Trong chế tạo kết cấu thép, chất lượng hàn ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ, độ bền và độ an toàn của kết cấu cuối cùng. Đối với các thành phần kết cấu quan trọng, thép hợp kim, tấm thép dày và các mối hàn có độ bền cao, việc gia nhiệt trước thích hợp trước khi hàn và xử lý nhiệt sau hàn (PWHT) có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm soát vết nứt, giảm ứng suất dư và cải thiện hiệu suất tổng thể của mối hàn.

1. Tại sao việc làm nóng sơ bộ lại quan trọng trước khi hàn?

Làm nóng trước đề cập đến việc làm nóng kim loại cơ bản xung quanh khu vực hàn đến nhiệt độ xác định trước khi bắt đầu hàn. Nhiệt độ làm nóng trước cần thiết phụ thuộc vào các yếu tố như loại thép, lượng cacbon tương đương, độ dày vật liệu, vật liệu hàn, hạn chế mối nối, quá trình hàn và nhiệt độ môi trường.

Những lợi ích chính của việc làm nóng trước bao gồm:

Giảm nguy cơ nứt do hydro gây ra

Gia nhiệt trước làm chậm tốc độ làm mát của mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ). Điều này giúp hydro khuếch tán có nhiều thời gian hơn để thoát ra khỏi mối hàn và giảm sự hình thành các cấu trúc vi mô cứng, giòn.

Kết quả là nguy cơ nứt do hydro và nứt nguội có thể giảm đáng kể.

Giảm ứng suất dư khi hàn

Trong quá trình hàn, thép gần mối hàn bị nóng lên nhanh chóng trong khi vật liệu xung quanh vẫn tương đối nguội. Sự chênh lệch nhiệt độ này tạo ra gradient nhiệt, biến dạng và ứng suất dư.

Việc gia nhiệt trước thích hợp sẽ làm giảm sự chênh lệch nhiệt độ giữa khu vực hàn và thép xung quanh, cho phép mối hàn nguội dần và đồng đều hơn.

Điều này giúp giảm ứng suất hàn và giảm thiểu khả năng bị nứt, biến dạng.

Giảm tác dụng hạn chế khớp

Các mối hàn có độ bền cao dễ bị nứt hơn vì sự co ngót trong quá trình làm mát không thể xảy ra tự do.

Làm nóng trước có thể làm giảm mức độ nghiêm trọng của sự co nhiệt và đặc biệt hữu ích đối với các tấm dày, các mối nối phức tạp và các kết nối có độ bền cao.

Trong nhiều trường hợp, việc tăng nhiệt độ nung nóng trước thích hợp có thể giúp giảm khả năng nứt mối hàn.

2. Nên xác định nhiệt độ làm nóng trước như thế nào?

Việc lựa chọn nhiệt độ gia nhiệt trước và nhiệt độ giữa các lớp không nên chỉ dựa vào độ dày vật liệu.

Một số yếu tố cần được xem xét, bao gồm:

• Mác thép và thành phần hóa học

• Tương đương cacbon

• Độ dày tấm

• Vật liệu hàn

• Quá trình hàn

• Cấu hình chung

• Hạn chế cấu trúc

• Nhiệt độ môi trường xung quanh

• Đầu vào nhiệt

• Quy tắc hàn áp dụng và thông số kỹ thuật của dự án

Việc sưởi ấm đồng đều cũng quan trọng không kém.

Nhiệt độ làm nóng trước phải đồng đều hợp lý qua độ dày của thép và dọc theo khu vực hàn. Việc gia nhiệt không đều có thể tạo thêm ứng suất nhiệt thay vì giảm bớt.

Đối với gia nhiệt trước cục bộ, khu vực gia nhiệt phải mở rộng đủ ra ngoài cả hai mặt của mối hàn để đảm bảo phân bổ nhiệt độ ổn định và đồng đều.

Chiều rộng và nhiệt độ gia nhiệt chính xác phải luôn tuân theo thông số kỹ thuật quy trình hàn hiện hành ( WPS ), yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn hàn liên quan.

3. Tại sao xử lý nhiệt sau hàn lại quan trọng?

Xử lý nhiệt sau hàn được thực hiện sau khi hàn để kiểm soát ứng suất dư, giảm hàm lượng hydro và cải thiện cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của mối hàn.

Tùy thuộc vào loại thép, độ dày, điều kiện sử dụng và thông số kỹ thuật hàn, xử lý nhiệt sau hàn có thể mang lại một số lợi ích.

Loại bỏ hydro

Sau khi hàn, hydro khuếch tán có thể vẫn còn trong kim loại mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt.

Đối với một số loại thép và mối hàn quan trọng, phương pháp xử lý loại bỏ hydro ở nhiệt độ thấp có kiểm soát có thể được áp dụng ngay sau khi hàn.

Làm nóng mối hàn trong một khoảng thời gian xác định có thể đẩy nhanh quá trình khuếch tán và giải phóng hydro, do đó làm giảm nguy cơ nứt hydro bị trì hoãn.

Nhiệt độ thực tế và thời gian giữ phải được xác định theo loại thép, quy trình hàn, độ dày mối nối và các tiêu chuẩn hiện hành.

