BAO CAO LUAN VAN BAN IN HC 18 10

Để có thể mau chóng tự sản xuất được các loại thuốc hàn chất lượng cao cácthuốc hàn thiêu kết hệ bazơ đáp ứng cho việc chế tạo các kết cấu hàn chất lượng cao.Trong đê

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-Họ và tên tác giả luận văn

Tạ Văn Năm

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH MỐI HÀN VÀ LƯỢNG THUỐC HÀN NÓNG CHẢY KHI CHẾ TẠO

THUỐC HÀN THIÊU KẾT HỆ BAZƠ

Trang 2

MỤC LỤC

TRANG PHỤ

BÌA

.1 MỤC LỤC

2

LỜI CAM ĐOAN

6

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 7

DANH MỤC CÁC BẢNG

8

DANH MỤC CÁC HÌNH

9

MỞ ĐẦU

12

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THUỐC HÀN THIÊU KẾT……….14

1.1 Sơ lược hàn tự động dưới lớp thuốc hàn……… 14

Trang 3

1.1.1 Sơ đồ nguyên lý hàn tự động dưới lớp thuốc……… 14

1.1.2 Vai trò, công dụng của thuốc hàn ……… 18

1.1.3 Phân loại thuốc hàn theo phương pháp chế tạo……… 20

1.2 Tình hình ngiên cứu và sản xuất thuốc hàn……….20

1.2.1 Nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn trên Thế giới………20

1.2.2 Nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn ở Việt Nam……… 22

1.3 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu………24

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu………24

1.3.2 Nội dung nghiên cứu………25

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ THUỐC HÀN VÀ LỰA CHỌN XỈ HÀN…… 26

2.1 Các chỉ tiêu cơ bản của thuốc hàn ……….26

2.1.1 Các chỉ tiêu chung………26

2.1.2 Các chỉ tiêu công nghệ hàn……… 26

2.1.3 Các yêu cầu kỹ thuật chung khi sản xuất thuốc hàn………27

2.2 Phân loại và kí hiệu thuốc hàn ……… 27

2.2.1 Các nhóm chất chủ yếu trong thành phần mẻ liệu thuốc hàn 27

2.2.2 Phân loại và kí hiệu thuốc hàn ………29

2.3 Sơ lược về xỉ hàn ………33

2.3.1 Khái niệm về xỉ hàn……….33

Trang 4

2.3.2 Các tính chất của xỉ hàn……… 34

2.3.3 Phân loại xỉ hàn………37

2.4 Xác định nội dung nghiên cứu………39

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……… 43

3.1 Ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn đến sự hình thành mối hàn……….43

3.1.1 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn đến sự hình thành mối hàn …….43

3.1.2 Ảnh hưởng của điện áp hàn hàn đến sự hình thành mối hàn……… 45

3.1.3 Ảnh hưởng của vận tốc hàn đến sự hình thành mối hàn……… 47

3.1.4 Ảnh hưởng của các yếu tố khác đến sự hình thành mối hàn………50

3.1.5 Sơ đồ kết cấu thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc……… 52

3.2 Phương pháp nghiên cứu ………52

3.2.1 Ứng dụng quy hoạch thức nghiệm……… 52

3.2.2 Xác định các thông số chế độ hàn hợp lý đảm bảo……….64

3.3 Mô tả phương pháp thí nghiệm ……….65

3.3.1 Chuẩn bị mẫu và cách xác định các kích thước mối hàn……….65

3.3.2 Chuẩn bị mẫu và cách xác định lượng xỉ hàn nóng chảy………69

CHƯƠNG 4 TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH MỐI HÀN………… 73

4.1 Tiến hành thí nghiệm về ảnh hưởng của thông số chế độ hàn đến sự ………… 73

Trang 5

4.1.1 Kế hoạch thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của thông số chế độ…… 73

4.1.2 Các bước tiến hành thí nghiệm ……… 75

4.2 Kết quả thực nghiệm ……… 75

4.2.1 Mẫu thử nghiệm ……….75

4.2.2 Các số liệu thực nghiệm ……….76

CHƯƠNG 5 XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ HÀN HỢP LÝ…….78

5.1 Kết quả xử lý số liệu ……… 78

5.1.1 Phần mềm xác định các hệ số phương trình hồi quy……… 78

5.1.2 Xây dựng các phương trình hồi qui ………78

5.2 Biểu diễn các đường đặc trưng và các kết luận……… 82

5.2.1 Biểu diễn các đường đặc trưng ……… 82

5.2.2 Các kết luận ………92

5.3 Xác định giá trị các thông số chế độ hàn hợp lý……….98

5.3.1 Giải bài toán tối ưu xác định các thông số chế độ hàn hợp lý ………98

5.3.2 Kiểm tra các thông số chế độ hàn đã chọn ………104

5.4 Xây dựng bản hướng dẫn sử dụng thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ……… 106

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… 107

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… 108

Trang 6

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Tạ Văn Năm, học viên lớp Cao học Công nghệ hàn – Khoá 2011, Trường

Đại học Bách Khoa Hà Nội, thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến sự hình thành mối hàn và lượng thuốc hàn nóng chảy khi chế tạo thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ (tương đương loại F7A(P)4 theo AWS A5.17-80) theo AWS A5.17-80”.

