Giáo trình Công nghệ hàn - Phần VIII: Khuyết tật hàn và các phương pháp kiểm tra

PHẦN VIII

KHUYẾT TẬT HÀN

VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA

CÁC DẠNG KHUYẾT TẬT MỐI HÀN

Những sai lệch về hình dạng, kích thước và tổ chức kim loại của kết cấu hàn so với

tiêu chuẩn thiết kế và yêu cầu kỹ thuật, làm giảm độ bền và khả năng làm việc của nó,

được gọi là những khuyết tật hàn.

1. NỨT

NỨT - Là một trong những khuyết tật nghiêm trọng nhất của liên kết

hàn, nứt có thể xuất hiện trên bề mặt mối hàn, trong mối hàn và vùng

ảnh hưởng nhiệt.

Vết nứt có thể xuất hiện ở các nhiệt độ khác nhau

∗ Nứt nóng:

Xuất hiện trong quá trình kết tinh của liên kết hàn khi nhiệt độ

còn khá cao, trên 1000⁰C.

∗ Nứt nguội:

Xuất hiện sau khi kết thúc quá trình hàn và ở nhiệt độ dưới

1000⁰C, nứt nguội có thể xuất hiện sau vài giờ hoặc sau vài

ngày.

Vết nứt có các kích thước khác nhau, có thể là nứt tế vi hay nứt thô

dại. Các vết nứt thô có thể gây phá huỷ kết cấu ngay khi làm việc. Các

vết nứt tế vi, trong quá trình làm việc của kết cấu sẽ phát triển rộng

dần ra tạo thành cá vết nứt thô dại

Có thể phát hiện các vết nứt bằng mắt thường hoặc với kính lúp đối

với các vết nứt thô dại và nằm ở bề mặt của liên kết hàn. Đối với các

vết nứt tế vi và nằm bên trong mối hàn chỉ có thể phát hiện được khi

dùng các phương pháp kiểm tra như siêu âm, kiểm tra từ tính, chụp X

quang, v.v…

1

Khuyết tật và phương pháp kiểm tra – VTH/Apave

NGUYÊN NHÂN VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

Dạng

Nguyên nhân

vết nứt

Khắc phục

8 Sử dụng vật liệu hàn chưa đúng. 8 Sử dụng vật liệu hàn phù hợp

8 Tồn tại sức căng lớn trong liên 8 Giải phóng các lực kẹp chặt cho

kết hàn

liên kết hàn khi hàn, tăng khả

năng điền đầy khi hàn

Nứt dọc 8 Tốc độ nguội cao

8 Gia nhiệt trước cho vật liệu hàn,

giữ nhiệt cho liên kết hàn để

giảm tốc độ nguội của vật hàn

8 Bố trí so le các lớp hàn

8 Sử dụng liên kết hàn hợp lý, vát

mép, giảm khe hở…

8 Bố trí các lớp hàn chưa hợp lý

8 liên kết hàn không hợp lý

8 Vị trí kết thúc hồ quang bị lõm, 8 Sử dụng thiết bị hàn hợp lý, có

Nứt ở

vùng kết

tồn tại nhiều tạp chất

chế độ riêng cho lúc gây hồ

quang và kết thúc hồ quang

8 Sử dụng các tấm hàn nối ở vị trí

bắt đầu và kết thúc hồ quang, để

các vị trí này nằm ngoài liên kết

hàn

thúc hồ 8 Hồ quang không được bảo vệ

quang

8 Sử dụng vật liệu hàn chưa đúng. 8 Sử dụng vật liệu phù hợp

Nứt

ngang

8 Tốc độ nguội cao

8 Mối hàn quá nhỏ so với kết thúc

của phần liên kết

8 Tăng dòng điện và kích thước

điện cực hàn. Gia nhiệt

2. RỖ KHÍ

RỖ KHÍ - sinh ra do hiện tượng khí trong kim loại mối hàn không kịp

thoát ra ngoài khi kim loại mối hàn đông đặc.

