Chuyển đến nội dung chính

Weld Overlay Trong Thiết Bị Áp Lực: Hiểu Đúng Về Undiluted Layer, Fusion Line, HAZ và PMZ

Trong các thiết bị áp lực làm việc trong môi trường ăn mòn nghiêm trọng, giải pháp phổ biến là sử dụng weld overlay để tạo lớp bảo vệ chống ăn mòn trên nền thép carbon.

Tuy nhiên, trong quá trình xem xét hồ sơ chế tạo hoặc đánh giá kết quả kiểm tra luyện kim, kỹ sư thường gặp các thuật ngữ như:

  • Weld Overlay
  • Dilution
  • Undiluted Thickness
  • Fusion Line
  • HAZ
  • PMZ (Partially Melted Zone)

Nhiều trường hợp một lớp hàn đắp dày 10 mm nhưng chỉ có 5-6 mm được công nhận là lớp chống ăn mòn hiệu dụng. Điều này xuất phát từ bản chất luyện kim của quá trình hàn đắp và hiện tượng dilution.

Bài viết này giúp hệ thống hóa toàn bộ kiến thức cốt lõi liên quan đến vấn đề trên.

Overlay welding 

1. Weld Overlay là gì?

Weld Overlay (hàn đắp phủ) là quá trình hàn nhiều lớp kim loại hợp kim lên bề mặt một vật liệu nền nhằm tạo tính năng đặc biệt cho bề mặt.

Mục đích phổ biến nhất là:

  • Chống ăn mòn
  • Chống mài mòn
  • Chống xói mòn
  • Chịu nhiệt độ cao

Ví dụ điển hình:

Lớp hợp kim chống ăn mòn
========================
Thép carbon
########################

Giải pháp này giúp giảm đáng kể chi phí so với việc chế tạo toàn bộ thiết bị bằng vật liệu hợp kim đắt tiền.

Sơ đồ này thể hiện rõ sự thay đổi thành phần hợp kim (chiều dày Undiluted) qua từng lớp hàn đắp

2. Dilution - Yếu tố quyết định chất lượng lớp đắp

Khi hàn đắp, kim loại nền không chỉ được nung nóng mà còn bị nóng chảy một phần.

Kim loại nền nóng chảy hòa trộn với kim loại hàn tạo nên hiện tượng:

Dilution (pha loãng).

Minh họa đơn giản:

Kim loại hàn
+
Kim loại nền nóng chảy
=
Lớp đắp thực tế

Kết quả là thành phần hóa học của lớp đắp gần kim loại nền sẽ không còn giống hoàn toàn vật liệu hàn ban đầu.

Ví dụ:

Vật liệu đắp:
25% Cr
22% Ni

Sau dilution:
22% Cr
18% Ni

Khả năng chống ăn mòn sẽ giảm tương ứng.

3. Undiluted Layer là gì?

Undiluted Layer là phần lớp hàn đắp mà thành phần hóa học đã trở về gần hoặc đạt đúng yêu cầu thiết kế.

Hình dung theo chiều dày:

Môi chất công nghệ
================================
Undiluted Layer
--------------------------------
Partially Diluted Layer
--------------------------------
Highly Diluted Layer
================================
Kim loại nền

Như vậy:

  • Không phải toàn bộ chiều dày overlay đều có giá trị chống ăn mòn như nhau.
  • Phần gần fusion line thường chịu ảnh hưởng dilution mạnh nhất.
  • Phần gần bề mặt tiếp xúc môi chất thường có thành phần hóa học tốt nhất.

Đó là lý do trong nhiều specification người ta không chỉ quy định tổng chiều dày overlay mà còn quy định chiều dày undiluted tối thiểu.

4. Vì sao cần nhiều lớp hàn đắp?

Nếu chỉ thực hiện một lớp overlay:

Layer 1
========
Base Metal
##########

Lớp này sẽ chịu dilution rất cao.

Do đó thực tế thường sử dụng:

Layer 3
========
Layer 2
========
Layer 1
========
Base Metal
##########

Trong đó:

  • Layer 1 hấp thụ phần lớn dilution.
  • Layer 2 giảm ảnh hưởng dilution.
  • Layer 3 đạt thành phần hóa học gần với vật liệu đắp nhất.

