Những vấn đề cần biết về một qui trình hàn (WPS) theo AWS D1.1 - Phần 2

MỤC ĐÍCH CỦA QUI TRÌNH HÀN SƠ BỘ - TRƯỚC CHỨNG NHẬN (pWPS)

Các giá trị đặc biệt đối với các biến được đề cập ở trên có ảnh hưởng đáng kể tới sự hoàn hảo của mối hàn, các tính chất cơ học, và khả năng sản suất (năng suất). Do đó điều quan trọng là những giá trị qui trình được sử dụng trong thực tế chế tạo và lắp đặt phù hợp với các yêu cầu cụ thể của Code áp dụng và các thông số kỹ thuật công việc. Ví dụ, các mối hàn sẽ không được bảo vệ, nên được thực hiện với quy trình giảm thiểu bắn tóe, khuyến khích các bề mặt cuối cùng đặc biệt, và hạn chế hoặc không bị cháy cạnh. Ngược lại, các mối hàn sẽ được phủ bằng các lớp phủ, tất nhiên sẽ có ít hạn chế những yêu cầu về thẩm mỹ.

Nhiều vấn đề phải được xem xét khi lựa chọn các giá trị quy trình hàn. Trong khi tất cả các mối hàn phải đạt được sự nóng chảy để đảm bảo độ bền của chúng, mức độ được yêu cầu của sự thâm nhập là một chức năng của thiết kế liên kết trong các mối hàn. Tất cả các mối hàn được yêu cầu phải cung cấp một giới hạn chảy và / hoặc độ bền kéo nhất định, mặc dù mức độ chính xác cần thiết là một chức năng của thiết kế liên kết. Không phải tất cả các mối hàn được yêu cầu phải cung cấp các mức quy định tối thiểu về độ dai va đập rãnh. Các mức độ chấp nhận của cháy cạnh và rỗ khí là phụ thuộc và dạng tải đặt vào các mối hàn. Việc xác định phương thức hiệu quả nhất để có thể đáp ứng được những điều kiện không thể để cho tùy thuộc vào các thợ hàn, mà phải được xác định bởi các kỹ thuật viên và các kỹ sư có kiến thức kỹ thuật hàn tạo ra văn bản thông số kỹ thuật quy trình hàn và truyền đạt những yêu cầu cho thợ hàn bằng các phương thức của các tài liệu này. WPS là công cụ chủ yếu được sử dụng để thông tin cho thợ hàn, giám sát, thanh tra một mối hàn cụ thể là để được thực hiện như thế nào. Sự thích hợp của chế tạo một mối hàn được thực hiện bởi một thợ hàn có tay nghề phù hợp với các yêu cầu của một WPS chỉ có thể được tốt bởi chính WPS. Các giá trị thay đổi qui trình hàn phải được lựa chọn đúng đắn để có một WPS thích hợp cho ứng dụng.

Khả năng của một thợ hàn phải tuân theo một văn bản WPS được xác định bởi các kiểm tra trình độ thợ hàn hay còn gọi chứng nhận thợ hàn (D1.1-2004, đoạn C4.1.2). Thợ hàn có thể không hiểu như thế nào và tại sao mỗi biến số của WPS được lựa chọn, mặc dù các giá trị này phải được sử dụng trong sản xuất. Giám sát là cần thiết để đảm bảo rằng tất cả các công việc hàn phải được thực hiện phù hợp với WPS, đánh giá kỹ thuật của mỗi thợ hàn dựa trên cơ sở định kỳ (D1.1-2004, đoạn 6.5.4). Các giám sát không được phát triển các WPS, nhưng họ phải đảm bảo các qui trình tồn tại và được kiểm soát (D1.1-2004, đoạn 6.3.1).

D1.1-2004 Code kết cấu thép hàn (D1.1-2004 Structural Welding Code - Steel) yêu cầu viết các qui trình hàn cho tất cả sự sản xuất hàn được thực hiện (D1.1-2004, đoạn 5.5). Các WPS này yêu cầu phải được soạn thảo bằng văn bản, bất kể chúng là sơ bộ hoặc được chứng nhận bằng kiểm tra. Mỗi nhà chế tạo hoặc lắp ráp phải chịu trách nhiệm cho sự phát triển của các WPS (D1.1-2004, đoạn 4.1.1.1, 4.6). Sự nhầm lẫn về vấn đề này dường như vẫn còn tồn tại vì vẫn có tiếp tục các báo cáo về chế tạo hàn được thực hiện trong trường hợp không có văn bản các thông số kỹ thuật quy trình hàn, thực tế này tồn tại ở nhiều xưởng và công trường. Một quan niệm sai lầm phổ biến là nếu các thông số thực tế theo đó hàn sẽ được thực hiện đáp ứng tất cả các điều kiện cho tình trạng WPS "sơ bộ", văn bản các WPS là không cần thiết. Điều này không đúng. Như được thể hiện trong Code tham chiếu, yêu cầu là rõ ràng.