Tác giả tham gia Đề tài Khoa học và Công nghệ Trọng điểm cấp Nhà nước mãsố KC.02.04/11-15 do TS Vũ Huy Lân làm Chủ nhiệm Đề tài Tác giả xin cam đoanrằng: Ngoại trừ các số liệu, các bảng biểu, các đồ thị,… đã được trích dẫn từ tài liệutham khảo thì các số liệu, nội dung còn lại được công bố trong Luận văn này là của tácgiả và nhóm tác giả tham gia Đề tài đưa ra Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày 24 tháng 9 năm 2013

Học viên

Tạ Văn Năm

Trang 7

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký

AC Alternating Curent SAW Submerged Arc Welding

AWS American Welding Society WPS Welding Procedure SpecificationASTM American Society for Testing

of Materials

WPQR Welding Procedure Qualiffication

RecodeASME American Society of

δ Độ dãn dài tương đối

DT Destructive Testing Ψmh Hệ số hình dạng mối hàn

EN European Standards Ψn Hệ số ngấu mối hàn

HAZ Heat affected zone

IIW International Institute

Welding

ISO International Standard Organi

zation

JIS Japanese Industrial Standards

KLCB Kim loại cơ bản

NDT Nondestructive Testing

PWHT Post Weld Heat Treatment

Trang 8

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Phân loại và kí hiệu thuốc hàn theo IIW – 545 –78 28Bảng 2.2 Yêu cầu về cơ tính kim loại mối hàn theo AWS A5.17 – 80 31Bảng 2.3 Công thử độ dai va đập của kim loại mối hàn 31Bảng 2.4 Thành phần hoá học và một số thông số chủ yếu của dây hàn

tự động dưới lớp thuốc theo AWS A5.17 – 80 32Bảng 2.5 Các loại xỉ hàn theo thành phần hoá học và các chất chính

Bảng 3.1 Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố đầu vào 58Bảng 3.2 Kế hoạch thực nghiệm bậc hai trực giao (với biến mã hóa) 59Bảng 3.3 Thành phần hoá học của thép hàn SM400B, (%): 66Bảng 3.4 Thành phần hoá học của dây hàn EM12K, (%): 66

Bảng 4.1 Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố 73Bảng 4.2 Kế hoạch thực nghiệm thí nghiệm trực giao bậc 2 74

Bảng 5.1 Các giá trị giới hạn của các thông số chế độ hàn 99Bảng 5.2 Các giá trị giới hạn của các hàm mục tiêu 99Bảng 5.3 Các giá trị của các thông số chế độ hàn có thể chấp nhận 100Bảng 5.4 Các giá trị của các thông số chế độ hàn có thể chấp nhận 101Bảng 5.5 Các giá trị của các thông số chế độ hàn có thể chấp nhận 102Bảng 5.6 Khoảng giá trị của các thông số chế độ hàn hợp lý (với log(D)

Bảng 5.7 Khoảng giá trị của các thông số chế độ hàn hợp lý cho dây

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý quá trình hàn tự động dưới lớp thuốc 15Hình 1.2 Một số thiết bị hàn hồ quang tự động dưới lớpthuốc 15Hình 1.3 Một số hình ảnh về hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc 16Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang dưới lớp thuốc bằng điện cực

băng

16

Trang 9

Hình 1.6 Dạng thuốc hàn 19Hình 2.1 Sơ đồ kí hiệu thuốc hàn – dây hàn AWS A5.17 - 80 30Hình 2.2 Sự thay đổi độ nhớt của xỉ phụ thuộc vào nhiệt độ 35Hình 2.3 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát thuốc hàn 40

Hình 3.1 Các kích thước đặc trưng của mối hàn 43Hình 3.2 Sự thay đổi hình dạng mối hàn theo cường độ dòng điện hàn 44

Hình 3.4 Sự thay đổi hình dạng mối hàn và mức tiêu thụ thuốc hàn theo

điện áp hàn

46

Hình 3.5 Sự thay đổi hình dạng mối hàn và mức tiêu thụ thuốc hàn 47Hình 3.6 Ảnh hưởng của tốc độ hàn lên sự phân bố lực trong hồ quang 48Hình 3.7 Ảnh hưởng của tốc độ hàn lên sự phân bố lực trong hồ quang 49Hình 3.8 Sự thay đổi hình dạng mối hàn theo tiết diện điện cực 50Hình 3.9 Sự thay đổi hình dạng mối hàn theo góc nghiêng điện cực 50Hình 3.10 Minh họa ảnh hưởng góc nghiêng điện cực đến hình dạng mối

hàn

51

Hình 3.11 Sự thay đổi hình dạng mối hàn theo góc nghiêng vật hàn 51Hình 3.12 Sự thay đổi hình dạng mối hàn theo góc nghiêng vật hàn 52Hình 3.13 Sự thay đổi hình dạng mối hàn theo góc nghiêng vật hàn 52

Hình 3.16 Phôi chuẩn bị hàn mẫu thử phân tích thành phần hóa học

kim loại mối hàn

69

Hình 4.1 Mẫu hàn cắt để chuẩn bị phân tích thành phần hóa học 76Hình.5.1 Sự phụ thuộc của chiều rộng mối hàn vào cường độ dòng điện

hàn

82

Hình 5.2 Sự phụ thuộc của chiều rộng mối hàn vào điện áp hàn 83Hình 5.3 Sự phụ thuộc của chiều rộng mối hàn vào vận tốc hàn 83Hình 5.4 Sự phụ thuộc của chiều rộng mối hàn vào I và U 84Hình 5.5 Sự phụ thuộc của chiều rộng mối hàn vào I và Vh 84Hình 5.6 Sự phụ thuộc của chiều rộng mối hàn vào U và Vh 85Hình 5.7 Sự phụ thuộc của chiều cao đắp mối hàn vào cường độ dòng

