- Đặc tính của các biểu đồ phù hợp cao với lý thuyết, đã phản ánh các tínhchất vật lý và mức độ hoạt tính hóa học của thuốc hàn – xỉ hàn thiêu kết hệ bazơtrung bình B ≈ 1,6 đến sự dịch
Trang 13.3.3 Mô tả thí nghiệm xác định cơ tính kim loại mối hàn.
a) Mẫu thử độ bền kéo, độ giãn dài tương đối:
Để thử cơ tính kim loại mối hàn khi kiểm tra vật liệu hàn, người ta thường
đánh giá theo tiêu chuẩn của Mỹ và Hiệp hội hàn Mỹ ANSI/AWS B4.0 (Standard Methods for Mechanical Testing of Welds) và có tham khảo các tiêu chuẩn của Việt
Nam TCVN 3909 : 2000 “Que hàn điện dùng cho thép cacbon thấp và thép hợp kim
thấp - phương pháp thử” (Covered electrodes for manual arc welding of mild steel and low alloy steel - Test method) và TCVN 5402 : 1991 “Mối hàn – phương pháp thử uốn va đập” (Weld - Method for testing the impacts trength).
- Kích thước mẫu hàn đánh giá các chỉ tiêu cơ tính có dạng dưới đây:
Trang 2Hình 3.8: Các kích thước mầu hàn để chuẩn bị mẫu thử cơ tính
Hình Kích thước và gá lắp phôi hàn để chuẩn bị hàn mẫu thử cơ tính
Hình 3.9: Vị trí lấy mẫu thử độ bền kéo và độ dai va đập
Mẫu kiểm tra được gia công từ kim loại mối hàn theo hướng song song với
trục dọc mối hàn Chiều dài đo của mẫu kiểm tra phải hoàn toàn là kim loại mối
hàn
Trang 3Hình 3.10 : Mẫu thử kéo kim loại mối hàn:
a)- hình dáng; b)- phê chuẩn WPS; c)- phân loại điện cực hàn.
- Cắt mẫu thử độ bền kéo và độ dãn dài tương đối:
Hình 3.11: Cắt mẫu thử độ bền kéo và độ dãn dài
Trang 4Hình 3.12: Ví dụ về hình dạng và kích thước mẫu thử độ bền kéo và độ dãn dài
Các kích thước khác của mẫu thử kéo được lấy theo đường kính d0 có thể tham khảotheo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3909:2000
Bảng 3.6: Kích thước mẫu thử độ bền kéo
- Thiết bị thử độ bền kéo và độ dãn dài tương đối:
Hình3.13: Máy kéo nén H011- Matest- Italia
Đặc tính kỹ thuật:
Code: 70-C0820/C
Trang 5 Lực thử kéo tối đa (kN) : 1000
Lực thử nén tối đa (kN) : 2000
Dải kiểm tra : Tự động thay đổi thang đo cũng như độ phân giải
Độ đọc được với thử kéo : 100 N
Khoảng cách tối đa giữa hai bộ má kẹp : 750 mm
Hệ thống má kẹp : Bằng hệ thống thủy lực điều khiển từ xa
- Kích thước mẫu và tiêu chuẩn áp dụng:
Phương pháp thử Charpy-V và các kích thước mẫu theo tiêu chuẩn AWS B4.0.
Có thể có các mẫu tiêu chuẩn hoá với kích thước nhỏ hơn như 10 mm x 8 mm; 10
mm x 7.5 mm và 10 mm x 5 mm.