Rỗ khí có thể sinh ra ở bên trong hoặc trên bề mặt mối hàn, có thể tập

trung hoặc nằm rời rạc trong mối hàn.

2

Khuyết tật và phương pháp kiểm tra – VTH/Apave

Sự tồn tại của rỗ khí trong mối hàn sẽ làm giảm tiết diện làm việc,

giảm cường độ chịu lực và độ kín của liên kết hàn.

NGUYÊN NHÂN

∗ Hàm lượng các bon trong kim loại cơ bản hoặc trong vật hàn

quá cao.

∗ Vật liệu hàn bị ẩm, bề mặt chi tiết hàn khi hàn bị bẩn, dính dầu

mỡ, gỉ, hơi nước…

∗ Chiều dài hồ quang lớn, tốc độ hàn quá cao

BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

∗ Dùng vật liệu hàn có hàm lượng các bon thấp

∗ Trước khi hàn vật liệu hàn phải được sấy khô, bề mặt phải

được làm sạch.

∗ Giữ chiều dài cột hồ quang ngắn, giảm tốc độ hàn.

∗ Sau khi hàn không gõ xỉ hàn ngay, kéo dài thời gian giữ nhiệt

cho mối hàn

∗ Riêng đối với hàn có khí bảo vệ (MIG/MAG…) Sử dụng khí

bảo vệ phù hợp, có độ tinh khiết cao, lưu lượng khí cấp cho

mối hàn khi hàn phải đủ…

3. LẪN XỈ

LẪN XỈ - là loại khuyết tật rất rễ xuất hiện trong mối hàn, xỉ hàn và

tạp chất phi kim loại có thể tồn tại trong mối hàn, cũng có thể trên bề

mặt mối hàn hoặc ở chân mối hàn…

Mối hàn bị lẫn xỉ hàn sẽ có ảnh hưởng lớn đến độ dai va đập và tính

dẻo của kim loại mối hàn, làm giảm khả năng làm việc của liên kết

hàn dưới tác dụng của tải trọng động.

3

Khuyết tật và phương pháp kiểm tra – VTH/Apave

NGUYÊN NHÂN

∗ Dòng điện hàn quá nhỏ, không đủ nhiệt lượng để cung cấp cho

kim loại nóng chảy và xỉ khó thoát ra khỏi vũng hàn.

∗ Mép hàn chưa được làm sạch hoặc khi hàn đính hay hàn nhiều

lớp chưa gõ sạch xỉ.

∗ Góc độ hàn chưa hợp lý và tốc độ hàn quá cao.

∗ Tốc độ làm nguội quá nhanh, xỉ không kịp thoát ra ngoài.

BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

∗ Tăng dòng điện hàn cho thích hợp, hàn bằng hồ quang ngắn và

tăng thời gian dừng lại của hồ quang

∗ Làm sạch vật hàn trước khi hàn, gõ sạch xỉ ở mối hàn đính và

các lớp hàn.

∗ Thay đổi góc độ và phương pháp di chuyển que hàn cho hợp

lý, giảm tốc độ hàn tránh xỉ trộn lẫn vào trong vũng hàn hoặc

chảy về phía trước vũng hàn.

4. KHÔNG NGẤU

HÀN KHÔNG NGẤU - là khuyết tật nghiêm trọng trong liên kết hàn,

nó có thể dẫn đến nứt.

Hàn không ngấu sinh ra ở góc mối hàn, mép hàn hoặc giữa các lớp

hàn. Phần lớn kết cấu bị phá huỷ đều do hàn không ngấu.

NGUYÊN NHÂN

∗ Mép hàn chuẩn bị chưa hợp lý, góc vát quá nhỏ

∗ Dòng điện hàn quá nhỏ hoặc tốc độ hàn quá nhanh

∗ Góc độ que hàn chưa hợp lý và cách đưa điện cực không hợp

lý.