WPS là một công cụ thông tin, và nó là phương tiện chủ yếu để thông tin với tất cả các bên liên quan về hàn sẽ được thực hiện như thế nào. Do đó nó phải luôn sẵn có cho các quản đốc, các giám sát và các thợ hàn. Code không phải là quy tắc về các yêu cầu của nó liên quan đến sẵn có và phân phối của các WPS. Một số xưởng chế tạo đã phát hành cho mỗi thợ hàn làm việc trong tổ chức của họ với một tập hợp các qui trình hàn mà thường được giữ lại trong tủ đựng đồ của thợ hàn hoặc hộp công cụ. Những tổ chức khác đã liệt kê các thông số WPS trên các bản vẽ ở xưởng. Một số bảng tin công ty có danh sách của các WPS điển hình được sử dụng trong tổ chức. Bất kể áp dụng phương pháp nào các WPS phải có sẵn cho những người có thẩm quyền sử dụng chúng.

Đó là lợi ích tốt nhất của nhà thầu để đảm bảo rằng thông tin liên lạc hiệu quả được duy trì với tất cả các bên liên quan. Không chỉ có chất lượng có thể bị tổn hại khi các WPS không có sẵn, mà năng suất cũng có thể bị ảnh hưởng. Về chất lượng, các giới hạn hoạt động thích hợp của quá trình hàn cụ thể và điện cực cho thép, thiết kế liên kết và vị trí hàn phải được hiểu rõ. Rõ ràng, các điện cực cụ thể được sử dụng phải được hoạt động với sự phân cực đúng, khí bảo vệ thích hợp phải được sử dụng, và mức độ cường độ dòng điện phải phù hợp với đường kính của điện cực, và cho chiều dày của vật liệu mà hàn thực hiện. Các vấn đề khác có thể không được rõ ràng. Ví dụ, yêu cầu nung nóng trước cho một ứng dụng cụ thể phụ thuộc vào các cấp độ thép liên quan, chiều dày của vật liệu, và loại điện cực được sử dụng (cho dù hydro thấp hoặc hydro cao). Tất cả điều này có thể được thông tin bằng phương tiện văn bản WPS.

Thiếu sự phù hợp với các thông số được nêu trong WPS có thể dẫn đến sự kết tủa của một mối hàn không đáp ứng được các yêu cầu chất lượng được đặt ra bởi Code hoặc các thông số kỹ thuật công việc. Khi một mối hàn được chế tạo không được chấp nhận, các biện pháp khắc phục được thực hiện có thể đòi hỏi phải loại bỏ mối hàn và thay thế, như vậy sẽ làm tăng chi phí. Để ngăn ngừa các hoạt động không cần thiết này bằng việc làm rõ ràng thông tin về chất lượng và hiệu quả kinh tế.

Có những vấn đề kinh tế khác được coi là tốt. Một cách tổng quát nhất, chi phí của hàn là tỉ lệ nghịch với định mức kết tủa. Định mức kết tủa liên quan trực tiếp với tốc độ cung cấp dây của các quá trình hàn bán tự động. Nếu đó là chấp nhận được, ví dụ, để chế tạo ra một mối hàn với một tốc độ cung cấp dây là 200 ipm (qui trình tối ưu), và mối hàn cũng như vậy được chế tạo ở tốc độ cung cấp dây là 160 ipm (có thể đáp ứng tất cả các yêu cầu chất lượng) sẽ có chi phí nhiều hơn khoảng 25% so với mối hàn được chế tạo ở qui trình tối ưu. Sự phù hợp với các giá trị của WPS có thể giúp đảm bảo rằng kết cấu được thực hiện đạt yêu cầu về chất lượng và hiệu quả kinh tế tốt.

Code đặt ra các yêu cầu tối thiểu cho một dự án. Các yêu cầu bổ sung có thể được áp đặt bởi các thông số kỹ thuật của hợp đồng. Điều này cũng sẽ đúng về các giá trị WPS. Sự tuân thủ với các yêu cầu tối thiểu của Code có thể không đầy đủ trong mọi trường hợp. Các yêu cầu bổ sung có thể được thông tin thông qua WPS. Ví dụ, Code D1.1-2004 cho phép sử dụng điện cực E71T-11 quá trình FCAW cho hàn nhiều lớp mà không có bất kỳ sự hạn chế về các chiều dày tấm. Sản phẩm của Lincoln Electric, khí bảo vệ NR211MP, có hạn chế chiều dày tối đa được áp đặt bởi nhà sản xuất là 1/2 in. Yêu cầu bổ sung này có thể được áp dụng vào WPS. Các khuyến nghị khác có thể được đặt ra bởi các nhà sản xuất thép, các nhà sản xuất điện cực, hoặc những người khác có thể nên được ghi chép trong WPS.

