Hàn Thép 4140: Gia Nhiệt Trước, Vật Liệu Hàn và Thực Hành Sau Hàn

Vì sao 4140 cần thận trọng

4140 (42CrMo4, SCM440) là thép crom-molypden carbon trung bình với đương lượng carbon thường khoảng 0.75–0.85 — đủ cao để vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) dễ dàng hình thành mactenxit cứng, giòn khi mối hàn nguội. Hầu như mọi sự cố khi hàn 4140 đều bắt nguồn từ một trong ba nguyên nhân: gia nhiệt trước quá ít, hydro trong kim loại đắp, hoặc không xử lý nhiệt sau hàn.

Gia nhiệt trước: xác định theo CEV và chiều dày

Gia nhiệt trước làm chậm tốc độ nguội để HAZ duy trì dưới khoảng độ cứng nơi các vết nứt hydro hình thành. Các phạm vi làm việc được sử dụng trong thực tế:

Tổng chiều dày liên kết	Gia nhiệt trước điển hình
Dưới ~12 mm	150–200 °C
12–25 mm	200–250 °C
25–50 mm	250–300 °C
Trên 50 mm	300–350 °C

Các liên kết dày hơn, bị kìm giữ nhiều hơn nằm ở đầu trên của mỗi phạm vi. Gia nhiệt toàn bộ khu vực liên kết — khoảng 75 mm ở mỗi phía của đường hàn — và kiểm tra bằng bút sáp đo nhiệt độ hoặc hỏa kế, không kiểm tra bằng màu sắc. Duy trì nhiệt độ trong suốt toàn bộ liên kết; nếu việc hàn bị gián đoạn, hãy để liên kết nguội chậm dưới lớp cách nhiệt và thiết lập lại gia nhiệt trước khi bắt đầu lại.

Vật liệu tiêu hao và kỹ thuật

• Sử dụng các quy trình và que hàn hydro thấp (que SMAW bazơ được sấy đúng cách, hoặc hàn GMAW dây đặc với dây khô, sạch). Que hàn xenlulo không có chỗ ở đây.
• Độ bền của vật liệu hàn là một lựa chọn thiết kế: vật liệu hàn tương đương (ví dụ loại 110–120 ksi, hoặc loại ER80S-D2 cho độ bền vừa phải) phù hợp cho sửa chữa kết cấu, trong khi kim loại đắp mềm hơn, dẻo hơn như vật liệu austenit loại 309 hoặc vật liệu gốc niken đôi khi được chọn cho đắp bù và sửa chữa chịu nứt — với cái giá là độ bền của liên kết.
• Giữ nhiệt lượng đầu vào ở mức vừa phải. Nhiệt lượng đầu vào rất thấp làm tăng nguy cơ nứt; nhiệt lượng đầu vào rất cao làm rộng vùng bị mềm hóa và vùng bị cứng hóa và làm giảm độ dai.
• Tránh miệng hố hồ quang và bắt đầu/dừng đột ngột — nứt miệng hố là khuyết tật điển hình của 4140.

Hàn hạt ram và PWHT

Đối với các sửa chữa mà một chu trình lò đầy đủ là không thực tế, trình tự hạt ram — mỗi đường hàn ram đường hàn bên dưới, kết thúc bằng một lớp ram cuối cùng sẽ được mài bỏ sau đó — có thể thay thế một phần, nhưng nó phải là một quy trình đã được chứng nhận, không phải ứng biến.

Theo nguyên tắc, 4140 đã hàn nên được xử lý nhiệt sau hàn: ram khử ứng suất khoảng từ 550 °C đến nhiệt độ ram ban đầu của vật liệu nền (không bao giờ vượt quá nhiệt độ đó, nếu không độ bền sẽ bị mất). Nhiều xưởng ram chi tiết đã hàn ngay sau khi hàn mà không để nó nguội hoàn toàn xuống nhiệt độ phòng, điều này ngăn chặn nứt hydro trong thời gian chờ.

Danh sách kiểm tra thực tế

1. Làm sạch đến kim loại sáng; loại bỏ hoàn toàn dầu, vảy và vật liệu bị nứt — mài bỏ các vết nứt và kiểm tra bằng thẩm thấu màu trước khi hàn.
2. Thiết lập và giữ gia nhiệt trước; theo dõi nhiệt độ giữa các đường hàn.
3. Vật liệu tiêu hao hydro thấp, nhiệt lượng đầu vào vừa phải, không dao động cực đoan.
4. Nguội chậm dưới lớp cách nhiệt, sau đó PWHT hoặc ram.
5. Chờ ít nhất 48 giờ trước khi kiểm tra nứt cuối cùng đối với công việc quan trọng — vết nứt hydro có thể xuất hiện chậm.