Càng nhiều lớp, thành phần bề mặt càng ổn định.

5. Làm sao xác định chiều dày Undiluted?

Một hiểu nhầm khá phổ biến là có thể dùng thước hoặc UT để xác định chiều dày undiluted.

Thực tế không thể làm như vậy.

Chiều dày undiluted được xác nhận thông qua quá trình qualification của procedure hàn.

Các bước điển hình gồm:

Bước 1

Chế tạo mẫu thử bằng đúng quy trình hàn sản xuất.

Bước 2

Cắt ngang mẫu.

Bước 3

Thực hiện Macro Etching.

Bước 4

Phân tích thành phần hóa học tại nhiều độ sâu khác nhau.

Ví dụ:

1 mm: Cr = 25%
2 mm: Cr = 24,8%
3 mm: Cr = 24,6%
4 mm: Cr = 24,5%
5 mm: Cr = 24,3%
6 mm: Cr = 24,1%
7 mm: Cr = 22%
8 mm: Cr = 20%

Từ đó xác định được chiều sâu mà thành phần hóa học vẫn đáp ứng yêu cầu vật liệu.

Đó chính là chiều dày undiluted.

6. Macro Etching cho chúng ta biết điều gì?

Macro Etching là phép kiểm tra cơ bản nhưng rất quan trọng trong đánh giá weld overlay.

Một macro điển hình:

Surface
================================
Pass 3
--------------------------------
Pass 2
--------------------------------
Pass 1
================================
Fusion Line
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
HAZ
################################
Base Metal

Từ macro có thể xác định:

  • Số lớp hàn.
  • Hình dạng bead.
  • Độ ngấu.
  • Tổng chiều dày overlay.
  • Khuyết tật liên kết.

Tuy nhiên cần lưu ý:

Macro etching không thể chứng minh trực tiếp chiều dày undiluted.

Việc xác nhận undiluted luôn phải kết hợp với phân tích thành phần hóa học.

Minh họa lát cắt ngang (Cross-section) dùng trong thử nghiệm Macro

7. Fusion Line là gì?

Fusion Line là đường ranh giới giữa:

Weld Metal
|
Fusion Line
|
Base Metal

Đây là vị trí mà kim loại nền và kim loại hàn gặp nhau trong quá trình nóng chảy.

Fusion Line đóng vai trò rất quan trọng vì:

  • Là mốc đo chiều dày overlay.
  • Là vị trí có gradient cơ tính lớn.
  • Là khu vực nhạy cảm đối với nứt và ăn mòn.

Khi đo chiều dày overlay, kỹ sư luôn đo:

Surface


Fusion Line

Không đo đến hết HAZ.

8. HAZ là gì?

HAZ (Heat Affected Zone) là vùng kim loại nền:

  • Không nóng chảy.
  • Nhưng bị tác động nhiệt từ quá trình hàn.

Cấu trúc:

Overlay
========
Fusion Line
~~~~~~~~~~
HAZ
##########
Base Metal

Tại đây có thể xảy ra:

  • Thay đổi tổ chức luyện kim.
  • Tăng độ cứng.
  • Giảm độ dai.
  • Tăng nhạy cảm với nứt.

Trong môi trường chứa H₂S, HAZ thường là khu vực cần kiểm tra hardness nghiêm ngặt nhất.

9. PMZ - Vùng thường bị bỏ quên

Giữa Fusion Line và HAZ thực tế tồn tại một vùng đặc biệt:

Weld Metal
|
Fusion Line
|
PMZ
|
HAZ
|
Base Metal

PMZ (Partially Melted Zone) là vùng nóng chảy một phần.

Đặc điểm:

  • Một số biên hạt đã bị hóa lỏng.
  • Một số phần vật liệu vẫn ở trạng thái rắn.
  • Thành phần hóa học rất không đồng đều.

PMZ thường rất mỏng nên khó quan sát trên macro thông thường.

Muốn đánh giá chi tiết thường phải sử dụng kiểm tra hiển vi kim tương.

10. Vì sao PMZ là vùng quan trọng nhất?

Dù rất nhỏ nhưng PMZ thường là khu vực yếu nhất của liên kết hàn.

Độ dai va đập

PMZ thường cho giá trị toughness thấp hơn:

  • Weld Metal
  • HAZ
  • Base Metal

do hiện tượng hạt thô và phân ly nguyên tố.

Độ bền mỏi

Nhiều vết nứt mỏi bắt đầu tại vùng lân cận fusion line và PMZ do chênh lệch cơ tính.

Ăn mòn

Các hiện tượng:

  • Pitting
  • Crevice Corrosion
  • Stress Corrosion Cracking

thường dễ khởi phát tại những vùng có thành phần hóa học không đồng đều như PMZ.

Nứt nóng

PMZ là khu vực nhạy cảm nhất với:

  • Liquation Cracking
  • Hot Cracking

đặc biệt trong các hợp kim không gỉ và hợp kim giàu nickel.

11. Ý nghĩa đối với kỹ sư khi đánh giá hồ sơ chế tạo

Khi xem xét hồ sơ weld overlay, không nên chỉ quan tâm:

  • Overlay dày bao nhiêu mm.

Mà cần đánh giá thêm:

✅ Có bao nhiêu lớp đắp?

✅ Macro examination cho thấy điều gì?

✅ Chemical traverse (đo thành phần hóa học theo đường cắt dọc/chiều sâu" của lớp đắp) có chứng minh được lớp undiluted không?

✅ Fusion line có liên tục không?

✅ Hardness vùng HAZ có đạt yêu cầu không?

✅ PMZ có được kiểm soát thông qua WPS và PWHT phù hợp không?

Một lớp overlay dày hơn chưa chắc tốt hơn nếu chiều dày undiluted không đáp ứng yêu cầu.

Kết luận

Trong đánh giá chất lượng weld overlay, khái niệm quan trọng nhất không phải là tổng chiều dày lớp đắp, mà là chiều dày lớp chống ăn mòn thực sự hữu hiệu.

Để hiểu được điều này, kỹ sư cần nắm rõ mối liên hệ giữa:

Weld Overlay → Dilution → Undiluted Layer → Fusion Line → PMZ → HAZ

Đây chính là chuỗi kiến thức nền tảng giúp đọc đúng các báo cáo:

  • WPS/PQR
  • Macro Examination
  • Metallographic Examination
  • Chemical Analysis
  • Overlay Qualification Report

và từ đó đánh giá chính xác chất lượng của một hệ thống hàn đắp chống ăn mòn trong các thiết bị áp lực và thiết bị công nghệ.

Xin chào bạn! 
Nếu bạn đang thích trang web của chúng tôi và thấy các bài viết của chúng tôi hữu ích, chúng tôi rất mong nhận được sự ủng hộ của bạn. Với sự giúp đỡ của bạn, chúng tôi có thể tiếp tục phát triển tài nguyên và cung cấp cho bạn nội dung có giá trị hơn nữa. 
 Cảm ơn bạn đã ủng hộ chúng tôi. 
Nguyễn Thanh Sơn

Related Posts by Categories



Nhận xét

Bài đăng xem nhiều

Hỏi đáp về Bôi trơn hộp giảm tốc

