Nghiên cứu sản xuất thuốc hàn thiêu kết bằng nguyên vật liệu trong nước để hàn tự động dưới lớp thuốc các kết cấu thép cacbon thấp

Tên đề tài: Nghiên cứu sản xuất thuốc hàn thiêu kết bằng nguyên vật liệu trong nước để hàn tự động dưới lớp thuốc các kết cấu thép cacbon thấp Họ và tên: Vũ Huy Lân Ngày, tháng, năm sin

Trang 1

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

CHƯƠNG TRÌNH KHCN TRỌNG ĐIỂM CẤP NHÀ NƯỚC

“NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ

Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Chủ nhiệm đề tài: TS Vũ Huy Lân

Trang 2

1 Tên đề tài:

Nghiên cứu sản xuất thuốc hàn thiêu kết bằng nguyên vật liệu trong nước

để hàn tự động dưới lớp thuốc các kết cấu thép cacbon thấp

Họ và tên: Vũ Huy Lân

Ngày, tháng, năm sinh: 17 tháng 10 năm 1958 Nam/ Nữ: Nam

Fax: 04.38684543 E-mail: lan.vuhuy@hust.edu.vn

Tên tổ chức đang công tác: Bộ môn Hàn & Công nghệ kim loại-Viện Cơ khí-Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Địa chỉ tổ chức: 306-C1-Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Địa chỉ nhà riêng: 7b - ngách 18, ngõ 236 đường Khương Đình, Hạ Đình, Thanh Xuân, Hà Nội

3 Tổ chức chủ trì đề tài:

Tên tổ chức chủ trì đề tài: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Điện thoại: 04.38694242 Fax:

E-mail:

Website: www.hust.edu.vn

Địa chỉ: Số 1-Đại Cồ Việt-Hai Bà Trưng-Hà nội

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: PGS TS Hoàng Minh Sơn

Số tài khoản: 93101062

Ngân hàng: Kho bạc Nhà nước - Hai Bà Trưng – Hà Nội

Tên cơ quan chủ quản đề tài: Bộ Giáo dục và Đào tạo

II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN

1 Thời gian thực hiện đề tài:

Trang 3

- Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 10 năm 2012 đến tháng 10 năm 2015

- Thực tế thực hiện: từ tháng 10 năm 2012 đến tháng 10 năm 2015

Thời gian

(Tháng,

năm)

Kinh phí (Tr.đ)

Thời gian (Tháng, năm)

Kinh phí (Tr.đ)

Trang 4

Theo kế hoạch

Thực tế đạt được

1

03 thiết bị chủ yếu

của dây chuyền sản xuất

thuốc hàn thiêu kết công

suất 100kg/mẻ gồm:

1 Máy tạo hạt.

2 Máy sấy sơ bộ.

3 Máy sấy thiêu kết.

C ái C ái C ái

010101

2 Thuốc hàn F7A(P)2 theo

- Thiết kế rõ ràng, đảmbảo đủ tin cậy

- Thiết kế rõ ràng, đảm

Theo kế hoạch

Trang 5

bảo đủ tin cậy 4

- Thiết kế rõ ràng, đảmbảo đủ tin cậy

có giá trị về lýthuyết và thực tiễn

4 bài - 2 bài đã đăng ở Tạp chí Cơ

Theo kế hoạch

Trang 6

đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp, quyền đối với giống câytrồng:

Theo

kế hoạch

2 Đánh giá về hiệu quả do đề tài mang lại:

a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:

- Kết quả nghiên cứu của đề tài có đóng góp quan trọng trong lĩnh vực vật liệuhàn và còn có ý nghĩa công nghệ, thực tiễn cao

- Kết quả nghiên cứu và ứng dụng của đề tài giúp các chuyên gia kỹ thuật làmchủ và nâng cao trình độ công nghệ trong lĩnh vực chuyên môn này

- Tạo điều kiện cho các nghiên cứu trong nước tiệm cận với các công trìnhnghiên cứu tiên tiến trên thế giới

- Tạo điều kiện kết hợp chặt chẽ giữa các tổ chức đào tạo – nghiên cứu và doanhnghiệp

b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:

- Sử dụng được nhiều nguyên vật liệu trong nước, góp phần thúc đẩy công nghệchế biến sâu trong ngành công nghiệp khai khoáng và gia tăng giá trị

- Xã hội có thêm sản phẩm mới, có tính kinh tế cao Khi xuất khẩu được có thểthu thêm ngoại tệ cho đất nước