QUI TRÌNH HÀN SƠ BỘ (pWPS)

Code AWS D1.1 cung cấp cho việc sử dụng pWPS. Các pWPS được Ủy ban AWS D1 xác định là có một lịch sử thực hiện được chấp nhận, và do đó không bắt buộc chúng phải kiểm tra chứng nhận như đối với tất cả các qui trình hàn khác.. Việc sử dụng các pWPS không loại trừ việc yêu cầu chúng được soạn thảo bằng văn bản. Việc sử dụng các pWPS vẫn yêu cầu các thợ hàn được chứng nhận phù hợp. Tất cả các quy định tay nghề áp đặt trong phần chế tạo của Code áp dụng cho các pWPS. Yêu cầu Code đối với pWPS là không kiểm tra không phá hủy và kiểm tra cơ học như yêu cầu đối với chứng nhận của các qui trình hàn.

Một loạt các hạn chế và những giới hạn áp đặt cho các qui trình hàn sơ bộ (pWPS) không được áp dụng như các qui trình hàn đã được chứng nhận bằng kiểm tra. Qui trình hàn sơ bộ phải phù hợp với tất cả các yêu cầu chứng nhận trước trong Code. Không đạt yêu cầu theo mọt trong các điều kiện chứng nhận trước sẽ loại bỏ cơ hội cho qui trình hàn được chứng nhận trước (D1.1-2004, đoạn 3.1).

Để cho một WPS sơ bộ, các điều kiện sau đây phải được đáp ứng:

·         Các quá trình hàn phải được chứng nhận trước. Chỉ SMAW, SAW, GMAW (ngoại trừ GMAW-s), và FCAW có thể phải chứng nhận trước (D1.1-2004, đoạn 3.2.1).

·         Kim loại cơ bản/kim loại điền đầy phải chứng nhận trước. Các kim loại cơ bản, các kim loại điền đầy, và sự kết hợp phải chứng nhận trước được thể hiện trong D1.1-2004, đoạn 3.3, Bảng 3.1.

·         Nhiệt độ nung nóng trước và nhiệt độ lớp giữa tối thiểu được quy định tại D1.1-2004, đoạn 3.3, Bảng 3.2 phải được sử dụng (D1.1-2004, đoạn 3.5).

·         Các yêu cầu cụ thể đối với các loại mối hàn khác nhau phải được duy trì. Các mối hàn góc phải tuân thủ với D1.1-2004, đoạn 3.9, các mối hàn nút và điểm tuân thủ với D1.1-2004, đoạn 3.10, và các mối hàn giáp mối áp dụng theo D1.1-2004, đoạn 3.11, 3.12, và 3.13. Đối với các mối hàn giáp mối, cho dù thâm nhập một phần liên kết hoặc thâm nhập hoàn toàn liên kết, yêu cầu chuẩn bị các kích thước rãnh được thể hiện trong D1.1-2004, Hình 3.3 và 3.4.

Thậm chí nếu các chi tiết liên kết của pWPS được sử dụng, qui trình hàn phải được chứng nhận bằng kiểm tra nếu các điều kiện sơ bộ khác không được đáp ứng. Ví dụ, nếu một chi tiết chứng nhận trước được sử dụng trên một thép không được liệt kê, các qui trình hàn phải được chứng nhận bằng kiểm tra.

Trạng thái sơ bộ đòi hỏi sự phù hợp với một loạt các thông số qui trình. Chúng phần lớn chứa trong D1.1-2004, Bảng 3.7, bao gồm các đường kính điện cực lớn nhất, cường độ dòng điện hàn lớn nhất, chiều dày lớp chân lớn nhất, chiều dày lớp điền đầy lớn nhất, các kích thước mối hàn góc một lớp lớn nhất, và các lớp hàn đơn lớn nhất (D1 0,1-96, Bảng 3.3). Ngoài tất cả các yêu cầu trên, hàn được thực hiện với một pWPS phải phù hợp với các quy định code khác có trong phần chế tạo của AWS D1.1-2004 Structural Welding Code.