điện hàn

85

Trang 10

Hình 5.8 Sự phụ thuộc của chiều cao đắp mối hàn vào điện áp hàn 86Hình 5.9 Sự phụ thuộc của chiều cao đắp mối hàn vào vận tốc hàn 86Hình 5.10 Sự phụ thuộc của chiều cao đắp mối hàn vào I và U 87Hình 5.11 Sự phụ thuộc của chiều cao đắp mối hàn vào I và Vh 87Hình 5.12 Sự phụ thuộc của chiều cao đắp mối hàn vào U và Vh 88Hình 5.13 Sự phụ thuộc của chiều sâu ngấu mối hàn vào cường độ dòng

điện hàn

88

Hình 5.14 Sự phụ thuộc của chiều sâu ngấu mối hàn vào điện áp hàn 89Hình 5.15 Sự phụ thuộc của chiều sâu ngấu mối hàn vào vận tốc hàn 89Hình 5.16 Sự phụ thuộc của chiều sâu ngấu mối hàn vào I và U 90Hình 5.17 Sự phụ thuộc của chiều sâu ngấu mối hàn vào I và Vh 90Hình 5.18 Sự phụ thuộc của chiều sâu ngấu mối hàn vào U và Vh 91Hình 5.19 Sự phụ thuộc của hệ số hình dạng mối hàn vào cường độ dòng

điện hàn

91

Hình 5.20 Sự phụ thuộc của hệ số hình dạng mối hàn vào điện áp hàn 92Hình 5.21 Sự phụ thuộc của hệ số hình dạng mối hàn vào vận tốc hàn 92Hình 5.22 Sự phụ thuộc của hệ số hình dạng mối hàn vào I và U hàn 93Hình 5.23 Sự phụ thuộc của hệ số hình dạng mối hàn vào I và Vh hàn 93Hình 5.24 Sự phụ thuộc của hệ số hình dạng mối hàn vào U và Vh hàn 94Hình 5.25 Sự phụ thuộc của lượng thuốc nóng chảy vào cường độ dòng

điện hàn

94

Hình 5.26 Sự phụ thuộc của lượng thuốc nóng chảy vào điện áp hàn 95Hình 5.27 Sự phụ thuộc của lượng thuốc nóng chảy vào vận tốc hàn 95Hình 5.28 Sự phụ thuộc của lượng thuốc nóng chảy vào I và U hàn 96Hình 5.29 Sự phụ thuộc của lượng thuốc nóng chảy vào I và Vh hàn 96Hình 5.30 Sự phụ thuộc của lượng thuốc nóng chảy vào U và Vh hàn 97Hình 5.31 Ảnh hưởng của điện áp hàn đến hình dạng mối hàn 104Hình 5.32 Ảnh hưởng của điện áp hàn đến lượng xỉ hàn nóng chảy 104Hình 5.33 Ảnh hưởng của dòng điện hàn đến hình dạng mối hàn 105Hình 5.34 Ảnh hưởng của tốc độ hàn đến hình dạng mối hàn 105

MỞ ĐẦU

Trang 11

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá đất nước hiện nay các ngành khoa học côngnghệ phát triển rất mạnh, trong đó ngành công nghệ hàn cũng không ngừng phát triểnvề bề rộng có các công nghệ hàn mới rất đa dạng và các giải pháp nâng cao năng suất

và chất lượng hàn Do đó ngành hàn ngày càng được ứng dụng rộng rãi, trong số đócông nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc đã được ứng dụng rất phổ biến trên thế giới ỞViệt Nam công nghệ này ngày càng được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là trong lĩnh vựcđóng tàu và chế tạo kết cấu thép, Tuy nhiên, thuốc hàn chủ yếu còn phải nhập từnước ngoài, để khắc phục tình trạng này một số cơ sở sản xuất vật liệu hàn lớn trongnước như Công ty sản xuất que hàn Việt Đức, công ty sản xuất vật liệu hàn NamTriệu, đã nghiên cứu và chế tạo thử nghiệm thuốc hàn gốm hệ axit AR (Ôxit nhôm –Rutil) Để có thể mau chóng tự sản xuất được các loại thuốc hàn chất lượng cao (cácthuốc hàn thiêu kết hệ bazơ) đáp ứng cho việc chế tạo các kết cấu hàn chất lượng cao.Trong đề tài này đã thực hiện nghiên cứu một nhánh của đề tài cấp Nhà nước “Nghiêncứu sản xuất thuốc hàn thiêu kết bằng nguyên vật liệu trong nước để hàn tự động kếtcấu thép cacbon thấp và hợp kim thấp”

Nội dung cụ thể của luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn đến sự hình thành mối hàn và lượng thuốc hàn nóng chảy khi chế tạo thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ (tương đương loại F7A(P)4 theo AWS A5.17-80) theo AWS A5.17-80”.

Có các vấn đề cần giải quyết như sau:

- Giới thiệu tổng quan việc nghiên cứu của thế giới và Việt Nam về thuốc hànthiêu kết Xác định hướng nghiên cứu của đề tài

- Các vấn đề cần được giải quyết:

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn đến sự hình thành mốihàn và lượng thuốc hàn bị nóng chảy khi hàn thuốc hàn thiêu kết hệ bazơF7A(P)4

Trang 12

+ Xác định được chế độ hàn hợp lý và lượng thuốc hàn nóng chảy trên khốilượng dây hàn khi sử dụng thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ được chế tạo bằngnguyên vật liệu trong nước tương đương với loại F7A(P)4 theo AWSA5.17-80

+ Xây dựng bản hướng dẫn sử dụng thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của giảng viên

TS Vũ Huy Lân, Ban lãnh đạo và cán bộ Công ty Que hàn điện Việt Đức,… trong

việc hoàn thành luận văn tốt nghiệp này!