Hình3.14: Hình dạng và kích thước mẫu chuẩn đầy đủ thử dai va đập
Trang 6theo tiêu chuẩn AWS B4.0
Hình 3.15: Mẫu chuẩn đầy đủ thử dai va đập theo tiêu chuẩn AWS (có dung sai)
Phương pháp thử: Mẫu thử được làm lạnh bằng cách nhúng vào bể chất lỏng
và giữ ở nhiệt độ kiểm (nhiệt độ thử - 40 °C)
- Thiết bị thử nghiệm:
Sau khi ổn định ở nhiệt độ thấp vài phút mẫu được chuyển nhanh vào đe kẹpcủa máy thử và búa lắc thả nhanh ra đập vào mẫu tại phía đối diện với rãnh Hìnhdạng của máy thử độ dai va đập được chỉ trong
Hình 3.16: Máy thử va đập và vị trí búa đập
Năng lượng hấp thụ khi búa lắc đập vào mỗi mẫu thử được chỉ ra trên thang
đo của máy, đơn vị là Joules (J)
Thử độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM E23:2002 trên Máy thử va đập
WPM HECKERT – Đức
Trang 7Chương 4
Mn, Si TỪ THUỐC HÀN VÀO KIM LOẠI MỐI HÀN 4.1 Tiến hành thí nghiệm về thành phần hóa học kim loại mối hàn
4.1.1 Kế hoạch thực nghiệm nghiên cứu thành phần hóa học kim loại mối hàn
Sau khi chọn được giá trị và khoảng biến thiên của Fe-Mn, Fe-Si ta có:
Bảng 4.1: Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố
Kế hoạch thực nghiệm có dạng như sau:
Bảng 4.2: Kế hoạch thực nghiệm thí nghiệm trực giao bậc 2
№ thí
nghiệm
Giá trị các biếnthực,%
Trang 811 6 4 0 0
4.1.2 Các thông số chế độ hàn dùng để nghiên cứu thàh phần hoá học
Các thông số chế độ hàn chủ yếu được tính toán và hàn kiểm tra đạt ổn định cócác giá trị như sau:
dòng điệnhàn Ih, A
Điện áp hàn
Uh, V
Vận tốc hàn
Vh, ipm(0,56m/ph)
Tầm vớiđiện cực,mm
Gócnghiêngđiện cực
4.2 Kết quả thử nghiệm về thành phần hóa học kim loại mối hàn
4.2.1 Mẫu thử nghiệm thành phần hóa học kim loại mối hàn
Tiến hành hàn mẫu theo các thông số chế độ hàn đã nêu ở trên và nhiệt độgiữa các đường hàn (the inter pass temperature) được duy trì khoảng 150 -160°C
Hình 4.1: Các phôi mẫu sau khi hàn xong sẽ tiến hành cắt để lấy mẫu thử
Trang 9thành phần hóa học kim loại mối hàn.
Hình 4.2 : Mẫu hàn cắt để chuẩn bị phân tích thành phần hóa học
4.2.2 Các số liệu thí nghiệm
Mẫu thử nghiệm được gia công từ mẫu hàn thí nghiệm ở phần trước và đượcphân tích thành phần hóa học kim loại mối hàn bằng phương pháp phân tích quangphổ tại Trung tâm Thử nghiệm – Kiểm định Công nghiệp, Viện Cơ khí Năng lượng
và Mỏ Kết quả thử nghiệm được dẫn ra ở bảng dưới đây
Trang 10Bảng 4.4: Kết quả thí nghiệm
№ thí
nghiệm
Giá trị các biếnthực,%
Trang 11Chương 5
XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CÁC Fe-Mn, Fe-Si CHO MẺ
LIỆU THUỐC HÀN 5.1 Kết quả xử lý số liệu
Sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất và các nội dung phân tích hồiquy, phân tích phương sai để xác định các hệ số của phương trình hồi quy (dạng đathức) Ứng dụng phần mềm xác định các hệ số của phương trình hồi quy được dẫn
ra ở phần phụ lục 2 và phần mềm MODDE 5.0
Sau khi nhập các số liệu thực nghiệm và chạy phần mềm ở phần phụ lục 2 tacó:
Các phương trình hồi quy biểu diễn sự phụ thuộc của hàm lượng Mn trongkim loại mối hàn vào hàm lượng các Fe-Mn và Fe-Si từ thuốc hàn có dạng:
Constant 2.33096 0.0111424 4.736e-011 0.0286424X1 0.498551 0.00686861 9.40194e-009 0.0176564X2 0.180017 0.00686861 1.51123e-006 0.0176564X1*X1 0.037632 0.00818793 0.00586139 0.0210478X2*X2 -0.00768314 0.00818793 0.391144 0.0210478X1*X2 0.0122475 0.00651613 0.118942 0.0167503
Trang 12Si Coeff SC Std Err P Conf int(±)Constant 1.08881 0.00892306 7.01149e-010 0.0229375X1 0.0573216 0.00550055 0.000140224 0.0141396X2 0.379685 0.00550055 1.20848e-008 0.0141396X1*X1 -0.00792719 0.00655709 0.280727 0.0168556X2*X2 0.0134414 0.00655709 0.0956539 0.0168556X1*X2 0.000405019 0.00521828 0.941145 0.013414
5.2 Biểu diễn các đường đặc trưng và các kết luận khoa học
(Mn, Si) = f (Fe-Mn, Fe-Si)
a).Sự phụ thuộc Mn trong kim loại mối hàn vào Fe-Mn và Fe-Si trong thuốc hàn.