∗ Chiều dài cột hồ quang quá lớn

BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

∗ Làm sạch liên kết trước khi hàn, tăng góc vát và khe hở hàn

∗ Tăng dòng điện hàn và giảm tốc độ hàn…

4

Khuyết tật và phương pháp kiểm tra – VTH/Apave

5. CHÁY CHÂN

CHÁY CHÂN - là phần bị lõm thành rãnh dọc theo ranh giới giữa

kim loại cơ bản và kim loại đắp. Bao gồm cả chân mối hàn ở mặt

trước và ở chân mối hàn ngấu.

Cháy chân làm giảm tiết diện của liên kết hàn, tạo sự tập chung ứng

suất cao và dẫn đến sự phá huỷ của kết cấu trong quá trình sử dụng.

NGUYÊN NHÂN

∗ Dòng điện hàn quá lớn

∗ Chiều dài cột hồ quang quá lớn

∗ Góc độ que hàn và cách đưa que hàn chưa hợp lý

∗ Sử dụng chưa đúng kích thước điện cực hàn

BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

∗ Khi dao động mỏ sang hai bên mối hàn có thời gian dừng để

cho kim loại phụ điền đầy vào hai bên.

∗ Đảm bảo đúng góc độ chuyển động của que hàn

∗ Điều chỉnh lại chế độ dòng điện, điện áp.

∗ Điều chỉnh lại khoảng cách cột hồ quang, từ đầu mỏ xuống tới

vật hàn là 10 - 15mm.

∗ Điều chỉnh lại vận tốc hàn, và góc độ mỏ cho phù hợp

∗ Hạn chế sự thổi tạt hồ quang bằng cách che chắn gió.

6. HIỆN TƯỢNG BẮN TOÉ

Khuyết tật này là hiện tượng bắn toé kim loại lên vật hàn, do vật hàn

không đảm bảo chất lượng, thiếu khí bảo vệ hoặc sử dụng không đúng

loại khí, gây mất thẩm mỹ liên kết hàn.

NGUYÊN NHÂN

∗ Chiều dài cột hồ quang quá cao

∗ Bề mặt mối hàn bị bẩn hoặc dầu mỡ.

∗ Tốc độ ra dây lớn quá cháy không hết

∗ Hồ quang bị thổi tạt

∗ Góc độ mỏ hàn nghiêng quá.

BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

∗ Điều chỉnh lại khoảng cách cột hồ quang cho thích hợp

5

Khuyết tật và phương pháp kiểm tra – VTH/Apave

∗ Vệ sinh bề mặt mối hàn cho sạch sẽ trước khi hàn

∗ Điều chỉnh lại chế độ ra dây phù hợp với điện áp hồ quang

∗ Che chắn gió để không có hiện tượng gió thổi lệch hồ quang

∗ Chỉnh lại góc độ mỏ hàn cho phù hợp, thường từ 90 - 105⁰so

với hướng han và vuông góc với hai bên.

7. SỰ BIẾN DẠNG

Sự biến dạng là những khuyết tật làm sai lệch hình dáng mặt ngoài

của liên kết hàn, làm nó không thoả mãn với các yêu cầu kỹ thuật và

thiết kế.

∗ Chiều cao phần nhô hoặc chiều rộng của mối hàn không đồng

đều.

∗ Đường hàn vặn vẹo không phẳng

∗ Bề mặt mối hàn nhấp nhô

NGUYÊN NHÂN

∗ Gá lắp và chuẩn bị mép hàn chưa hợp lý

∗ Trình tự hàn không đúng

∗ Vật liệu hàn không đảm bảo chất lượng

∗ Tốc độ hàn và dòng điện hàn lớn.

BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

∗ áp dụng quy trình hàn thứ tự phù hợp

∗ Hàn gá từng phần và văng chống sự biến dạng

∗ Vát mép hàn đúng góc độ và gá mẫu hàn theo đúng yêu cầu

∗ Điều chỉnh lại chế độ dòng điện, điện áp.

CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA

Mục đích của phương pháp kiểm tra chất lượng liên kết hàn là xác định khả năng

đáp ứng các điều kiện làm việc của liên kết hàn, cụ thể xác định các tính chất cơ

học, hoá học, kim loại học và xác định các khuyết tật,

Ngoài ra việc kiểm tra chất lượng mối hàn còn được dùng để phân loại các quy trình

hàn và trình độ tay nghề thợ hàn.