- Giải quyết việc làm cho một số đáng kể người lao động

- Góp phần trong vấn đề cải thiện vệ sinh môi trường

Trang 7

MỤC LỤC

MỤC LỤC 7

MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THUỐC HÀN Ở VIỆT NAM 13

1.1 Thuốc hàn thiêu kết để hàn tự động dưới lớp thuốc 13

1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 13

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THUỐC HÀN THIÊU KẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

2.1 Quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết 15

2.2 Phương pháp nghiên cứu 16

2.2.1 Sơ đồ nghiên cứu xác định thành phần đơn thuốc hàn 16

2.2.2 Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm để nghiên cứu 16

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THANH PHẦN THUỐC HÀN F7A(P)2 18

3.1 Nghiên cứu nhóm chất về tính công nghệ hàn 18

3.1.1 Lựa chọn nền tạo xỉ và tính toán thành phần sơ bộ 18

3.1.2 Xây dựng kế hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm 18

3.1.3 Xử lý số liệu thí nghiệm 19

3.1.4 Tối ưu hóa hàm lượng các chất tạo xỉ 20

3.2 Nghiên cứu nhóm chất hợp kim hóa kim loại mối hàn 21

3.2.1 Lựa chọn và tính toán sơ bộ hàm lượng các chất hợp kim hóa 21

3.2.3 Xác định hàm lượng các fero hợp kim 21

3.3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng hiđrô 23

3.3.1 Lựa chọn mô hình và các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng hiđrô 23

3.3.2 Lập kế hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm 23

3.3.4 Xác định giá trị tối ưu các yếu tố đầu vào 24

Trang 8

3.4.1 Thành phần đơn thuốc hàn F7A(P)2-BK 25

3.4.2 Kết quả kiểm tra cơ tính theo đơn thuốc hàn F7A(P)2-BK 26

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN THUỐC HÀN F7A(P)4 27

4.1.3 Xác định hàm lượng các chất tạo xỉ 28

4.2.1 Kế hoạch thực nghiệm và Xử lý số liệu thí nghiệm 28

4.3.1 Lựa chọn mô hình và các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng hiđrô 29

4.3.3 Xác định giá trị hợp lý các yếu tố đầu vào 29

4.4 Kiểm tra cơ tính kim loại mối hàn 30

4.4.2 Kết quả kiểm tra theo đơn thuốc hàn F7A(P)4-BK 31

CHƯƠNG 5 NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN THUỐC HÀN F7A(P)6 32

5.1.3 Xác định hàm lượng các chất tạo xỉ 33

5.2.1 Xử lý số liệu thí nghiệm nghiên cứu các chất hợp kim hóa 33

5.3.1 Lựa chọnmô hình và các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng hiđrô 34

5.4 Kiểm tra cơ tính kim loại mối hàn 34

Trang 9

5.4.2 Kết quả kiểm tra theo đơn thuốc hàn F7A(P)6-BK 35

CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY TẠO HẠT THUỐC HÀN 36

6.1 Thiết kế máy tạo hạt thuốc hàn 36

6.1.1 Lựa chọn loại kết cấu 36

6.1.2 Tính toán và lựa chọn các kết cấu chính 37

6.1.3 Tính toán và thiết kế cơ cấu thùng máy và cơ cấu tạo hạt 38

6.1.4 Thiết kế khung máy và hệ thống điều khiển của máy tạo hạt 41

6.2 Xây dựng QTCN chế tạo máy tạo hạt 41

CHƯƠNG 7 THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MÁY SẤY SƠ BỘ THUỐC HÀN 42

7.1 Thiết kế máy sấy sơ bộ thuốc hàn 42

7.1.1 Thiết kế động học và cơ cấu truyền động máy sấy 42

7.1.2 Thiết kế thùng quay máy sấy sơ bộ 43

7.1.3 Thiết kế hệ thống cấp nhiệt và bảo ôn cho máy sấy sơ bộ 44

7.1.4 Thiết kế khung và hệ thống điều khiển của máy sấy sơ bộ 46

7.2 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo máy sấy sơ bộ 47

CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY SẤY THIÊU KẾT 48

8.1 Thiết kế máy sấy thiêu kết 48

8.1.1 Lựa chọn sơ đồ nguyên lý máy sấy thiêu kết 48

8.1.2 Thiết kế các bộ phận chủ yếu máy sấy thiêu kết 48

8.1.3 Thiết kế hệ thống điều khiển máy sấy thiêu kết 51

8.2 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo máy sấy thiêu kết 52

CHƯƠNG 9 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH MỐI HÀN 53

9.1 Mô hình nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn 53

9.1.1 Sơ đồ nghiên cứu chế độ hàn 53

9.1.2 Xây dựng các phương trình hồi quy 54

9.1.3 Tối ưu hóa chế độ hàn 55

Trang 10

9.2.1 Số liệu ban đầu: 55

9.2.2 Kế hoạch thực nghiệm và kết quả xử lý số liệu 55

9.2.3 Tối ưu hóa chế độ hàn đối với thuốc hàn F7A(P)2 57

9.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn cho thuốc hàn F7A(P)4 58

