Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ hàn cho hai vật liệu khác loại đặc trưng trong công nghiệp đóng tàu và cơ khí (17/01/2025)

Hàn hai vật liệu khác nhau là quá trình kết nối hai loại vật liệu có thành phần hoá học và cơ tính khác nhau tới trạng thái hàn, sau đó kim loại kết tinh hoặc khuếch tán để tạo liên kết hàn. Thành phần hoá học của điện cực thường khác so với thành phần của các kim loại cơ bản. Khi đó, kim loại vùng nóng chảy sẽ là sự hoà trộn của kim loại điện cực và kim loại cơ bản. Có rất nhiều phương pháp hàn khác nhau, tuy nhiên dựa vào bản chất của mối hàn có thể chia thành hai loại chính: hàn nóng chảy và hàn áp lực. Tùy vào từng loại kết cấu và yêu cầu khác nhau, các mối hàn sẽ sử dụng phương pháp hàn và thông số công nghệ hàn khác nhau. Tuy nhiên, yếu tố cơ bản quyết định đến chất lượng mối hàn chính là nguồn nhiệt cung cấp và tốc độ nguội do ảnh hưởng đến tổ chức hình thành trong mối hàn. Đối với hàn hai vật liệu khác loại, các tiểu vùng như: vùng nóng chảy, vùng ảnh hưởng nhiệt và vùng kim loại cơ bản sẽ phức tạp hơn và khác nhau về hai phía của hai loại vật liệu hàn. Để kiểm soát được chất lượng mối hàn cần phải biết được mối quan hệ giữa thông số công nghệ, tổ chức và tính chất mối hàn. Quá trình này gặp khó khăn hơn đối với mối hàn giữa hai vật liệu khác loại.

Từ các phân tích trên, đề tài Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ hàn cho hai vật liệu khác loại đặc trưng trong công nghiệp đóng tàu và cơ khí do Trường Đại học Hàng hải Việt Nam chủ trì thực hiện, TS. Vũ Anh Tuấn làm chủ nhiệm tập trung nghiên cứu các yếu tố tác động và tìm kiếm giải pháp nâng cao chất lượng mối hàn giữa hai vật liệu khác loại bao gồm ba nhóm vật liệu chính: mối hàn giữa thép cacbon A36 và thép không gỉ 304; mối hàn giữa thép chịu nhiệt A106 và thép 312 và mối hàn giữa thép không gỉ 304 và đồng sạch.

Bên cạnh nghiên cứu tổng quan các tài liệu và lý thuyết có liên quan, nhóm tác giả nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ hàn hai vật liệu khác loại thông qua nghiên cứu đánh giá các dạng hư hỏng của một số chi tiết hàn hai vật liệu khác loại; nghiên cứu ảnh hưởng của trường nhiệt độ tới sự phân chia các vùng trong mối hàn (sự hòa trộn và phân chia vùng của mối hàn, ảnh hưởng của trường nhiệt đầu vào đến khả năng khuếch tán của các nguyên tố hình thành mối hàn); nghiên cứu, tính toán trường xác định trường nhiệt độ cho mối hàn thép không gỉ 304 và thép cacbon A36, cho mối hàn thép chịu nhiệt A106 và thép, cho mối hàn thép chịu nhiệt A106 và thép SS312, cho mối hàn thép không gỉ 304 và đồng sạch; nghiên cứu ảnh hưởng của trường nhiệt độ tới tổ chức mối hàn; nghiên cứu sự thay đổi tổ chức chuyển biến pha, tiết pha hình thành trong quá trình hàn; nghiên cứu lựa chọn vật liệu điện cực hàn hai vật liệu khác loại; nghiên cứu tính toán lựa chọn thông số hàn và đề xuất quy trình công nghệ hàn hai vật liệu khác loại giữa thép không gỉ 304 và thép cacbon A36 (dạng ống và dạng phẳng), giữa thép chịu nhiệt A106 và thép SS312, giữa thép không gỉ 304 và đồng sạch nguyên chất.

Sơ đồ quy trình hàn mẫu thép không gỉ với đồng sạch.

Trên cơ sở các nghiên cứu trên, nhóm tác giả tiến hành thử nghiệm hàn hai vật liệu khác loại trên các cụm chi tiết cơ khí và hoàn thiện quy trình công nghệ hàn hai vật liệu khác loại giữa thép không gỉ 304 và thép cacbon A36, sử dụng que hàn E309L-16 (Philarc 309L) hoặc E312-16 (Philstain 312- 16), máy hàn Inventer và phương pháp hàn hồ quang tay, các mẫu sau khi hàn được cắt trên máy cắt dây lấy mẫu chụp ảnh tổ chức và mẫu thử kéo, thử va đập. Với quy trình công nghệ hàn thép A106 và SS312, sử dụng loại điện cực M312, các mẫu thép được hàn với nhau bằng phương pháp hàn hồ quang tay, sau khi hàn xong được cắt trên máy cắt dây lấy mẫu chụp ảnh tổ chức và mẫu thử kéo, thử va đập. Nghiên cứu đã tiến hành hoàn thiện quy trình công nghệ hàn thép không gỉ và đồng gồm các công đoạn chính như: lựa chọn phương pháp hàn hồ quang tay, lựa chọn điện cực hàn (ENiCrMo-3, Cu-Mn2, ER70S-4,…), tính toán lựa chọn các thông số hàn (I_h=110A, U_h=29V, d_q=3.2mm, v=100mm/phút), tiến hành hàn mẫu, kiểm tra ngoại quan, kiểm tra ngoại quan và kiểm tra siêu âm, đánh giá quá trình hàn, cắt mẫu, phân tích cơ tính, tổ chức…

Từ các kết quả nghiên cứu về xây dựng quy trình công nghệ hàn, đề tài đã tiến hành thử nghiệm trên một số nhóm mẫu vật liệu. Các kết quả đánh giá thử nghiệm đều cho thấy đảm bảo về mặt chất lượng của mối hàn nghiên cứu. Từ cơ sở lý thuyết về quá trình xử lý nhiệt, đề tài đã nghiên cứu và xây dựng được quy trình xử lý nhiệt mối hàn cho hai vật liệu khác loại gồm thép không gỉ 304 và thép cacbon A36, thép chịu nhiệt A106 và thép SS312, thép không gỉ 304 và đồng sạch. Các kết quả nghiên cứu cho thấy đã xác định được quy trình xử lý nhiệt nhằm nâng cao chất lượng mối hàn của các nhóm vật liệu trên; đồng thời xây dựng được quy trình xử lý nhiệt sau hàn cho mối hàn hai vật liệu; nghiên cứu xây dựng sổ tay kỹ thuật hàn hai vật liệu khác loại. 

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu dự án tại Trung tâm Thông tin, Thống kê khoa học và công nghệ Hải Phòng./.