Câu hỏi: Cho mình hỏi trong hộp giảm tốc nón trụ thì việc bôi trơn bánh răng và ổ lăn căn cứ vào đâu? khi nào dùng mỡ ?, khi nào dùng dầu để bôi trơn?. Mình xin cảm ơn. Hộp giảm tốc côn trụ 2 cấp được sử dụng ngày càng phổ biến (ảnh của dongco3pha) Trả lời: ý kiến 1: - bôi mỡ bôi trơn: khi tần suất làm việc của hộp số nầy hoạt động liên tục, với mỡ bôi trơn thì nhiệt độ sinh ra do cặp bánh răng hoạt động không đủ để làm mất tính bôi trơn của mỡ, vẫn đảm bảo tính bôi trơn. Hơn nữa việc bôi trơn bằng mỡ cho hộp số dạng nầy chỉ dùng cho hộp số có công suất lớn và nơi có nhiệt độ không quá thấp ( gần về nhiệt độ âm sẽ làm cho mỡ bị hoá đặc ) - bôi trơn bằng dầu nhờn: khi tần suất làm việc thấp nhằm tránh hiện tượng sinh nhiệt làm mất tính nhờn bôi trơn của dầu, khởi động nhẹ, không nên sử dụng khi hộp số bôi trơn dầu nhờn trong môi trường làm việc hoá phẩm, thực phẩm vì dễ bị rò rỉ khi dầu bị nóng, mất tính nhờn, dù biết rằng có phớt (joint) làm kín vẫn bị rò rỉ, với mỡ bôi tr...

Các nguyên nhân khiến bộ vi sai ô tô hư hỏng

Xe 2 cầu Bộ vi sai là chi tiết quan trọng trong hệ thống truyền lực của ô tô. Bộ phận này có nhiệm vụ phân chia mô men xoắn đến từng bánh xe, giúp phương tiện vào cua êm ái. Nếu một chi tiết nào đó bên trong bộ vi sai bị hư hỏng sẽ khiến hoạt động của xe bị ảnh hưởng. Vậy có những dấu hiệu nhận biết bộ vi sai hư hỏng nào? Bộ vi sai ô tô giúp phương tiện di chuyển linh hoạt và vào cua êm ái (Nguồn: Sưu tầm) 1. Các dấu hiệu nhận biết bộ vi sai hư hỏng Bộ vi sai ô tô cung cấp mô-men xoắn cần thiết cho mỗi bánh lái và cho phép các bánh xe di chuyển với tốc độ khác nhau. Theo đó, bộ vi sai hư hỏng sẽ có những dấu hiệu bao gồm âm thanh lạ, xe khó di chuyển, rò rỉ dầu và rung lắc phương tiện. 1.1. Âm thanh lạ phát ra từ bộ vi sai Khi xe di chuyển, người dùng có thể nghe thấy âm thanh phát ra từ các chi tiết kim loại ma sát với nhau. Điều này xảy ra do các chi tiết chuyển động như bánh răng vành chậu hoặc bánh răng cùi thơm bị mòn hoặc mẻ. Ngoài ra, các ổ bi đỡ trong bộ vi sai hay bán trục bị ...

Dung sai và các chế độ lắp ghép bề mặt trụ trơn [pdf]

Viết bài: Thanh Sơn, bản quyền thuộc về www.baoduongcokhi.com Ví dụ bạn cần gia công 1 trục bơm ly tâm 1 cấp, khi lên bản vẽ gia công thì cần dung sai gia công, việc chọn dung sai gia công thì căn cứ vào kiểu lắp ghép như vị trí lắp vòng bi: đối với vòng trong vòng bi với trục bơm thì sẽ lắp theo hệ thống lỗ (vì kích thước vòng bi không thay đổi được), nên việc lắp chặt hay trung gian là do bạn lựa chọn dựa trên các tiêu chí ở dưới. Còn thân bơm với vòng ngoài vòng bi thì lắp theo hệ trục (xem vòng ngoài vòng bi là trục). Bạn cũng cần lưu ý việc lắp chặt hay trung gian có thể ảnh hưởng đến khe hở vòng bi khi làm việc nên cần cân nhắc cho phù hợp với điều kiện vận hành, loại vòng bi (cùng loại vòng bi, vòng bi C2, C3 có khe hở nhỏ hơn C4, C4 nhỏ hơn C5). Nếu bạn đang dùng C3, lắp trung gian mà chuyển sang lắp chặt có thể làm giảm tuổi thọ vòng bi vì khe hở giảm hoặc không đáp ứng yêu cầu làm việc. Sơ đồ miền dung sai Miền dung sai Miền dung sai được tạo ra bằng cách phối hợp giữa  1...

Lò hơi là gì? nguyên lý làm việc, vận hành và bảo trì khắc phục sự cố lò hơi