9.3.2 Kết quả xử lý số liệu thực nghiệm 58

9.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn cho thuốc hàn F7A(P)6 60

9.4.2 Kết quả xử lý số liệu thực nghiệm 60

CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 62

1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra: 62

2 Nhận định kết quả đạt được 64

3 Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại 64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

Trang 11

MỞ ĐẦU

Trong sự nghiệp phát triển công nghiệp, ngành công nghệ hàn đóng vai tròquan trọng trong việc chế tạo các kết cấu thép bằng hàn cho các ngành côngnghiệp mũi nhọn như ngành dầu khí, hóa dầu, công nghiệp đóng tàu, giao thông,chế tạo máy, lắp máy, thủy điện, nhiệt điện, Để nâng cao năng suất và chấtlượng các kết cấu hàn, ngày càng ứng dụng nhiều phương pháp hàn tiên tiến cómức độ cơ giới hóa, tự động hóa cao, trong đó phải kể đến phương pháp hàn tựđộng dưới lớp thuốc để hàn những đường hàn dài ở tư thế hàn bằng, hàn ngang

và mối hàn góc trong các kết cấu hàn lớn và yêu cầu chất lượng cao

Thông qua các công trình và kết quả đánh giá về tình hình nghiên cứungoài nước và trong nước về công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết và một sốloại thuốc hàn thiêu kết tiêu biểu và phổ biến để hàn tự động dưới lớp thuốc cáckết cấu thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp, ta có thể thấy rằng phạm vi và xuhướng ứng dụng thuốc hàn thiêu kết để tăng năng suất và chất lượng trong ngànhchế tạo cơ khí ngày càng phát triển

Các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học, các kết quả nghiên cứu

và ứng dụng vào sản xuất của các công ty sản xuất vật liệu hàn nổi tiếng trên thếgiới là một trong những hướng tiên tiến và đúng đắn, đã giải quyết được vấn đềcông nghệ và vật liệu hàn Đây là một vấn đề còn hạn chế trong nghiên cứu ứngdụng ở Việt Nam

Một số công trình đã nghiên cứu trước đây của các tác giả Việt Nam cònchưa đi sâu vào bản chất thuốc hàn, đối tượng nghiên cứu chỉ giới hạn với thuốchàn hệ axit và ôxyt nhôm – rutil Kết quả nghiên cứu chỉ mới được coi là các thửnghiệm ban đầu trong điều kiện phòng thí nghiệm, chưa được triển khai ứngdụng đại trà trong thực tiễn

Vì vậy nhóm Đề tài đã đặt ra mục tiêu là thực hiện việc nghiên cứu côngnghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết và một số loại thuốc hàn thiêu kết tiêu biểu và

Trang 12

phổ biến để hàn tự động dưới lớp thuốc các kết cấu thép cacbon thấp và thép hợpkim thấp.

Căn cứ vào mục tiêu, nội dung nhiệm vụ của Nhiệm vụ nghiên cứu khoahọc và phát triển công nghệ cấp Nhà nước giao cho Trường Đại học Bách Khoa

Hà Nội theo Quyết định số 191/QĐ-BKHCN ngày 20/02/2012 của Bộ trưởng BộKhoa học và Công nghệ về việc phê duyệt kinh phí, tổ chức và cá nhân chủ trìcác nhiệm vụ khoa học và công nghệ bắt đầu thực hiện trong kế hoạch năm 2012của Chương trình: “Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ Vật liệu mới”,

mã số KC.02/11-15 và Hợp đồng Nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ

số 04/2012/HĐ-ĐTCT-KC.02/11-15

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội là Cơ quan chủ trì thực hiện Đề tài

“Nghiên cứu sản xuất thuốc hàn thiêu kết bằng nguyên vật liệu trong nước để hàn tự động dưới lớp thuốc các kết cấu thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp”, mã sốKC.02.04/11-15, thuộc Chương trình khoa học và công nghệ trọng