Giảm ứng suất hàn dư

Hàn gây ra sự nóng lên và làm mát cục bộ cao. Do thành phần hàn bị hạn chế bởi vật liệu xung quanh và hình dạng của mối nối nên ứng suất dư vẫn còn trong kết cấu sau khi hàn.

Căng thẳng dư thừa quá mức có thể góp phần vào:

• Biến dạng hàn

• Nồng độ ứng suất

• Giảm hiệu suất mệt mỏi

• Tăng nguy cơ nứt

• Sự mất ổn định kích thước

Xử lý nhiệt giảm ứng suất làm nóng bộ phận hàn đến nhiệt độ được kiểm soát và giữ nó trong một khoảng thời gian xác định, cho phép các ứng suất bên trong phân phối lại và thư giãn.

Tùy thuộc vào kích thước bộ phận và yêu cầu của dự án, việc xử lý nhiệt có thể được thực hiện trên toàn bộ bộ phận hoặc cục bộ xung quanh mối hàn.

Cải thiện cấu trúc mối hàn

Một số thép hợp kim và thép cường độ cao có thể phát triển các cấu trúc vi mô cứng hoặc giòn ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt sau khi hàn.

Nếu các cấu trúc vi mô này vẫn tồn tại cùng với ứng suất dư và hydro cao, mối hàn có thể trở nên dễ bị nứt hoặc gãy giòn hơn.

Xử lý nhiệt thích hợp có thể giúp cải thiện cấu trúc luyện kim của mối hàn và có thể tăng cường:

• độ dẻo dai

• độ dẻo

• Độ ổn định kích thước

• Chống nứt

• Hiệu suất cơ học tổng thể

4. Quy trình gia nhiệt tổng thể và xử lý nhiệt sau hàn

Một quy trình kiểm soát chất lượng hàn điển hình có thể bao gồm:

Nhận dạng vật liệu → Đánh giá quy trình hàn → Gia nhiệt trước → Kiểm tra nhiệt độ → Hàn → Kiểm soát nhiệt độ giữa các bước → Kiểm tra mối hàn → Loại bỏ hydro hoặc PWHT khi cần thiết → Kiểm tra lần cuối

Việc kiểm soát nhiệt độ phải được theo dõi trong suốt quá trình hàn bằng thiết bị đo thích hợp.

Đối với các dự án kết cấu thép quan trọng, quy trình hàn, nhiệt độ gia nhiệt trước, nhiệt độ giữa các lớp và các yêu cầu xử lý sau hàn phải được xác định rõ ràng trong WPS đã được phê duyệt và tài liệu chất lượng dự án.

5. Có cần gia nhiệt sơ bộ và PWHT cho mọi kết cấu thép không?

KHÔNG.

Không phải mọi kết cấu thép hàn đều yêu cầu gia nhiệt trước hoặc xử lý nhiệt sau hàn.

Liệu các quá trình này có cần thiết hay không phụ thuộc vào các yếu tố như:

• Lớp vật liệu thép

• Tương đương cacbon

• Độ dày tấm

• Tầm quan trọng về mặt kết cấu

• Kiềm chế khớp

• Quá trình hàn

• Điều kiện dịch vụ

• Tiêu chuẩn quốc tế áp dụng

• Yêu cầu kỹ thuật dành riêng cho dự án

Đối với các bộ phận bằng thép cacbon thông thường có tiết diện tương đối mỏng và độ kiềm chế ở mối nối thấp, có thể không cần phải xử lý nhiệt trên diện rộng.

Tuy nhiên, đối với các tấm dày, thép cường độ cao, thép hợp kim, các bộ phận chịu tải quan trọng hoặc các mối hàn có độ bền cao, việc kiểm soát nhiệt độ trở nên quan trọng hơn nhiều.

Phần kết luận

Gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau hàn không chỉ đơn giản là các quy trình hàn bổ sung. Khi được yêu cầu bởi vật liệu, thiết kế mối nối, quy trình hàn hoặc thông số kỹ thuật, chúng là các biện pháp kiểm soát chất lượng quan trọng để cải thiện độ tin cậy của mối hàn kết cấu thép.

Kiểm soát nhiệt độ thích hợp có thể giúp giảm vết nứt do hydro gây ra, kiểm soát tốc độ làm mát, giảm ứng suất dư, giảm thiểu biến dạng và cải thiện độ bền cũng như hiệu suất tổng thể của các kết nối hàn.

Tại ZSJH STEEL , các thông số hàn được kiểm soát theo quy trình chế tạo đã được phê duyệt, thông số kỹ thuật của dự án, yêu cầu vật liệu và tiêu chuẩn chất lượng hiện hành. Từ chuẩn bị vật liệu và hàn đến kiểm tra, xử lý bề mặt và giao hàng cuối cùng, chúng tôi cung cấp dịch vụ chế tạo kết cấu thép tích hợp cho các dự án công nghiệp và thương mại trên toàn thế giới.

Bạn đang tìm đối tác sản xuất kết cấu thép đáng tin cậy?

Gửi cho chúng tôi bản vẽ, thông số kỹ thuật hoặc yêu cầu dự án của bạn. Đội ngũ kỹ thuật và sản xuất của chúng tôi có thể hỗ trợ chế tạo kết cấu thép, hàn, kiểm tra chất lượng, đóng gói, giao hàng xuất khẩu và hướng dẫn lắp đặt theo yêu cầu.