Hà Nội, ngày 24 tháng 9 năm 2013

Học viên

Tạ Văn Năm

Trang 13

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THUỐC HÀN THIÊU KẾT 1.1 Sơ lược về hàn tự động dưới lớp thuốc hàn

1.1.1 Sơ đồ nguyên lý hàn tự động dưới lớp thuốc

 Khái niệm hàn hồ quang dưới lớp thuốc:

Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ còn gọi là hàn hồ quang chìm (hồ quangngầm), tiếng Anh viết tắt là SAW (Submerged Arc Welding) là quá trình hàn điệnnóng chảy, dùng nguồn nhiệt từ hồ quang điện sinh ra giữa điện cực hàn (dây hàn,băng hàn) và vật hàn Một phần lượng nhiệt sinh ra do hồ quang điện làm nóng chảykim loại điện cực và kim loại cơ bản, sau đó kim loại vũng hàn kết tinh tạo thành mốihàn Phần nhiệt khác làm nóng chảy thuốc hàn, tạo thành lớp xỉ (vòm vỉ) bảo vệ vùnghồ quang và vũng hàn khỏi sự xâm nhập và ảnh hưởng có hại của môi trường khíquyển xung quanh

 Nguyên lý của hàn hồ quang dưới lớp thuốc:

Dưới tác dụng nhiệt của hồ quang, mép hàn, dây hàn và một phần thuốc hàn sáthồ quang bị nóng chảy tạo thành vòm hồ quang (vòm xỉ) và vũng hàn Dây hàn đượcđẩy vào vũng hàn bằng một cơ cấu cấp dây với tốc độ phù hợp với tốc độ nóng chảycủa nó và đảm bảo duy trì hồ quang cháy ổn định Khi hồ quang hàn di chuyển theohướng hàn kim loại lỏng trong vũng hàn sẽ nguội và kết tinh tạo thành mối hàn Trênmặt vũng hàn và phần mối hàn kết tinh hình thành một lớp xỉ có tác dụng tham gia vàocác quá trình luyện kim khi hàn, bảo vệ và giữ nhiệt cho mối hàn và sẽ tách khỏi mốihàn sau khi hàn Phần thuốc hàn chưa bị nóng chảy có thể được sử dụng lại

Các chuyển động cấp dây hàn, dao động điện cực và chuyển động theo đườnghàn thường được cơ giới hóa Tùy theo mức độ tự động của các chuyển động này màchia thành hàn tự động và bán tự động dưới lớp thuốc

Sơ đồ nguyên lý của quá trình hàn tự động dưới lớp thuốc có thể tham khảo trên hình 1.1

Trang 14

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý quá trình hàn tự động dưới lớp thuốc

Hình 1.2 Một số thiết bị hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc

Trang 15

Hình 1.3 Một số hình ảnh về hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang dưới lớp thuốc bằng điện cực băng

Trang 16

Hình 1.5 Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bằng điện cực băng

 Đặc điểm hàn hồ quang dưới lớp thuốc:

- Hồ quang cháy ngầm dưới lớp thuốc, một phần thuốc hàn nóng chảy tạo thànhvòm xỉ bảo vệ vùng hồ quang hàn và vũng hàn khỏi tác dụng có hại của oxi và nitơ củamôi trường xung quanh

- Nhiệt lượng hồ quang rất tập trung và nhiệt độ cao (so với các phương pháphàn khác như hàn hồ quang tay, hàn TIG, MIG/MAG, ) , cho phép hàn với tốc độ lớn

và có thể hàn những chi tiết có chiều dày lớn mà không cần phải vát mép, tiết kiệm kimloại

- Chất lượng kim loại mối hàn cao do vùng hàn (hồ quang hàn và vũng hàn)được bảo vệ tốt khỏi tác dụng của oxi và nitơ trong khí quyển xung quanh Kim loại

Trang 17

mối hàn đồng nhất về thành phần hóa học Lớp thuốc và xỉ hàn làm mối hàn nguộichậm nên ít bị thiên tích, thoát hidrô tốt hơn

- Mối hàn có hình dạng đẹp, đều đặn, ít bị các khuyết tật như không ngấu, rỗkhí, rỗ xỉ

- Giảm tiêu hao vật liệu (dây hàn), không bắn tóe kim loại, nên hệ số đắp cao, íttổn thất

- Năng suất hàn cao

- Hồ quang được bao bọc kín bởi thuốc hàn nên không làm hại mắt và da củathợ hàn Lượng khí (khói, bụi độc hại) sinh ra trong quá trình hàn rất ít so với hàn hồquang tay

- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa quá trình hàn

 Phạm vi ứng dụng của hàn hồ quang dưới lớp thuốc:

- Hàn các kết cấu thép dạng tấm, vỏ kích thước lớn, các dầm thép có khẩu độ vàchiều cao, các ống thép có đường kính lớn, các bồn, bể chứa, bình chịu áp lực và trongcông nghiệp đóng tàu, dầu khí, giao thông, chế tạo máy, lắp máy, thủy điện, nhiệt điện,

- Chủ yếu được ứng dụng để hàn các mối hàn ở tư thế hàn bằng (hàn sấp), hàngóc tư thế hàn ngang, mối hàn ngang với các mối hàn có chiều dài lớn và có quỹ đạokhông phức tạp

- Hàn được các chi tiết có chiều dày từ vài mm cho đến hàng trăm mm

1.1.2 Vai trò, công dụng của thuốc hàn

 Khái niệm: Thuốc hàn là hỗn hợp gồm nhiều thành phần, được chế tạo ở dạng

hạt có kích thước xác định trong khoảng 0,25 ÷ 4 mm

Trang 18

Hình 1.6 Dạng thuốc hàn

 Vai trò, công dụng của thuốc hàn:

- Tạo vòm xỉ nóng chảy bảo vệ vùng hồ quang hàn và vũng hàn khỏi tác dụng

có hại của oxi và nitơ của môi trường xung quanh

- Tạo ra môi trường ion hóa tốt để đảm bảo dễ gây hồ quang và duy trì hồ

quang cháy ổn định

- Giúp hình thành và tạo dáng mối hàn, làm cho kim loại mối hàn nguội chậm

và tạo điều kiện thuận lợi thoát hiđrô từ mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt

- Khử oxi và các tạp chất có hại (S, P), tinh luyện kim loại mối hàn

- Có thể hợp kim hóa kim loại mối hàn để cải thiện tổ chức kim loại và nâng

cao cơ tính kim loại mối hàn

- Bảo vệ thợ hàn khỏi tác dụng bức xạ của hồ quang, cải thiện điều kiện lao

động

- Nhờ có lớp thuốc và vòm xỉ bảo vệ hồ quang hàn, nên trong quá trình hàn

kim loại điện cực không bị bắn toé, giảm tổn thất, nâng cao năng suất hàn

Trang 19

- Giảm khuyết tật bên trong: rỗ khí, ngậm xỉ, không ngấu, do cải thiện điều

kiện hình thành mối hàn và tinh luyện kim loại mối hàn

- Cải thiện các tiêu chí vệ sinh công nghiệp: giảm lượng khí thải và bụi sinh ra

trong quá trình hàn

1.1.3 Phân loại thuốc hàn theo phương pháp chế tạo

Hiện nay có nhiều hệ thống tiêu chuẩn phân loại thuốc hàn như: ISO (Tổ chứctiêu chuẩn hoá Quốc tế), AWS (Hội hàn Mỹ), BS (Anh), DIN (Đức), GOST (Nga),

và việc phân loại có thể dựa theo phương pháp chế tạo, tính chất hóa học của thuốchàn, thành phần hoá học và cơ tính kim loại đắp, Sau đây tạm thời giới thiệu cáchphân loại thuốc hàn theo phương pháp chế tạo [6; 8; 13; 14; 17]:

 Theo phương pháp chế tạo:

Theo phương pháp chế tạo thuốc hàn được phân loại và kí hiệu (chữ viết tắt)như sau:

 F (fused): loại nung chảy;

 B (bonded): loại liên kết, tức là thuốc hàn gốm và thiêu kết, cụ thể được phânchia như sau:

+ Thuốc hàn gốm: nhiệt độ sấy ≤ 500°C;

+ Thuốc hàn thiêu kết: nhiệt độ sấy thiêu kết > 500°C (agglomerated flux)

 M (mechanically mixed): loại trộn hỗn hợp cơ học

1.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn

1.2.1 Nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn trên Thế giới

Trong sự nghiệp phát triển công nghiệp, ngành công nghệ hàn đóng vai trò quantrọng trong việc chế tạo các kết cấu thép bằng hàn cho các ngành công nghiệp mũinhọn như ngành dầu khí, hóa dầu, công nghiệp đóng tàu, giao thông, chế tạo máy, lắpmáy, thủy điện, nhiệt điện, Để nâng cao năng suất và chất lượng các kết cấu hàn,ngày càng ứng dụng nhiều phương pháp hàn tiên tiến có mức độ cơ giới hóa, tự độnghóa cao, trong đó phải kể đến phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc để hàn những

Trang 20

đường hàn dài ở tư thế hàn bằng và hàn góc trong các kết cấu hàn lớn và yêu cầu chấtlượng cao

Trong công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc, thuốc hàn có vai trò rất quantrọng, nó bảo vệ kim loại vùng hàn khỏi tác dụng có hại của không khí, ổn định quátrình hàn, tinh luyện và hợp kim hóa kim loại mối hàn Hiện nay trên thế giới sản xuấtnhiều mác thuốc hàn khác nhau, tuy nhiên theo phương pháp chế tạo và công nghệ cóthể chia làm 3 loại chủ yếu: thuốc hàn nung chảy, thuốc hàn gốm (nhiệt độ sấy ≤500°C) và thuốc hàn thiêu kết (nhiệt độ thiêu kết > 500 °C) Thuốc hàn nung chảyđược dùng nhiều ở Liên bang Nga, Trung Quốc Còn thuốc hàn gốm, thuốc hàn thiêukết được dùng nhiều ở Thụy Điển, Hàn Quốc, Mỹ, Đài Loan, Ucraine,

Thuốc hàn thiêu kết ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới do có nhiều

ưu điểm như: khả năng tinh luyện các tạp chất có hại và hợp kim hóa kim loại mối hàncao, thành phần thuốc hàn dễ điều chỉnh để đạt được thành phần hóa học kim loại mốihàn theo yêu cầu với số chủng loại mác dây hàn tiêu chuẩn không cần nhiều, giá thànhhạ 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 càngđược sự quan tâm và phát triển ở nhiều nước công nghiệp tiên tiến Các nhà nghiên cứu

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

Trong số chủng loại thuốc hàn của hãng ESAB thì thuốc hàn thiêu kết chiếm tỷlệ rất cao và hệ thống phân loại thuốc hàn của ESAB theo các chỉ tiêu về tính chất hóahọc của thuốc hàn – xỉ hàn và các chỉ tiêu khác chi tiết hơn thuận tiện cho việc lựachọn thuốc hàn để ứng dụng hàn các kết cấu thép có yêu cầu về cơ tính và điều kiện kỹthuật phù hợp

Các hệ thống kí hiệu và tiêu chuẩn về thuốc hàn đối với các nước có khác nhau,

Trang 21

nhiên Tiêu chuẩn của AWS chỉ đưa ra cặp thuốc hàn – dây hàn tương ứng để đạt đượccác chỉ tiêu về cơ tính và thành phần hóa học kim loại mối hàn, mà không giới thiệuthành phần thuốc hàn và các chỉ số quan trọng có liên quan đến chất lượng thuốc hàn.Hãng ESAB (Thụy Điển) ngoài việc áp dụng theo tiêu chuẩn AWS, còn giới thiệu vềcác chỉ số về tính chất hóa học (chỉ số bazơ của thuốc hàn – xỉ hàn, tính chất thuốc hàn,lượng thuốc hàn nóng chảy theo chế độ hàn, ) và thành phần của xỉ hàn trong phạm vicho phép để người sử dụng tham khảo.