điểm cấp Nhà nước KC.02/11-15 theo các nội dung trong Thuyết minh Đề tài

Trang 13

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THUỐC HÀN Ở VIỆT NAM

1.1 Thuốc hàn thiêu kết để hàn tự động dưới lớp thuốc

Thuốc hàn thiêu kết ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới do cónhiều ưu điểm như: khả năng tinh luyện các tạp chất có hại và hợp kim hóa kimloại mối hàn cao, thành phần thuốc hàn dễ điều chỉnh để đạt được thành phầnhóa học kim loại mối hàn theo yêu cầu với số chủng loại mác dây hàn tiêu chuẩnkhông cần nhiều, giá thành hạ Nó đã khắc phục được nhược điểm rất quan trọng

là độ ẩm cao của thuốc hàn gốm và cho phép nhận được mối hàn chất lượng cao,nên thuốc hàn thiêu kết ngày càng được sự quan tâm và phát triển ở nhiều nướccông nghiệp tiên tiến

Các nhà nghiên cứu và sản xuất lớn trên thế giới như: Thụy Điển (hãngESAB), Ucraine (viện Hàn Paton), Hàn Quốc (hãng Hyundai, Chosun, ), Mỹ(HOBART), Đài Loan, đã nghiên cứu rất sâu về loại thuốc hàn thiêu kết và sảnxuất với số lượng rất lớn

1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài:

Làm chủ công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết, sử dụng tối đa nguyênvật liệu trong nước để chế tạo thuốc hàn thiêu kết đạt tiêu chuẩn kỹ thuật tươngđương với Tiêu chuẩn của Hiệp hội hàn Mỹ AWS A5.17-80 để ứng dụng vàosản xuất công nghiệp ở Việt Nam

Nội dung nghiên cứu của đề tài:

1 Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết

2 Thiết kế chế tạo 03 thiết bị cần thiết để sản xuất thuốc hàn thiêu kết vớicông suất 100kg/mẻ dùng cho hàn tự động kết cấu thép cacbon thấp và thép hợpkim thấp

3 Nghiên cứu và sản xuất 03 loại thuốc hàn thiêu kết sử dụng tối đa

Trang 14

dây hàn thích hợp tương đương với tiêu chuẩn của Hiệp hội hàn Mỹ AWSA5.17-80, cụ thể là 3 loại thuốc hàn như sau:

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của kim loại mối hàn theo AWS A5.17-80

F7A(P)2-EL8 0.07 0.50 1.25 0.012 0.011 SM 400 25 F7A(P)4-EM12K 0.07 0.35 1.40 0.012 0.010 SM 400 25 F7A(P)6-EH14 0.08 0.23 1.28 0.017 0.008 SM 400 25 Ghi chú: SM 400 – thép cacbon kết cấu hàn theo JIS G3106 -1999 tương đương ASTM A573.

Bảng 1.2 Cơ tính của kim loại mối hàn theo AWS A5.17-80

Độ dai va

thiểu theo Charpy V, J

ở nhiệt độ

F7A(P)2-EL8 70-95 480-660 58 400 22 27 (-29 o C) F7A(P)4-EM12K 70-95 480-660 58 400 22 27 (-40 o C) F7A(P)6-EH14 70-95 480-660 58 400 22 27 (-51 o C) Ghi chú: Các chỉ tiêu cơ tính kim loại mối hàn được kiểm tra theo tiêu chuẩn

ANSI/AWS B4.0, Standard Methods for Mechanical Testing of Welds.

Trang 15

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THUỐC HÀN

THIÊU KẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết

Sơ đồ quy trình công nghệ chế tạo thuốc hàn thiêu kết như sau:

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết

Công nghệ chế tạo thuốc hàn thiêu kết sẽ bao gồm những công đoạn chủyếu sau đây:

- Chuẩn bị các thành phần đảm bảo các chỉ số kỹ thuật yêu cầu:

- Cân phối liệu mẻ liệu thuốc hàn theo đơn cho mỗi mác thuốc;

- Trộn mẻ liệu khô;

- Trộn mẻ liệu ướt;

Trang 16

- Sấy sơ bộ;

- Sấy thiêu kết ở nhiệt độ cao (> 500 °C);

- Kiểm tra và đóng gói sản phẩm

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Sơ đồ nghiên cứu xác định thành phần đơn thuốc hàn

Sơ đồ nghiên cứu tổng quát để xác định thành phần mẻ liệu thuốc hàn phảiđáp ứng nhiều nhóm chỉ tiêu như sơ đồ hình dưới đây

Hình 2.2Sơ đồ nghiên cứu tổng quát thuốc hàn

2.2.2 Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm để nghiên cứu

Việc ứng dụng quy hoạch thực nghiệm gồm các bước chủ yếu dưới đây :

- Lựa chọn hàm mục tiêu, biến đầu vào và dạng mô hình

Đặc tính công nghệ hàn

Hàm lượng hiđrô

Giá thành Thành phần

Trang 17

- Xây dựng kế hoạch thực nghiệm phù hợp với mô hình nghiên cứu.