Lò hơi là gì? Lò hơi hay còn gọi là nồi hơi (Tiếng Anh là Steam Boiler) . Thông thường các loại nguyên liệu mà hệ thống lò hơi công nghiệp sử dụng là than, củi, trấu, dầu, gas …. Dùng để đun sôi nước tạo ra hơi nước nóng nhiệt độ cao và áp suất lớn . Tùy vào ngành sản suất sẽ tiêu thụ lượng nhiệt năng khác nhau. Có thể chủ động điều chỉnh nhiệt độ và áp suất trên hệ thống lò hơi này. Tùy vào nhu cầu sử dụng của nhà máy mà điều chỉnh cho phù hợp. Các ống chịu nhiệt cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận chuyển. Xem kênh Youtube của Bảo Dưỡng Cơ Khí!  Hãy đăng ký kênh để nhận thông báo video mới nhất về Lò hơi Nguyên lý chung của lò hơi công nghiệp Sử dụng nhiên liệu đốt thường được đốt cho tới khi nguồn nhiệt của lò chạm ngưỡng 1600 – 2000oC . Ở giai đoạn này, nước sẽ chuyển hóa thành hơi mang nhiệt nóng và được đưa đi bộ phận khác để sử dụng. Hơi này sẽ được chuyển đến các bộ phận, quá trình sản xuất công nghiệp của doanh nghiệp cần sử dụng hơi. Hơi từ hệ thống lò...

Tải miễn phí phần mềm triển khai hình gò

Phần mềm này sẽ giúp các bạn đưa ra bản vẽ triển khai gia công đầy đủ và chính xác, cho phép các bạn xuất ra bản vẽ Autocad để tiện hơn cho việc tính toán, in ấn , quản lý. [MF] —–  nhấn chọn để download Lưu ý: sau khi giải nén và cài đặt thì chép pns4.exe (có sẵn sau khi giải nén) đè lên file pns4.exe mới. Phiên bản này có đầy đủ kích thước với các kiểu ống và help. Nên chạy run as administrator trong win 7. Xin chào bạn!  Nếu bạn đang thích trang web của chúng tôi và thấy các bài viết của chúng tôi hữu ích, chúng tôi rất mong nhận được sự ủng hộ của bạn. Với sự giúp đỡ của bạn, chúng tôi có thể tiếp tục phát triển tài nguyên và cung cấp cho bạn nội dung có giá trị hơn nữa.  Cảm ơn bạn đã ủng hộ chúng tôi. Nguyễn Thanh Sơn

Nguyên lý hoạt động tuabin hơi (steam turbine)

Giới thiệu Tua bin hơi (steam turbine)  là loại máy biến đổi nhiệt năng sinh ra từ hơi có áp suất thành động năng sau đó chuyển hóa thành cơ năng làm trục quay. Trục này được kết nối với một máy phát điện ( Generator ) để sản xuất điện. Một phần rất lớn các yêu cầu về điện năng của thế giới được đáp ứng bởi các tuabin hơi nước này, có mặt trong các nhà máy điện hạt nhân, nhiệt điện và điện than. Riêng ở Mỹ, khoảng 88% điện năng được sản xuất bằng cách sử dụng các tuabin hơi nước. Tua bin hơi nước hiện đại đầu tiên được phát triển bởi Sir Charles A. Parsons vào năm 1884. Kể từ đó, rất nhiều cải tiến đáng kể đã được thực hiện về năng lực và hiệu quả sản xuất. Tua bin hơi nước được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy điện chu trình hỗn hợp . Trong các nhà máy này, tuabin khí tạo ra nhiệt và năng lượng từ khói thải có thể được tận dụng để sản xuất hơi nước để chạy tuabin hơi. Sự kết hợp của hai tuabin này với nhau giúp sản xuất điện có hiệu quả trong các nhà máy này. Về cơ bản, hiện na...

Tặng ebook: Root Cause Failure Analysis (Phân tích tìm nguyên nhân hư hỏng)