Các phương pháp kiểm tra được chia thành hai phương pháp chính

KIỂM TRA PHÁ HUỶ

&

KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HUỶ

6

Khuyết tật và phương pháp kiểm tra – VTH/Apave

1 KIỂM TRA BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÁ HUỶ

1.1 KIỂM TRA CƠ TÍNH CỦA MỐI HÀN

Mục đích của việc kiểm tra này là xác định đặc tính cơ học của liên kết

hàn để so sánh với cơ tính của kim loại cơ bản. Qua đó, cũng có cơ sở để

đánh giá trình độ tay nghề của người thợ hàn một cách chính xác hơn.

Căn cứ vào yêu cầu kỹ thuật, khả năng thiết bị kiểm tra, quy trình hàn

được áp dụng, mà tiến hành thử kéo, thử uốn, thử độ cứng và độ dai va

đập của liên kết dưới tác dụng của tải trọng tĩnh hoặc tải trọng động.

Các phương pháp kiểm tra.

∗ Kiểm tra thử kéo

∗ Kiểm tra thử uốn

∗ Kiểm tra độ dai va đập

Để thử kéo, thử uốn hoặc các phương pháp thử độ dai va đập… các mẫu

được cắt ra từ phần kim loại đắp của liên kết hàn và được gia công cơ khí

để đạt được hình dạng và kích thước theo các tiêu chuẩn được áp dụng…

1.2 KIỂM TRA CẤU TRÚC CỦA LIÊN KẾT HÀN

Gồm có hai dạng là: Kiểm tra thô và kiểm tra tế vi

KIỂM TRA THÔ - được tiến hành trực tiếp với các mẫu thử

kim loại hoặc các mặt gãy của chúng. Các mẫu thử được cắt ra

từ liên kết hàn, mài bóng và tẩy sạch bằng dung dịch axit nitric

25% rồi dùng kính lúp hoặc mắt thường để phát hiện khuyết tật

của liên kết hàn, có thể khoan lấy mẫu ngay trên kim loại đắp

để nghiên cứu.

Thường dùng các mũi khoan có đường kính rộng hơn chiều

rộng của mối hàn 3mm để lấy cả phần kim loại cơ bản và kim

loại mối hàn.

KIỂM TRA CẤU TRÚC TẾ VI - được tiến hành dưới loại

kính lúp có độ phóng đại lớn (100-500 lần), nhờ vậy có thể xác

định được dễ dàng và chính xác chất lượng kim loại của liên

kết hàn.

7

Khuyết tật và phương pháp kiểm tra – VTH/Apave

2 KIỂM TRA BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÔNG PHÁ HUỶ

Đây là phương phương pháp kiểm tra được thực hiện trực tiếp với liên kết

hàn và trên sản phẩm hàn cụ thể mà không gây nên biến đổi đặc tính của

sản phẩm.

2.1 KIỂM TRA BẰNG MẮT THƯỜNG

Đây là phương pháp được sử dụng thông dụng để kiểm tra toàn bộ

quá trình hàn, cụ thể là kiểm tra trước khi hàn, trong khi và sau khi

hàn.

Phương pháp này dễ thực hiện, có thể giúp tránh được các khuyết tật

hoặc phát hiện sớm các khuyết tật trong khi hàn.

Kiểm tra trước khi hàn

∗ Kiểm tra bản vẽ, các tiêu chuẩn đặt ra cho liên kết hàn

∗ Kiểm tra chứng chỉ vật liệu được sử dụng có đủ và phù hợp với

yêu cầu không

∗ Kiểm tra gia công gá lắp, khe hở và mép vát có đúng với thiết

kế không

∗ Kiểm tra độ sạch của liên kết hàn

Kiểm tra trong khi hàn

∗ Kiểm tra các thông số của quy trình hàn.

∗ Loại vật liệu hàn tiêu hao.