- Tối ưu hóa xác định các giá trị hợp lý của các yếu tố đầu vào thỏa mãncác điều kiện ràng buộc

Việc xác định các hệ số phương trình hồi quy thực hiện theo phương pháp

bình phương bé nhất (BPNN), được giải theo phần mềm chuyên dụng

Trang 18

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THANH PHẦN THUỐC HÀN F7A(P)2 3.1 Nghiên cứu nhóm chất về tính công nghệ hàn

3.1.1 Lựa chọn nền tạo xỉ và tính toán thành phần sơ bộ

- Đối tượng nghiên cứu là thuốc hàn F7A(P)2 kết hợp với dây hàn EL8

- Hệ số bazơ B ≈ 1,1 Đây là thuốc hàn có tính bazơ thấp có tỷ lệ các chấttạo xỉ dự kiến sơ bộ như sau

Bảng 3.3Các nhóm chất chủ yếu trong xỉ hàn với một số mác thuốc

Mác thuốc

hàn

Các nhóm thành phần hóa học chủ yếu, %

Hệ số bazơ, B

TiO2 +SiO2

CaO +MgO

Al2O3 +

Nền tạo xỉ được chọn:

(CaO+MgO) – Al2O3 – CaF2 – TiO2

3.1.2 Xây dựng kế hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm

Mô hình nghiên cứu ảnh hưởng của các chất tạo xỉ chủ yếu đến đặc tínhcông nghệ của thuốc hàn như:

yi = f (xi)

Cụ thể: (Lhq, b, c, h, mh, BX) = f(CaO, MgO, Al2O3, CaF2, TiO2)

Theo các tài liệu tham khảo và kết quả tiên nghiệm, mô hình có dạng đathức bậc hai, có dạng tổng quát dưới đây:

Trang 19

Các hệ số bi của các phương trình hồi quy được xác định bằng phươngpháp bình phương nhỏ nhất (BPNN)

Trường hợp nghiên cứu là dạng quan hệ mô hình: Thành phần – tính chất.Các biến đầu vào có điều kiện ràng buộc đặc trưng :

Điều kiện: Zi = 100% hoặc Xi = 1

Trong đề tài này đã chọn kế hoạch thực nghiệm Max Lean – Anderson [3],vùng nghiên cứu là đa diện hạn chế Kế hoạch thực nghiệm không bão hòa, cóthể kiểm tra sự tương thích các phương trình hồi quy theo chuẩn số Fisher

3.1.3 Xử lý số liệu thí nghiệm

Sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất có kết quả sau:

* Chiều dài hồ quang tới hạn:

Lhq = 15.67 + 0.223 X1- 0.025X2 - 0.205X3- 0.082X4 +0.107X12 + 0.079X22 +

0.139X32 + 0.117X42-0.066X1 X2 -0.008X1 X3 - 0.118X1 X4 + 0.027 X2 X3

-0.095X2 X4 -0.128X3 X4

Hệ số tương quan R2 = 0,635, đối với ảnh hưởng của các chất đến chiều dài

hồ quang tới hạn như vậy là khá mạnh và mức độ phù hợp khá cao

* Chiều rộng mối hàn:

b = 16.88 -0.216X1+ 0.041X2 - 0.041X3 + 0.161X4 + 0.100X12+ 0.034X22 +

0.93X32 + 0.041X42 - 0.125X1 X2 + 0.111X1 X3 - 0.102X1 X4- 0.045 X2 X3 + 0.063X2 X4 - 0.129X3X4

Hệ số tương quan R2 = 0,526

* Chiều cao mối hàn:

c = 4.02 + 0.067X1 - 0.042X2 + 0.076X3 - 0.049X4 - 0.025X12 - 0.032X22 -

0.069X32 - 0.048X42 + 0.008X1 X2 - 0.034X1 X3 + 0.049X1 X4 + 0.030 X2 X3 +0.037X2 X4 + 0.057X3 X4

* Chiềusâu ngấu mối hàn:

Trang 20

h = 2.306 - 0.089X1+ 0.040X2- 0.011X3 + 0.034X4 - 0.093X12+ 0.014X22

+0.023X32+ 0.023X42 + 0.067X1 X2+ 0.098X1 X3 + 0.058X1 X4 - 0.023 X2 X3- 0.072X2 X4- 0.081X3 X4

* Hệ số hình dạng mối hàn Dmh:

Dmh = 4.207 - 0.127X1 + 0.065X2 - 0.113X3 + 0.095X4 + 0.032X12 + 0.059X22 +

0.124X32 + 0.086X42 - 0.026X1 X2 + 0.101X1 X3 - 0.072X1 X4 - 0.047 X2 X3 - 0.062X2 X4 - 0.143X3 X4

3.1.4 Tối ưu hóa hàm lượng các chất tạo xỉ

Bài toán quy hoạch đa mục tiêu, việc giải bài toán tối ưu thường có cácđiều kiện ràng buộc khác nhau

+ Các ràng buộc tường minh (các giới hạn biên) của các biến số đầu vào:

16% ≤ (CaO+MgO) ≤ 26% ; 17% ≤ Al2O3 ≤ 27% ;

5% ≤ CaF2 ≤ 15% ;20% ≤ TiO2 ≤ 30% ;

Trang 21

-Các chất còn lại được giữ cố định ở mức 22%.