Trang 13Hình 5.1 Sự phụ thuộc của hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn vào hàm
lượng Hình 5.1 Sự phụ thuộc của hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn vào
hàm lượng Fe-Mn trong mẻ liệu thuốc hàn
Trang 14lượng Fe-Si trong mẻ liệu thuốc hàn
Hình 5.3 Sự phụ thuộc của hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn vào
hàm lượng Fe-Mn và Fe-Si trong mẻ liệu thuốc hàn
b) Sự phụ thuộc Si trong kim loại mối hàn vào Fe-Mn và Fe-Si trong thuốc hàn.
Hình 5.4 Sự phụ thuộc của hàm lượng Si,(%) trong kim loại mối hàn vào
hàm lượng Fe-Si, (%) trong mẻ liệu thuốc hàn
Mn
Trang 15Hình 5.5 Sự phụ thuộc của hàm lượng Si trong kim loại mối hàn vào hàm lượng
Fe-Mn trong mẻ liệu thuốc hàn
Hình 5.6 Sự phụ thuộc của hàm lượng Si trong kim loại mối hàn vào hàm lượng
Fe-Mn và Fe-Si trong mẻ liệu thuốc hàn
Si
Trang 16- Đặc tính của các biểu đồ phù hợp cao với lý thuyết, đã phản ánh các tínhchất vật lý và mức độ hoạt tính hóa học của thuốc hàn – xỉ hàn thiêu kết hệ bazơtrung bình (B ≈ 1,6) đến sự dịch chuyển của các nguyên tố hợp kim và khả năngkhử, hợp kim hóa kim loại mối hàn qua thuốc hàn.
- Các đồ thị cho ta thấy khi hàm lượng ferô Fe-Mn tăng thì hàm lượng Mntrong kim loại mối hàn sẽ tăng, tương tự khi hàm lượng ferô Fe-Si tăng thì hàmlượng Si trong kim loại mối hàn cũng tăng Tuy nhiên, khi với hàm lượng ferô Fe-Siđưa vào thấp (đoạn đầu của đường đặc tính (Si = f(Fe-Si)) hàm lượng Si trong kimloại mối hàn vẫn khá cao Điều này có thể được giải thích bởi mức độ hoàn nguyêncủa Si từ các hợp chất dạng SiO2 cao, nên đã bổ sung Si vào kim loại mối hàn
- Qua các đồ thị cũng cho thấy sự dịch chuyển của Mn và Si vào kim loạimối hàn từ các ferô Fe-Mn và Fe-Si trong mẻ liệu thuốc hàn F7A4 có sự tương hỗcao Ví dụ, khi hàm lượng ferô Fe-Si tăng thì hàm lượng Mn trong kim loại mối hàncũng tăng
Các kết quả nghiên cứu trên đây là cơ sở để xác định hàm lượng các ferô
Fe-Mn và Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A4 đảm bảo thành phần hóa học và cơtính kim loại mối hàn theo yêu cầu
5.3 Xác định hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si hợp lý trong mẻ liệu thuốc hàn
Trang 17Xác định giá trị hợp lý (tối ưu) của các yếu tố (biến số) từ mô hình xây dựng ởtrên đảm bảo các tiêu chí kinh tế - kỹ thuật Do vậy, việc giải bài toán này phải đápứng các điều kiện ràng buộc.
Bài toán quy hoạch đa mục tiêu hoặc trường hợp tổng quát với n biến, m rằngbuộc, và p mục tiêu có thể mô tả dạng tổng quát như sau:
), ,,( 1 2
j
i n
x
b x x x g
i = 1,2,…,m; j = 1,2,…,n
Ta ký hiệu miền rằng buộc là miền D
Trong các bài toán này việc giải bài toán là tìm ra được các giá trị của các biếnđầu vào thỏa mãn giá trị hàm mục tiêu cho trước
Xác định hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si hợp lý trong mẻ liệu thuốc hàn đảm bảothành phần hóa học và cơ tính mối hàn, trên cơ sở các ràng buộc
Kết quả:
Giải bằng phần mềm tối ưu (theo phụ lục 3) với các ràng buộc có điều kiện, ta xác định được các giá trị Fe-Mn và Fe-Si như sau:
Trang 183.1562 1.1093 1.2219 0.2966 0.0074 0.0321 29 -2.24694.2812 0.6207 1.4246 0.2522 0.0075 0.0326 25 -2.1955
Dựa vào kết quả tìm được đã chọn thử nghiệm hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưavào mẻ liệu thuốc hàn kí hiệu qui ước là F7A4-1 và hàn kết hợp với dây hànEM12K dự kiến cho các kết quả sau:
Bảng 5.1 Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A4-1 và dự kiến
thành phần hóa học tính toán của kim loại mối hàn.
