Các kỹ thuật hàn thông dụng

Hàn là một kỹ thuật phổ biến để kết nối các vật liệu thông qua quá trình nung chảy kim loại hay phi kim, và kiểm tra các mối hàn kết cấu trong kim loại là ứng dụng phổ biến nhất trong các phương pháp phát hiện khuyết tật bằng siêu âm. Hàn có thể được thực hiện bằng một số phương pháp bao gồm điện, ngọn lửa khí và laser, nhưng đối với việc kiểm tra siêu âm thì hình dạng của mối hàn được quan tâm nhiều hơn so với kỹ thuật tạo ra mối hàn. Các mối hàn kết cấu phổ biến thường được sử dụng để nối ống, tấm và cấu trúc kim loại. Hiện nay, có các phương pháp hàn chính sau đây:

• Hàn gió đá (còn gọi là Hàn khí): Hàn gió (Oxy) đá (Acetylen hay gas). Phương pháp này sử dụng các khí trên để gia nhiệt cho chi tiết hàn đạt tới trạng thái nóng chảy và liên kết với nhau.
• Hàn hồ quang điện (Arc welding), gọi tắt là Hàn điện hay Hàn que. Phương pháp này dùng hồ quang điện được tao ra bởi que hàn để làm nóng chảy kim loại hàn và ngay cả que hàn để điền vào vị trí hàn.
• Hàn hồ quang dưới khí bảo vệ T.I.G: Tungsten inert gas. Phương pháp này dùng hồ quang được tạo ra bởi điện cực Tungsten và dùng khí trơ (khí Argon) để bảo vệ mối hàn.
• Hàn hồ quang dưới khí bảo vệ M.I.G: metal inert gas. Thay vì dùng que hàn, người ta dùng 01 cuộn dây kim loại làm điện cực hàn. Điện cực này là dạng điện cực nóng chảy được cung cấp một cách liên tục nhưng vẫn được người thợ hàn điều khiển nên còn gọi là hàn bán tự động. Trong phương pháp này, người ta dùng khí hoạt tính (CO2) hay khí trơ (Argon) để làm khí bảo vệ mối hàn.
• Hàn Plasma, đây là một dạng biến thể của hàn hồ quang [1-8].
• Hàn Laser là công nghệ hàn cao cấp sử dụng năng lượng của các nguồn laser.
• Hàn tia điện tử.
• Các quá trình hàn đặc biệt khác: hàn nổ, hàn TIG điện cực nén, hàn ma sát, hàn đảo trộn, hàn nấu.

Các khuyết tật bên trong mối hàn

Không thấu chân (LOP)

Không thấu chân xảy ra khi phần dưới của vùng hàn không chạm tới chân của mối nối để hàn bề mặt đối diện của chi tiết. Để khắc phục bất liên tục này, có thể tăng dòng điện, giảm tốc độ hàn hoặc thay đổi hình dạng của mép mối hàn.

Nứt

Nứt có thể xuất hiện trên bề mặt mối hàn, trong mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn. 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 1000C.
• 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 đại. 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 các vết nứt thô đại

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

Rỗ khí

Khuyết tật 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 nằm ở phần ranh giới giữa kim loại cơ bản và kim loại đắp và có thể sinh ra ở bên trong hoặc trên bề mặt mối hàn, có thể tập trung hoặc nằm rời rạc trong mối hàn.

Lẫn xỉ (kẹt xỉ)

Lẫn xỉ là loại khuyết tật dễ xuất hiện trong mối hàn. Xỉ hàn và tạp chất có thể tồn tại trong mối hàn, cũng có thể nằm trên bề mặt mối hàn, chỗ giáp ranh giữa kim loại mối hàn và phàn kim loại cơ bản. Lẫn xỉ ảnh hưởng đến độ bền, độ dai va đập và tính dẻo của kim loại mối hàn, giảm khả năng làm việc của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng động.

Không ngấu (LOF)

Hàn không ngấu sinh ra ở góc mối hàn, mép hàn hoặc giữa các lớp mối hàn. Hàn không ngấu là khuyết tật nghiêm trọng trong liên kết hàn, nó có thể dẫn đến nứt. Phần lớn kết cấu bị phá huỷ đều do hàn không ngấu.

Cháy chân (Undercut)

Cháy chân hay lõm chân là phần bị lẹm (lõm, khuyết) thành rãnh dọc theo ranh giới giữa kim loại cơ bản và kim loại đắp. Cháy chân làm giảm tiết diện làm việc của mối hàn, tạo sự tập trung ứng suất cao và có thể dẫn đến sự phá huỷ của kết cấu trong quá trình sử dụng.

Chảy loang (Overlap)

Chảy loang là hiện tượng kim loại lỏng chảy loang trên bề mặt của liên kết hàn (bề mặt kim loại cơ bản – vùng không nóng chảy). Chảy loang tạo ra sự tập trung ứng suất, làm sai lệch hình dạng của liên kết hàn.

Bắn tóe (Spatter)

Sự bắn tung tóe xảy ra với các giọt hàn nóng chảy bắn ra khỏi vùng mối hàn. Để điều chỉnh dạng khuyết tật này, có thể giảm dòng điện và kiểm soát sự không ổn định trong quá trình truyền năng lượng tới kim loại hàn.

Các khuyết tật kiểm tra trực quan (VT)

Burn thought

Ground flush root

Splater

Lack of root fussion

Cap undercut intermitment

Slag inclusion

Arc strike

Overlap and excessive cap height

Excess penetration

Blow hole

Poor stop/start

LSWF

Mechanical damage

Parent mechanical damage

Porosity

Incomplete filled groove

Mechanical damage

Suspect crater cracking

Các khuyết tật khi chụp ảnh phóng xạ (RT)

Giải đoán khuyết tật khi kiểm tra siêu âm (UT)

Giải đoán các dạng sóng siêu âm luôn đòi hỏi người kiểm tra được đào tạo và tích lũy kinh nghiệm phù hợp. Kỹ thuật viên được đào tạo có thể sử dụng các đặc điểm xung tín hiệu phản hồi để xác định hình dạng và vị trí của một khiếm khuyết. Nội dung của bài này cung cấp một cái nhìn tổng quan đơn giản nhất về một số chỉ thị thường gặp. Lưu ý rằng các ví dụ này chỉ nhằm mục đích trình bày khái niệm và không nhằm thay thế cho việc đào tạo chuyên sâu hơn.

Tham khảo thêm bài viết chi tiết cách giải đoán tín hiệu kiểm tra siêu âm mối hàn.