3.2 Nghiên cứu nhóm chất hợp kim hóa kim loại mối hàn

3.2.1 Lựa chọn và tính toán sơ bộ hàm lượng các chất hợp kim hóa

- Đối tượng nghiên cứu là thuốc hàn F7A(P)2- EL8 có tỷ lệ các chất tạo xỉ

3.2.3 Xác định hàm lượng các fero hợp kim

Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn và kết hợp với dâyhàn EL8 theo kết quả tính toán như sau:

Trang 22

Bảng 3.4 Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn và thành

phần hóa học tính toán của kim loại mối hàn.

Giá trị các biến thực,% Hàm lượng các nguyên tố trong kim loại mối hàn,%

-Hoặc có thể xác định hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si theo giản đồ sau:

Hình 3.4 Giản đồ đồng mức xác định %Mn trong kim loại mối hàn

Hình 3.5 Giản đồ đồng mức xác định %Si trong kim loại mối hàn

Kết quả kiểm tra thành phần hóa học kim loại mối hàn khi hàn bằng thuốchàn được chế tạo với hàm lượng các fero Mn và Si như bảng trên như sau

Bảng 3.5 Thành phần hoá học kim loại mối hàn dùng thuốc F7A(P)2-BK

Giá trị các biến thực, % Thành phần hóa học kim loại mối hàn, %

Trang 23

3.3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng hiđrô

3.3.1 Lựa chọn mô hình và các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng hiđrô

- Hàm lượng hiđrô yêu cầu ở mức thấp: H8 theo tiêu chuẩn AWS A4.3

- Tỷ lệ huỳnh thạch (%CaF2) đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A(P)2 là chấtchủ động làm giảmlượng hiđrô trong mối hàn

- Nhiệt độ sấy thiêu kết Ts

- Thời gian duy trì nhiệt độ sấy thiêu kết ở trên ts

Bảng 3.6 Hàm lượng các chất tạo xỉ và fero hợp kim thuốc hàn F7A(P)2

Thuốc hàn

Hàm lượng các chất trong mẻ liệu thuốc hàn, %

CaO+MgO Al 2 O 3 CaF 2 TiO 2

Bột talk

Trường thạch

Cao lanh Fe-Mn Fe-SiF7A(P)2-BK 16÷18 23÷2

5 8÷10

28÷3

3.3.2 Lập kế hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm

Xây dựng kế hoạch thực nghiệm và phương trình hồi quy theo quan hệ

y = % H2 = f (CaF2 , TS, tS)

Xác định lượng hiđrô trong mối hàn được bằng phương pháp Glyxerin tạiphòng thí nghiệm Công ty CP Que hàn điện Việt Đức

Hình 3.6 Hình ảnh mẫu thử hiđrô trong máy điều nhiệt

Mẫu được giữ 72 giờ khí hiđrô thoát ra trên bình đo khí V(ml), tính toán

Trang 24

3.3.4 Xác định giá trị tối ưu các yếu tố đầu vào

Trong trường hợp này nguyên tắc tối ưu là vừa đảm bảo tính kỹ thuật(hàm lượng hiđrô thấp H8, tức là %H ≤ 8 cm3/100g) và tính kinh tế :

Trang 25

Hình 3.7 Giản đồ đồng mức xác định lượng H 2 trong mối hàn, CaF 2 =10%

Bảng 3.7 Giá trị các biến đầu vào và lượng hiđrô kiểm tra

Hàm lượng huỳnh

thạch, (%)

Nhiệt độ sấy,(°C)

Thời gian sấy thiêukết, (phút)

Lượng hiđrô trongmối hàn, cm3/100g

Kết quả kiểm tra hàm lượng hiđrô trong mối hàn sai khác so với giá trị tínhtoán dưới 10% và trong phạm vi cho phép

3.4 Kiểm tra cơ tính kim loại mối hàn

3.4.1 Thành phần đơn thuốc hàn F7A(P)2-BK

- Thành phần đơn thuốc hàn F7A(P)2-BKvới tỷ lệ các chất đã tìm đượctheo các phần trước như sau