∗ Nhiệt độ nung nóng trước khi hàn (nếu được yêu cầu)

∗ Vị trí hàn và chất lượng bề mặt vật hàn

∗ Trình tự hàn

∗ Sử lý các mối hàn đính và vệ sinh giữa các lớp hàn.

∗ Kích thước liên kết hàn

∗ Nhiệt độ và thời gian sử lý nhiệt sau khi hàn.

Kiểm tra sau khi hàn

∗ Làm sạch bề mặt liên kết hàn (bề mặt mối hàn và vùng kim

loại cơ bản)

∗ Quan sát kỹ bằng mắt thường hoặc bằng kính lúp

∗ Kiểm tra kích thước của mối hàn so với bản vẽ thiết kế.

8

Khuyết tật và phương pháp kiểm tra – VTH/Apave

2.2 KIỂM TRA BẰNG DUNG DỊCH CHỈ THỊ MÀU

Đây là phương pháp sử dụng các dung dịch để thẩm thấu vào các vết

nứt, rỗ khí nhỏ của liên kết hàn mà không thể quan sát được bằng mắt

thường, sau đó dùng các chất hiển thị màu phát hiện ra vị trí mà dung

dịch thẩm thấu còn nằm lại ở các vết nứt cũng như rỗ khí.

Chú ý: Phương pháp này chỉ phát hiện được các khuyết tật mở ra trên bề

mặt vật liệu cần kiểm tra.

Thông thường sử dụng 3 loại dung dịch và được tiến hành theo các bước

sau:

∗ Dùng dung dịch làm sạch để tẩy sạch bề mặt mối hàn

∗ Phun dung dịch thẩm thấu lên bề mặt mối hàn

∗ Sau khi đủ thời gian để dung dịch thẩm thấu vào các vết nứt, rỗ

khí, thì lau sạch bề mặt mối hàn.

∗ Dùng dung dịch hiển thị màu phun lên vùng mối hàn vừa thực

hiện các bước trên để phát hiện khuyết tật.

Phương pháp này có tính ưu việt là đơn giản, dễ thực hiện, phát hiện

được cả các khuyết tật nhỏ không quan sát được bằng mắt thường một

cách nhanh chóng, tuy nhiên nó không phát hiện được những khuyết tật

nằm bên trong của liên kết hàn và chiều sâu của khuyết tật.

2.3 KIỂM TRA BẰNG TỪ TÍNH

Dùng bột sắt từ rắc trong trường của nam châm tự nhiên hay điện từ thì

nó sẽ phân bố theo quy luật của các đường sức từ. Quy luật này trước

tiên phụ thuộc vào sự đồng nhất của cấu trúc sắt từ, nếu như trên đường

đi các đường sức từ gặp phải các vết nứt, khe hở… thì quy luật phân bố

của các đường sức từ thay đổi so với những khu vực khác do có sự khác

nhau về độ thẩm từ. Khi gặp các khuyết tật các đường sức từ tản ra bao

xung quanh lấy các khuyết tật đó.

Dựa vào nguyên lý đó người ta tiến hành kiểm tra bằng cách rắc bột sắt

lên bề mặt mối hàn, sau đó đặt kết cấu hàn vào trong một từ trường rồi

nhìn vào sự phân bố các đường sức từ để có thể phát hiện và phân biệt

được khuyết tật

Phương pháp này chỉ áp dụng đối với các vật liệu từ tinh, nó cho phép

phát hiện các khuyết tật nứt bề mặt có kích thước rất nhỏ, các khuyết tật

ở phía dưới bề mặt liên kết hàn như:

∗ Nứt ở vùng ảnh hưởng nhiệt

∗ Hàn không ngấu

∗ Nứt phía dưới bề mặt

∗ Rỗ khí, lẫn xỉ

9

Khuyết tật và phương pháp kiểm tra – VTH/Apave

2.4 KIỂM TRA BẰNG TIA PHÓNG XẠ (RƠNGHEN VÀ GAMMA)

Tia X và tia Gamma là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn, tần số dao

động và năng lượng rất cao có thể đi xuyên qua khối kim loại dày. Một

phần bức xạ tia X và tia gamma bị hấp thụ, một phần sẽ đi qua mẫu kiểm

tra, lượng hấp thụ và lượng đi qua được xác định theo chiều dày của

mẫu.

