quang chìm có ảnh hưởng lớn đến độ nhạy của vết nứt đầu cuối, vì độ lớn của dòng điện hàn liên quan trực tiếp đến trường nhiệt độ và lượng nhiệt hàn đầu vào.
5. Kiểm soát chặt chẽ hình dạng của vũng nước nóng chảy và hệ số hình thành mối hàn
Hình dạng vũng hàn và hệ số tạo hình của hàn hồ quang chìm có liên quan chặt chẽ đến khả năng xuất hiện vết nứt hàn. Do đó, kích thước, hình dạng và hệ số tạo hình của vũng hàn cũng cần được kiểm soát chặt chẽ.
Bốn. Kết luận
Khi hàn hồ quang chìm để hàn mối hàn dọc của xi lanh, hiện tượng nứt mối hàn dọc là hiện tượng cực kỳ phổ biến và trong nhiều năm qua vẫn chưa được giải quyết triệt để. Qua thử nghiệm và phân tích, nguyên nhân chính gây ra vết nứt mối hàn dọc của hồ quang chìm là do ứng suất kéo lớn và trường nhiệt độ đặc biệt ở bộ phận này, là kết quả của tác động kết hợp của cả hai.
Thực tiễn đã chứng minh rằng các biện pháp như tăng kích thước tấm đánh lửa hồ quang một cách thích hợp, tăng cường kiểm soát chất lượng hàn đính và kiểm soát chặt chẽ lượng nhiệt hàn đầu vào và hình dạng mối hàn có thể ngăn ngừa hiệu quả hiện tượng nứt đầu mối trong hàn hồ quang chìm.