Bảng 3.8 Thành phần đơn thuốc hàn F7A(P)2-BK

Rutil, TiO 2

Đá vôi

Trường thạch

Cao lanh Fe-Mn Fe-Si

F7A(P)2-BK 16÷18 23÷25 6,5 28÷3

Lượng nước thủy tinh khoảng : 20 ÷ 24% trọng lượng phối liệu khô

- Hệ số bazơ B ≈ 1,1

- Hàm lượng hiđrô với chế độ sấy thiêu kết đã xác định ở trên là: 5,26

cm3/100g thấp hơn yêu cầu

3.4.2 Kết quả kiểm tra cơ tính theo đơn thuốc hàn F7A(P)2-BK

Mẫu thử cơ tính dùng thuốc hàn F7A(P)2-BK-EL8 có kết quả sau đây

Bảng 3.9 Thành phần hoá học kim loại mối hàn với thuốc F7A(P)2-BK

Hàm lượng các nguyên tố trong kim loại mối hàn, %

Trang 26

Bảng 3.10 Các chỉ tiêu cơ tính mối hàn với thuốc hàn F7A(P)2-BK

Thuốc hàn-dây hànGiới hạn chảy,(MPa) Giới hạn bền(MPa) Độ giãn dài(%) Độ dai va đập ở-29oC, J

Thuốc hàn F7A(P)2-BK với hệ số bazơ B ≈ 1,1 đạt được các tính côngnghệ hàn của đáp ứng tốt yêu cầu đề ra

- Thành phần hóa học và cơ tính kim loại mối hàn đạt yêu cầu

- Các kết quả thử cơ tính kim loại mối hàn đáp ứng tốt yêu cầu đề ra

- Lượng lượng hiđrô với chế độ sấy thiêu kết đã xác định là: 5,26

cm3/100g đáp ứng tốt yêu cầu

Trang 27

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN THUỐC HÀN F7A(P)4 4.1 Nghiên cứu nhóm chất về tính công nghệ hàn

- Đối tượng nghiên cứu là thuốc hàn F7A(P)4- EM12K

- Hệ số bazơ B ≈ 1,6 Đây là thuốc hàn có tính bazơ trung bình

Bảng 4.11 Hàm lượng các nhóm chất tạo xỉ chủ yếu trong xỉ hàn

Mác thuốc

hàn

bazơ, BTiO 2 + SiO 2 CaO + MgO Al 2 O 3 + MnO CaF 2

Hệ số tương quan R2 = 0,733, đối với ảnh hưởng của các chất đến chiều dài

hồ quang tới hạn như vậy là khá mạnh và mức độ phù hợp khá cao

b = 16.0474 + 0.0445X1 - 0.0538X2- 0.1166X3 + 0.1063X4+ 0.1034X12 +

0.0976X22 + 0.1589X32+ 0.5024X42 - 0.0470X1X2 + 0.1236X1X3 - 0.3533X1X4- 0.0534X2X3- 0.1114X2 X4- 0.4054X3 X4

c = 2.5616 + 0.0091X1 + 0.0049X2 + 0.0226X3 - 0.0395X4 + 0.0202X12+0.0021X22 + 0.0084X32+ 0.0443X42 + -0.0019X1X2 + 0.0319X1X3 - 0.0846X1X4-0.0422X X + 0.0364X X - 0.0116X X

Trang 28

Hệ số tương quan R2 = 0729.

h = 5.9203- 0.10650X1 + 0.0278X2+ 0.2473X3- 0.1074X4 + 0.0250X12 -

0.0708X22 - 0.0865X32+ 0.0900X42 + 0.0542X1X2+ 0.0522X1X3 - -0.1823X1X4+ 0.0466X2X3 + 0.0449X2 X4 + 0.0299X3 X4

* Hệ số hình dạng mối hàn Dmh:

Dmh = 6.3268 + 0.0050X1 - 0.0289X2- 0.0883X3 + 0.1074X4- 0.0084X12 +

0.0317X22 + 0.0410X32+ 0.0594X42 - 0.0345X1X2- 0.0273X1X3 + 0.0893X1X4+ 0.0862X2X3 - 0.1037X2 X4 - 0.1367X3 X4

-Các chất còn lại được giữ cố định ở mức 20%

4.2 Nghiên cứu nhóm chất hợp kim hóa kim loại mối hàn

4.2.1 Kế hoạch thực nghiệm và Xử lý số liệu thí nghiệm

4.2.2 Xác định hàm lượng các fero hợp kim

Bảng 4.12 Thành phần hoá học kim loại mối hàn dùng thuốc F7A(P)4-BK

Trang 29

Giá trị các biến thực, % Thành phần hóa học kim loại mối hàn, %

4.3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng hiđrô

4.3.1 Lựa chọn mô hình và các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng hiđrô

- Hàm lượng hiđrô theo yêu cầu là H4 theo tiêu chuẩn AWS A4.3

- Việc xây dựng kế hoạch thực nghiệm và xác định hệ số phương trình hồiquy theo mô hình tương tự các loại thuốc ở trên