(Mẫu được cắt từ mẫu hàn thử cơ tính)Giá trị các biến thực, % Hàm lượng các nguyên tố trong kim loại mối hàn, %
Bảng5.2 Kết quả thử nghiệm thuốc hàn F7A4-1 và thành phần hóa học của
kim loại mối hàn
Trang 19(Mẫu được cắt từ mẫu hàn thử cơ tính).
Giá trị các biến thực, % Hàm lượng các nguyên tố trong kim loại mối hàn, %
Kết quả thử phân tích thành phần hóa học kim loại mối hàn khi hàn bằngthuốc hàn được chế tạo với hàm lượng các fero Mn và Si như bảng trên và tiến hànhhàn với dây EM12K trên mẫu theo tiêu chuẩn đã nêu ở trên như sau
Nhận xét:
Các số liệu thử nghiệm thành phần hóa học cho thấy:
- Hàm lượng Mn thấp hơn dự kiến, chưa đạt yêu cầu;
- Hàm lượng Si cao hơn dự kiến khá nhiều;
- Hàm lượng các nguyên tố còn lại như cacbon và lưu huỳnh thấp, như vậy
là tốt Còn hàm lượng P có cao hơn yêu cầu, nhưng theo các số liệu thửnghiệm vẫn thấp hơn hàm lượng dự kiến
Do hàm lượng Mn thấp hơn dự kiến khá nhiều và hàm lượng Si khá cao, nên
sẽ tiến hành thí nghiệm điều chỉnh
Phần trăm các fero hợp kim đưa vào thử nghiệm như sau:
Bảng 5.3 Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A4-2 và dự kiến
thành phần hóa học tính toán của kim loại mối hàn.
(Mẫu thử theo ANSI/AWS B4.0)
Giá trị các biến thực, % Hàm lượng các nguyên tố trong kim loại mối hàn, %
Trang 205 1 - 1,662 0,364 -
-Kết quả thử phân tích thành phần hóa học kim loại mối hàn khi hàn bằng
Bảng 5.4 Kết quả thử nghiệm thuốc hàn F7A4-2 và thành phần hóa học của
kim loại mối hàn (Mẫu thử theo ANSI/AWS B4.0).
Giá trị các biến thực, % Hàm lượng các nguyên tố trong kim loại mối hàn, %
Nhận xét:
Các số liệu thử nghiệm thành phần hóa học cho thấy:
- Hàm lượng Mn thấp hơn giá trị tính toán theo phương trình hồi qui khoảng5%;
- Hàm lượng Si cao hơn giá trị tính toán khoảng 10%;
- Hàm lượng các nguyên tố còn lại như cacbon và lưu huỳnh thấp Còn hàmlượng P có cao hơn yêu cầu
Như vậy kết quả tính toán theo phương trình hồi qui và kết quả phân tích khátrùng khớp nhau, mức độ sai số thấp Hơn nữa hàm lượng Fe-Si được lấy ở cận dướicủa giá trị biên, mà độ chính xác có thể chấp nhận được còn giá trị Fe-Mn nằm gầnvùng trung tâm nên giá trị chính xác hơn nhiều
Trang 215.4 Kiểm tra cơ tính kim loại mối hàn
Thuốc hàn được chế tạo với hàm lượng các fero Mn và Si như bảng trên vàtiến hành hàn với dây EM12K trên mẫu theo tiêu chuẩn đã nêu ở trên
Hình 5.7 Gá lắp phôi để hàn mẫu thử cơ tính kim loại mối hàn
Trang 22Hình 5.8 Hàn mẫu thử cơ tính kim loại mối hàn
Trang 23Hình 5.9 Quá trình hàn mẫu thử cơ tính kim loại mối hàn
Hình 5.10 Mẫu sau khi thử kéokim loại mối hàn
Hình 5.11 Các mẫu sau khi thử độ dai va đậpkim loại mối hàn
Kết quả thử cơ tính kim loại mối hàn khi hàn bằng thuốc hàn được chế tạo vớihàm lượng các fero Mn và Si như bảng trên và tiến hành hàn với dây EM12K trênmẫu theo tiêu chuẩn đã nêu ở trên như sau
Hà Nội, ngày 09 tháng 09 năm 2013 (Hanoi, September 09 th - 2013)
GIẤY CHỨNG NHẬN KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM
Trang 24Thử kéo
Tên mẫu thử nghiệm (Sample): Mẫu thép hàn F23
Ngày nhận mẫu: 07/09/2013