Trên thế giới có nhiều nhà sản xuất và nhiều loại thuốc hàn khác nhau Ở ViệtNam hiện nay các kết cấu hàn từ thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp có yêu cầuchất lượng cao, hầu hết được hàn từ một trong số các loại thuốc hàn của ESAB vàHyundai (Hàn Quốc) Về số lượng sử dụng thì thuốc hàn của Hyundai được sử dụngnhiều hơn ESAB do giá rẻ hơn Về uy tín và chất lượng thì thuốc hàn của ESAB caohơn của Hyundai Thuốc hàn của các hãng khác như HOBART (Mỹ), Chosun, Kiswel(Hàn Quốc), ít được sử dụng ở Việt Nam hiện nay do các yếu tố về chất lượng và giáchưa phù hợp Còn thuốc hàn Trung Quốc chủ yếu dùng cho hàn các kết cấu có yêucầu chất lượng không cao, giá rẻ

1.2.2 Nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn ở Việt Nam

Ở Việt Nam trong thời gian gần đây, các ngành công nghiệp đóng tàu, chế tạocác kết cấu thép trong dầu khí, hóa dầu, nhiệt điện, thủy điện, giao thông, phát triểnmạnh, kéo theo ngành công nghệ hàn và nhu cầu về vật liệu hàn rất lớn Trong đó phảikể đến nhu cầu về thuốc hàn để hàn tự động dưới lớp thuốc nhằm nâng cao năng suất

và chất lượng các công trình và kết cấu hàn Tuy số lượng cơ sở sản xuất vật liệu hàn ởnước ta khá lớn, nhưng chủ yếu chỉ sản xuất que hàn điện và dây hàn, còn thuốc hànchủ yếu phải nhập ngoại Ví dụ như Công ty CP Que hàn điện Việt Đức là cơ sở sảnxuất vật liệu hàn qui mô lớn, có thâm niên và kinh nghiệm nhất ở nước ta, hàng năm

Trang 22

vẫn phải nhập khẩu khoảng 450 tấn thuốc hàn để cung cấp cho thị trường (theo số liệu2010).

Số lượng thuốc hàn nói chung ở Việt Nam sử dụng 15.000 tấn, trong đó thuốchàn có chất lượng cao cần nhập khẩu khoảng 10.000 tấn

Để giải quyết vấn đề này, một số viện nghiên cứu và cơ sở sản xuất vật liệu hàn

đã tiến hành nghiên cứu và chế tạo thuốc hàn gốm Tuy nhiên, kết quả đạt được và mức

độ triển khai ứng dụng thực tế còn rất khiêm tốn, có thể dẫn ra một số kết quả dướiđây:

- Thuốc hàn mác H400 của Công ty CP Công nghiệp Vật liệu hàn Nam Triệumới dừng lại ở mức độ sản xuất thử

- Đề tài nghiên cứu thuốc hàn tự động của Viện Công nghệ, Bộ Công Thươngcũng chỉ dừng lại ở kết quả thử nghiệm (2007)

- Công ty CP Que hàn điện Việt Đức, Bộ Công Thương đã nghiên cứu đề tài vềthuốc hàn gốm mác F7-VD (hoặc AR-7) (2008), kết quả tuy đã được sản xuất thử,nhưng còn một số hạn chế nên chưa thể triển khai sản xuất với qui mô công nghiệp vàđây là loại thuốc hàn hệ axit dùng để hàn các kết cấu thép yêu cầu chất lượng thôngthường

Đó là tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn gốm ở nước ta Trong khi đó

xu thế của thế giới là sử dụng thuốc hàn thiêu kết để đáp ứng yêu cầu của các côngtrình và kết cấu hàn chất lượng cao, Việt Nam ngày càng phải nhập khẩu lượng thuốchàn thiêu kết rất lớn với giá cao và bị động, chưa nghiên cứu và sản xuất được loạithuốc hàn này

Nguồn nguyên liệu để sản xuất thuốc hàn của chúng ta rất lớn và phong phú, tuyrằng chất lượng của chúng cũng còn có vấn đề Nhưng nếu nghiên cứu phối liệu và xửlý nhanh nguyên liệu hợp lý vẫn có thể tận dụng được nhiều loại nguyên liệu để sảnxuất thuốc hàn Dự kiến những thành phần chủ yếu trong mẻ liệu thuốc hàn sẽ sử dụng

Trang 23

Định, Quảng Trị, Hà Tĩnh), đá vôi (Yên Bái), huỳnh thạch (Sơn La), trường thạch (LàoCai), Alumina (Lâm Đồng), nước thủy tinh (Hải Phòng, Hà Nội) và một số loại fero-hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si)