Code này không có nghĩa là một pWPS sẽ tự động đạt được các điều kiện chất lượng theo yêu cầu của Code. Bình luận cho đoạn 3.2.1 tuyên bố như sau:

"Việc sử dụng các liên kết và các qui trình sơ bộ không nhất thiết phải đảm bảo mối hàn hoàn chỉnh chất lượng. Khả năng chế tạo vẫn còn cần thiết, cùng với sự giám sát có hiệu quả và có kiến thức để luôn tạo ra mối hàn hoàn chỉnh chất lượng." (AWS D1.1-2004, đoạn C3.2.1).

Trách nhiệm của nhà thầu phải đảm bảo rằng các thông số cụ thể được lựa chọn trong phạm vi các yêu cầu của pWPS là phù hợp cho ứng dụng cụ thể. Một ví dụ cực đoan như là một minh họa. Xem xét ví dụ sau đây của một giả thiết đề xuất WPS để chế tạo mối hàn góc 1/4 in. trên 3/8 in. Thép A36 hàn ở vị trí bằng. Loại mối hàn và thép được chứng nhận trước. Quá trình SAW, quá trình sơ bộ được lựa chọn. Kim loại điền đầy được chọn là F7A2-EM12K, đáp ứng các yêu cầu theo D1.1-2004, Bảng 3.1. Không nung nóng trước được qui định vì nó không được yêu cầu theo D1.1-2004, Bảng 3.2. Đường kính điện cực được lựa chọn là 3/32 in., nhỏ hơn 1/4 in. được quy định lớn nhất tại D1.1-2004, Bảng 3.7. Kích thước mối hàn góc một lớp lớn nhất ở vị trí bằng, theo D1.1-2004, Bảng 3.7, không giới hạn, như vậy kích thước mối hàn góc 1/4 in. có thể phải chứng nhận trước. Mức đô dòng điện được chọn để chế tạo mối hàn góc đặc biệt này là 800 ampe, ít hơn so với tối đa 1000 ampe được quy định tại D1.1-2004, Bảng 3.7.

Tuy nhiên, mức độ cường độ dòng điện đối với đường kính điện cực cho chiều dày của thép mà mối hàn được thực hiện là không phù hợp. Nó sẽ không đáp ứng các yêu cầu của D1.1-2004, đoạn 5.3.1.2 trong mục chế tạo, trong đó yêu cầu kích thước của điện cực và cường độ dòng điện phù hợp với chiều dày của vật liệu được hàn. Điều này cho thấy một thực tế rằng việc tuân thủ tất cả các điều kiện trước chứng nhận không đảm bảo sự kết hợp của các biến được lựa chọn sẽ luôn tạo ra một mối hàn có thể chấp nhận.

Hầu hết các nhà thầu sẽ xác định giá trị ban đầu cho một pWPS dựa trên kinh nghiệm của họ, các khuyến nghị từ các ấn phẩm như của Lincoln Electric Procedure Handbook of Arc Welding, ấn phẩm công nghiệp như AWS Welding Handbooks, từ AWS Welding Procedure Specifications (AWS B2.1), hoặc các nguồn khác. Đó là trách nhiệm của nhà thầu xác minh sự phù hợp của các thông số được đề nghị trước khi áp dụng qui trình thực tế cho một dự án, mặc dù kiểm tra xác minh không cần phải chịu phạm vi đầy đủ của các kiểm tra chứng nhận qui trình áp đặt bởi Code. Các kiểm tra điển hình sẽ được thực hiện để xác định tính đúng đắn của kết tủa mối hàn. Tấm có thể được kiểm tra không phá hủy hoặc thông thường kiểm tra cấu trúc macro và micro bằng cắt, đánh bóng và tẩm thực. Các kiểm tra sau đó cho phép kiểm tra các mô hình thâm nhập, hình dạng đường hàn. Mối hàn được chế tạo với pWPS đáp ứng các yêu cầu kích thước vật lý (kích thước mối hàn góc, mức độ tăng cường tối đa, và các yêu cầu biên dạng bề mặt), và chất lượng (đó là, có nóng chảy đầy đủ, và không có bọc tạp chất và rỗ khí quá mức) nên đáp ứng các yêu cầu độ bền và độ dẻo áp đặt bởi Code cho các qui trình hàn được chứng nhận bởi kiểm tra.

(Dipl.Eng.IWE/EWE-Nguyễn Duy Ninh)

Các bài viết liên quan

Những vấn đề cần biết về một qui trình hàn (WPS) theo AWS D1.1 - Phần 1
Những vấn đề cần biết về một qui trình hàn (WPS) theo AWS D1.1 - Phần 2
Những vấn đề cần biết về một qui trình hàn (WPS) theo AWS D1.1 - Phần 3
Những vấn đề cần biết về một qui trình hàn (WPS) theo AWS D1.1 - Phần 4
Những vấn đề cần biết về một qui trình hàn (WPS) theo AWS D1.1 - Phần 5