Khi có khuyết tật bên trong, chiều dày hấp thục bức xạ sẽ giảm, điều này

tạo phần khác biệt trong phần hấp thụ, được ghi lại trên phim ở dạng

hình ảnh bóng gọi là ảnh bức xạ.

Giải đoán phim sẽ cho phép phát hiện các khuyết tật bên trong vật hàn

một cách chính xác.

Phương pháp này cho phép phát hiện được tất cả các loại khuyết tật trừ

các vết nứt vi nhỏ.

2.5 KIỂM TRA BẰNG SIÊU ÂM

Sóng siêu âm là dạng sóng âm thanh dao động đàn hồi trong môi trường

vật chất nhất định, khi truyền qua biên giới giữa các môi trường vật chất

khác nhau sóng siêu âm sẽ bị khúc xạ hay phản trở lại. Dựa vào đặc tính

đó, người ta đã chế tạo được các loại máy dò siêu âm để phát hiện các

khuyết tật nằm sâu trong lòng kim loại.

Phương pháp này cho phép phát hiện các vết nứt, hàn không ngấu, rỗ

khí, kẹt xỉ,…và cả những thay đổi rất nhỏ ở vùng ảnh hưởng nhịêt của

liên kết hàn.

Quan sát trên màn ảnh của máy bằng những xung hiển thị, có thể cho

phép biết được chính xác vị trí của các khuyết tật.

2.6 PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA ĐỘ KÍN CỬA LIÊN KẾT HÀN

Kiểm tra độ kín bằng áp lực khí

Trước lúc kiểm tra cần bịt kín, sau đó bơm khí vào (không khí

hoặc khí trơ) đến một áp suất nhất định nào đó, sau đó bôi

nước xà phòng lên mặt ngoài mối hàn và quan sát (100 gam xà

phòng trên một lít nước).

Những chỗ bị rò rỉ sẽ được phát hiện theo các vị trí mà bong

bóng xà phòng nổi lên.

10

Khuyết tật và phương pháp kiểm tra – VTH/Apave

Kiểm tra bằng áp lực nước

Để kiểm tra người ta bơm nước vào kết cấu cần kiểm tra, tạo

một áp suất dư cao hơn áp suất làm việc 1,5 đến 2 lần và giữ áp

suất đó trong vòng 5 - 6 phút.

Giai đoạn tiếp theo là hạ áp xuống đến áp suất làm việc rồi

dùng búa gõ nhẹ vùng xung quanh mối hàn (rộng 15 - 20mm)

và quan sát xem nước có rò rỉ ra không.

Đối với những kết cấu hở như bồn chứa, thùng,…chỉ cần thử

bằng cách bơm nước vào và giữ trong vòng 2 - 24 giờ và quan

sát xem nước có bị rò rỉ ra không.

Kiểm tra bằng phương pháp tạo chân không

Chỉ áp dụng trong điều kiện không tiến hành được bằng các

phương pháp thử kín trên (ví dụ như: đáy bồn, bể…)

Trước tiên bôi nước xà phòng lên mối hàn cần kiểm tra. Đặt

buồng chân không trực tiếp lên vùng mối hàn cần kiểm tra, tại

các viền xung quanh buồng chân không có roăng cao su để tạo

độ kín cần thiết với vật liệu kiểm tra, độ chân không được tạo

ra nhờ có bơm chân không đặt ở phía ngoài.

Do có sự chênh lệch lớn về áp suất, không khí sẽ chui vào

buồng chân không qua các khuyết tật, nắp đậy được thiết kế

trong suốt qua đó ta có thể quan sát vị trí các khuyết tật theo

các bong bóng xà phòng.

11

Khuyết tật và phương pháp kiểm tra – VTH/Apave