Vì vậy, việc nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn thiêu kết trên nguyên tắc ưu tiên,tận dụng tối đa nguồn nguyên vật liệu trong nước để thay thế thuốc hàn nhập ngoại làvấn đề vừa có tính cấp thiết trước mắt, vừa có tính chiến lược lâu dài, để chủ động, tiếtkiệm nguồn ngoại tệ, tạo thêm việc làm trong nước, các doanh nghiệp mở rộng sảnxuất do có thêm sản phẩm mới, tăng giá trị gia tăng cho nguồn tài nguyên của đất nước

và tiến tới các doanh nghiệp có thể xuất khẩu mặt hàng này

Như đã trình bày ở phần tổng quan, thuốc hàn thiêu kết dùng để hàn tự độngdưới lớp thuốc có ưu điểm nổi trội về nhiều mặt, nên xu hướng của thế giới là sản xuất

và sử dụng thuốc hàn thiêu kết để chế tạo các công trình và kết cấu hàn chất lượng cao.Ngoài ra, hàn tự động dưới lớp thuốc là phương pháp hàn tiên tiến cho năng suất cao,chất lượng mối hàn tốt, điều kiện vệ sinh môi trường tốt hơn đa số các phương pháphàn khác Do vậy, xu hướng và nhu cầu về thuốc hàn thiêu kết ở Việt Nam cũng nhưtrên thế giới ngày càng tăng

Trên thế giới đã nghiên cứu sâu và sản xuất nhiều thuốc hàn thiêu kết, còn ở ViệtNam nhu cầu thì lớn, nhưng chưa có nơi nào nghiên cứu và sản xuất, nên hoàn toànphải nhập khẩu với giá cao và bị động Điều này làm cho giá thành các công trình chếtạo bằng hàn của nước ta bị đẩy lên cao, làm giảm sức cạnh tranh và mất đi một nguồnngoại tệ khá lớn Trong khi đó, nguồn nguyên vật liệu để sản xuất thuốc hàn của nước

ta rất lớn và phong phú Do vậy, nhóm tác giả đề tài đã đặt ra mục tiêu nghiên cứu chếtạo thuốc hàn thiêu kết sử dụng tối đa nguồn nguyên vật liệu trong nước để hàn tự độngdưới lớp thuốc các kết cấu thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp

1.3 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu

Trang 24

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn đến sự hình thành mối hàn

và lượng thuốc nóng chảy khi hàn tự động dưới lớp thuốc hàn tương đương với loạiF7A(P)4 theo AWS A5.17-80

- Xác định được chế độ hàn hợp lý và lượng thuốc hàn nóng chảy trên khốilượng dây hàn khi sử dụng thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ loại F7A(P)4 theo AWS A5.17-80

1.3.2 Nội dung nghiên cứu

- Giới thiệu tổng quan việc nghiên cứu của thế giới và Việt Nam về thuốc hànthiêu kết Xác định hướng nghiên cứu của đề tài

- Các vấn đề cần được giải quyết:

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn đến sự hình thành mốihàn và lượng thuốc hàn bị nóng chảy khi hàn thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ F7A(P)4

+ Xác định được chế độ hàn hợp lý và lượng thuốc hàn nóng chảy trên khốilượng dây hàn khi sử dụng thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ được chế tạo bằng nguyên vậtliệu trong nước tương đương với loại F7A(P)4 theo AWS A5.17-80

+ Xây dựng bản hướng dẫn sử dụng thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ

Trang 25

Chương 2 GIỚI THIỆU VỀ THUỐC HÀN

2.1 Các chỉ tiêu cơ bản của thuốc hàn

2.1.1 Các chỉ tiêu chung của thuốc hàn

Thuốc hàn dùng trong hàn tự động, bán tự động dưới lớp thuốc, thuốc hàn kếthợp với dây hàn phải đạt được các chỉ tiêu chung cơ bản như sau :

 Đảm bảo về cơ tính của kim loại mối hàn

 Đảm bảo thành phần hóa học cần thiết cho kim loại mối hàn

 Đảm bảo hàm lượng hiđrô trong kim loại mối hàn và VAHN theo yêu cầu

 Đảm bảo tính công nghệ hàn theo yêu cầu

 Giá thành sản phẩm hạ

2.1.2 Các chỉ tiêu công nghệ hàn

Các đặc tính công nghệ của thuốc hàn gồm những chỉ tiêu chính như sau:

 Đảm bảo dễ gây hồ quang và hồ quang hàn cháy ổn định;

 Bảo vệ tin cậy vùng hồ quang hàn và vũng hàn khỏi sự tác dụng của môitrường xung quanh;

 Tạo dáng mối hàn và hình thành mối hàn tốt;

 Tạo xỉ dễ nổi lên bề mặt vũng hàn và phủ đều trên bề mặt mối hàn để bảo vệ

và giúp mối hàn nguội chậm, xỉ phải dễ tách khỏi mối hàn (tính bong xỉ tốt);

 Đảm bảo tinh luyện kim loại mối hàn và khử tạp chất theo yêu cầu;

 Có khả năng cải thiện và hợp kim hoá kim loại mối hàn, nâng cao cơ tính kimloại mối hàn;

 Đảm bảo khuyết tật trong giới hạn cho phép: rỗ khí, ngậm xỉ, không ngấukhe hở hàn,

Trang 26

 Lượng khí độc thải ra ở mức độ cho phép, đảm bảo yêu cầu vệ sinh công nghiệp.