Đơn vị gửi mẫu (Client): Nguyễn Công Vượng
Địa chỉ (Address): Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Thiết bị thử nghiệm (Test equipment): H011- Matest- Italia
Phương pháp thử nghiệm (Test
method):
Thử kéo - TCVN 197:2002 (ISO 6892:1998) Kết quả (Test Result):
Hà Nội, ngày 12 tháng 09 năm 2013 (Hanoi, September 12 th - 2013)
GIẤY CHỨNG NHẬN KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM
(Certificate of Test Result)
Thử va đập
Phươngphápthửnghiệm(Testmethod)
:
Thử va đập - ASTM E23:2002
Trang 25Kết quả (Test Result):
5.5 Giới thiệu thuốc hàn để sản xuất thử nghiệm
Với hàm lượng các ferô xác định được kết hợp với dây hàn EM12K đã tiếnhành hàn thử nghiệm và phân tích thành phần hóa học, thử cơ tính kim loại mối hànđều đáp ứng tốt các tiêu chí yêu cầu
Do vậy, có thể sử dụng các kết quả nghiên cứu trên, đưa hàm lượng các ferôFe-Mn và Fe-Si vào mẻ liệu thuốc hàn F7A4 để sản xuất thử nghiệm như sau:
Bảng5.5 Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn để sản xuất
thử nghiệm thuốc hàn F7A4.Hàm lượng các ferô hợp
kim, %
Hàm lượng các nguyên tố trong kim loại mối hàn, %
Thành phần hóa học và cơ tính kim loại mối hàn khi hàn bằng thuốc hàn F7A4
đã được thử nghiệm đạt yêu cầu
Trang 27KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1 Kết luận:
Đề tài đã nghiên cứu sự dịch chuyển của Mn và Si từ các ferô Fe-Mn và Fe-Sitrong mẻ liệu thuốc hàn vào kim loại mối hàn Kết quả nghiên cứu chủ yếu và ýnghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài có thể tóm tắt qua một số điểm sau đây:Trong phạm vi nghiên cứu, tác giả đã giải quyết được các nội dung chính sau:
Nghiên cứu sự dịch chuyển của Mn và Si từ các ferô Fe-Mn và Fe-Si trong
mẻ liệu thuốc hàn F7A4 vào kim loại mối hàn Qua đó cho thấy vai trò chất khử vàhợp kim hóa của các nguyên tố hợp kim phổ biến là Mn và Si, cũng như mức độ ôxihóa các nguyên tố hợp kim của nền tạo xỉ của loại thuốc hàn này
Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm, xây dựng được các phương trình toánhọc mô tả định lượng mối quan hệ giữa hàm lượng các nguyên tố hợp kim Mn và Sitrong kim loại mối hàn phụ thuộc vào hàm lượng các ferô Fe-Mn và Fe-Si trong mẻliệu thuốc hàn F7A4
Các đường đặc trưng mô tả dạng 2D và 3D các quan hệ toán học nghiêncứu được phản ánh trực quan các kết quả nghiên cứu và cho thấy sự phù hợp caovới lý thuyết
Các kết quả nghiên cứu là cơ sở để xác định hàm lượng các ferô Fe-Mn vàFe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A4 để đạt được hàm lượng các nguyên tố hợpkim Mn, Si và tạp chất và cơ tính kim loại mối hàn theo yêu cầu
Các kết quả nghiên cứu của đề tài có ý nghĩa khoa học, tính mới và có giátrị thực tiễn cao đối với việc ngiên cứu sản xuất thuốc hàn bazơ thấp
2 Kiến nghị:
Nếu có điều kiện nên nghiên cứu ảnh hưởng của các ferô Fe-Mn và Fe-Si đưavào mẻ liệu thuốc hàn F7A4 đến hàm lượng ôxi trong kim loại mối hàn Bởi chứcnăng khử tạp chất trong đó nhiệm vụ khử ôxi của các nguyên tố hợp kim là nhiệmvụ hàng đầu, tuy nhiên mức độ tồn tại tạp chất ở dạng các ôxit trong kim loại mối