- Giới hạn ngưỡng ảnh hưởng đến hàm lượng hiđrô rõ ràng là nhiệt độ trên

700oC

4.3.3 Xác định giá trị hợp lý các yếu tố đầu vào

Điều kiện vừa đảm bảo tính kỹ thuật lượng hiđrô thấp H4 và tính kinh tế :

Trang 30

Thời gian sấy thiêukết, (phút)

Lượng hiđrô trongmối hàn, cm3/100g

4.4 Kiểm tra cơ tính kim loại mối hàn

4.4.1 Thành phần đơn thuốc hàn F7A(P)4-BK

Bảng 4.14 Thành phần đơn thuốc hàn F7A(P)4-BK

MgO Alumin Huỳnhthạch Rutil,TiO

2

Đá vôi

Trường thạch

Cao lanh Fe-Mn Fe-SiF7A(P)4-BK 24÷2

4.4.2 Kết quả kiểm tra theo đơn thuốc hàn F7A(P)4-BK

Bảng 4.15 Thành phần hoá học kim loại mối hàn với thuốc hàn F7A(P)4-BK

Hàm lượng các nguyên tố trong kim loại mối hàn, %

Trang 31

Bảng 4.16 Kết quả kiểm tra cơ tính mối hàn với thuốc hàn F7A(P)4-BK

Thuốc

hàn-dây hàn

Giới hạn chảy(MPa)

Giới hạn bền(MPa)

Độ giãn dài(%)

Độ dai va đập

ở -40oC, JF7A(P)4-

- Thành phần hóa học và cơ tính kim loại mối hàn đạt yêu cầu

- Các kết quả thử cơ tính kim loại mối hàn đáp ứng tốt yêu cầu đề ra, đặcbiệt độ dai va đập cao hơn giá trị yêu cầu tối thiểu rất nhiều

- Lượng lượng hiđrô với chế độ sấy thiêu kết đã xác định là: 3,42

cm3/100g đáp ứng tốt yêu cầu

Trang 32

CHƯƠNG 5 NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN THUỐC HÀN F7A(P)6 5.1 Nghiên cứu nhóm chất về tính công nghệ hàn

- Đối tượng nghiên cứu là thuốc hàn F7A(P)6 với dây hàn EH14

- Hệ số bazơ B ≈ 2,8 Đây là thuốc hàn có tính bazơ cao

5.1.2 Xử lý số liệu thí nghiệm

* Chiều dài hồ quang tới hạn:

Lhq = Y1 = 17.0164 - 0.2150X1 + 0.4803X2- 0.2401X3 + 0.1673X4 0.0858X12 - 0.0759X22 + 0.1206X32 - 0.0951X42 + 0.1904X1X2 - 0.0546X1X3 +0.2129X1X4 - 0.0965X2X3 - 0.0369X2 X4 - 0.1537X3X4

-Hệ số tương quan R2 = 0,759

b = Y2 = 16.4799 - 0.0802X1 + 0.0286X2+ 0.1326X3 - 0.0996X4 +0.1718X12 + 0.1443X22 + 0.0870X32 + 0.1150X42 - 0.2612X1X2 - 0.1556X1X3 -0.1261X1X4 + 0.0469X2X3 + 0.0732X2 X4 - 0.0165X3 X4

c = Y3 = 3.9085 + 0.1049X1 - 0.0826X2 - 0.1089X3 + 0.0858X4 - 0.0247X12

- 0.0325X22 + 0.0183X32 - 0.0557X42 + 0.0737X1X2 - 0.0220X1X3 + 0.0397X1X4 0.0245X2X3 - 0.0282X2 X4 + 0.0300X3 X4

-Hệ số tương quan R2 = 0,623

h = Y4 = 3.5473 + 0.0213X1 - 0.0210X2+ 0.0422X3 - 0.1001X4 + 0.0125X12 +0.0161X22 + 0.0362X32 + 0.0700X42 + 0.0602X1X2 - 0.0385X1X3 - 0.0987X1X4 -0.0834X2X3 - 0.0528X2 X4 + 0.1090X3 X4

+ Hệ số hình dạng mối hàn

Định dạng
Số trang	64
Dung lượng	3,51 MB