Để chào đón phiên bản web mới, baoduongcokhi.com gửi tặng các bạn ebook hay: Root Cause Failure Analysis. Ebook contents: Part I: Introduction to Root Cause Failure Analysis Chapter 1 Introduction Chapter 2 General Analysis Techniques Chapter 3 Root Cause Failure Analysis Methodology Chapter 4 Safety-Related Issues Chapter 5 Regulatory Compliance Issues Chapter 6 Process Performance   Part II: Equipment Design Evaluation Guide Chapter 7 Pumps Chapter 8 Fans. Blowers, and Fluidizers Chapter 9 Conveyors Chapter 10 Compressors Chapter I I Mixers and Agitators Chapter 12 Dust Collectors Chapter 13 Process Rolls Chapter 14 Gearboxes/Reducers Chapter 15 Steam Traps Chapter 16 Inverters Chapter 17 Control Valves Chapter 18 Seals and Packing

BẢNG TRA SIZE FLANGE, BOLT & NUT

Tra size bolt- nut 1- BẢNG TRA SIZE FLANGE, BOLT & NUT For class 150 Flanges STT size of flanges (inches) number of bolt Đường kính Bolt (Inches) Đường kính Bolt  ( MM) Leng of blots  L =mm 1 1/2 4 1/2 M14 60-60 2 3/4 4 1/2 M14 65-65 3 1 4 1/2 M14 65-80 4 1 1/4 4 1/2 M14 70-85 5 1 1/2 4 1/2 M14 70 85 6 2 4 5/8 M16 85 95 7 2/ 1/2 4 5/8 M16 90 100 8 ...

KỸ THUẬT SIẾT BULÔNG MẶT BÍCH

Kỹ thuật siết bu lông mặt bích phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ cứng của vật liệu, áp lực làm việc, đường kính bu lông, số lượng bu lông, v.v. Dưới đây là một số hướng dẫn chung về kỹ thuật siết bu lông mặt bích: 1- Chọn loại bu lông phù hợp với mặt bích và ứng dụng: Trước khi siết bu lông, bạn cần chọn loại bu lông phù hợp với mặt bích và ứng dụng. Điều này sẽ giúp đảm bảo rằng bu lông có độ cứng và độ bền phù hợp để chịu được áp lực và đảm bảo tính toàn vẹn của mặt bích. 2- Kiểm tra độ sạch và bôi trơn: Bạn cần đảm bảo rằng bề mặt của bu lông, đai ốc, mặt bích và vùng tiếp xúc được làm sạch và bôi trơn trước khi siết bu lông. Điều này giúp đảm bảo sự kết nối chặt chẽ giữa các bộ phận và hạn chế sự ăn mòn và rỉ sét. 3- Sử dụng công cụ siết bu lông: Sử dụng công cụ siết bu lông phù hợp để đảm bảo lực siết đúng như yêu cầu. Thường thì sẽ có các thông số như lực siết tối đa, lực siết khuyến nghị và mô-men xoắn cần thiết để siết bu lông. Xem kênh Youtube của Bảo Dưỡng Cơ Khí!  Hãy...

Tải Giáo trình bảo dưỡng và bảo trì thiết bị cơ khí [pdf]

Tên giáo trình: Giáo trình bảo dưỡng và bảo trì thiết bị cơ khí. Tác giả: Nguyễn Công Cát. NXB: Lao động xã hội Lời nói đầu Trường CĐCN Hà Nội đã và đang thực hiện dự án (HIC - J1CA) do chính phủ Nhật Bản viện trợ. Mục tiêu của dự án là: Tăng cường khả năng đào tạo công nhân kỹ thuật cho ba ngành (gia công cơ khí, gia công kim loại tấm, điều khiển điện - điện tử). Các thiết bị được viện trợ đều là những thiết bị công nghệ cao như các máy công cụ điểu khiển số, máy công cụ vạn năng có độ chính xác cao, máy đo ba chiểu (3D), máy mài tròn, mài phẳng... Ngoài những kiến thức về chuyên môn, học sinh còn được hiểu biết về những kiến thức kỹ thuật bảo trì bảo dưỡng máy và thiết bị thường ngày sử dụng. Để đáp ứng nhu cầu học và dạy của trường chúng tôi soạn thảo giáo trình: Bảo dưỡng & bảo trì thiết bị cơ khí. Giáo trình đề cập những kiến thức cơ bản về kỹ thuật sửa chữa, bảo dưỡng, bảo trì máy và thiết bị với kiến thức này giúp cho học sinh có thể phát hiện, bảo dưỡng bảo trì, sửa...