2.1.3 Các yêu cầu kỹ thuật chung khi sản xuất thuốc hàn

Ngoài các chỉ tiêu kỹ thuật chung và các đặc tính công nghệ hàn, khi sản xuất thuốchàn phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật như sau:

 Thuốc hàn phải đảm bảo độ đồng đều về thành phần theo yêu cầu

 Đảm bảo độ bền cơ học của hạt thuốc hàn

 Đảm bảo độ ẩm của thuốc hàn theo yêu cầu

 Đảm bảo kích thước hạt thuốc và tỷ lệ các cỡ hạt thuốc hàn theo yêu cầu

2.2 Phân loa ̣ i và kí hiệu thuốc hàn

2.2.1 Phân loại

 Phân loại theo phương pháp chế tạo:

 Thuốc hàn nung chảy (Fused)

 Thuốc hàn gốm nói chung (không nung chảy – Bonded) và có thể phân chia nhỏ hơn:

+ Thuốc hàn gốm: nhiệt độ sấy ≤ 500°C;

+ Thuốc hàn thiêu kết: nhiệt độ sấy thiêu kết > 500°C (agglomerated flux)

 M (Mechanically mixed): loại hỗn hợp cơ học (thuốc hàn nung chảy + bột hợp kim hoặc fero hợp kim)

 Theo đặc điểm và tỷ trọng hạt thuốc:

 Thuốc hàn hạt dạng thuỷ tinh có tỷ trọng: 1,4 ÷ 1,8 Kg/dm3

 Thuốc hàn hạt dạng bọt nhẹ có tỷ trọng: 0,6 ÷ 1 Kg/dm3

 Thuốc hàn hạt dạng tinh thể cũng có tỷ trọng như dạng thuỷ tinh: 1,4 ÷ 1,8 Kg/dm3

 Theo tính axit hoặc bazơ của xỉ hàn:

Trang 27

 Thuốc hàn hệ axit: hồ quang cháy ổn định, êm; giọt kim loại dịch chuyểndạng tia, mối hàn rất đẹp Tuy nhiên, khả năng khử tạp chất và tinh luyệnkim loại mối hàn bị hạn chế, hàm lượng hyđrô cao, nên thường dùng để hàncác kết cấu thép cacbon thông thường.

 Thuốc hàn bazơ: hồ quang cháy kém ổn định hơn, giọt kim loại dịch chuyểncó kích thước lớn hơn nhiều, bề mặt kim loại mối hàn thô, và không dùngdòng điện xoay chiều Tuy nhiên, nó có ưu điểm là tinh luyện kim loại mốihàn rất tốt và hệ số dịch chuyển của các nguyên tố hợp kim cao, hàm lượnghyđrô thấp, nên thích hợp để hàn thép cacbon có độ bền cao, thép hợp kim

Bảng 2.1 Phân loại và kí hiệu thuốc hàn theo IIW – 545 –78

CS CaO + MgO + SiO2 ≥ 60 Hệ Canxi – Silicat

ZS ZrO2 + SiO2 ≥ 30 Hệ Zirconi - Silicat

AB Al2O3 + CaO + MgO ≥ 45,

( Al2O3 ) ≥ 20 Ôxit nhôm – Bazơ

FB CaO + MgO + MnO + CaF2 ≥ 50 ,

 Theo tính axit hoặc bazơ của xỉ hàn:

 Thuốc hàn hệ axit: Hồ quang cháy ổn định , êm, giọt kim loại dịch

Trang 28

chuyển dạng tia, mối hàn rất đẹp.Tuy nhiên khả năng khử tạp chất và tinh luyệnkim loại mối hàn bị hạn chế, hàm lượng hyđrô cao, nên thường dùng để hàn cácloại thép các bon thông thường.

 Thuốc hàn bazơ: Hồ quang cháy kém ổn định hơn, giọt kim loại dịch

chuyển có kích thước lớn hơn nhiều, bề mặt kim loại mối hàn thô hơn và chủyếu dùng nguồn điện hàn là dòng điện một chiều Tuy nhiên, nó có ưu điểm làkhả năng tinh luyện kim loại mối hàn rất tốt và hệ số dịch chuyển của cácnguyên tố hợp kim cao, hàm lượng hyđrô thấp, nên thích hợp hàn thép cacboncó độ bền cao, thép hợp kim và hàn đắp

 Thuốc hàn trung tính: Có tính trung hoà giữa hai lạo thuốc hàn kể trên

 Theo hoạt tính hoá học (H) của xỉ hàn

 Thuốc hàn hoạt tính cao H>0,6

 Thuốc hàn hoạt tính khi H=0,6÷0,3

 Thuốc hàn hoạt tính thấp khi H = 0,3÷0,1

 Thuốc hàn trung tính khi H < 0,1

 Theo công dụng

 Thuốc hàn dụng hàn cơ giới hoá và hàn đắp

 Thuốc hàn điện xỉ

 Thuốc hàn hợp kim cao

2.2.2 Ký hiệu thuốc hàn

Hiện nay hệ thống tiêu chuẩn để ký hiệu thuốc hàn của Việt Nam chưa đượcchuẩn hoá, khi lựa chon thuốc hàn để hàn có thể tham khảo một số tiêu chuẩn phổ biếntrên thế giới như AWS Tiêu chuẩn này thường giới thiệu kết hợp thuốc hàn với dâyhàn đặc để hàn tự động dưới lớp thuốc Theo tiêu chuẩn AWS A5.17 – 80 “Quy địnhthuốc hàn và dây hàn thép cacbon để hàn tự động dưới lớp thuốc” [14;13;17;19]

Trang 29

Hình 2.1 Sơ đồ kí hiệu thuốc hàn – dây hàn AWS A5.17 - 80

Theo tiêu chuẩn AWS A5.17 – 80, thuốc hàn được ký hiệu kết hợp với dây hàntương ứng để đạt được cơ tính cần thiết của kim lọai mối hàn Trong phần ký hiệu

Trang 30

thuốc hàn FXXX, chữ X đầu tiên là độ bền kéo tối thiểu của kim loại mối hàn, ksi xembảng 2.2 Chữ X thứ hai cho biết điều kiện nhiệt luyện khi thử mẫu Chữ A – mẫu đượctiến hành thử sau khi hàn (As Welded) (không xử lý nhiệt) hoặc chữ P (có xử lý nhiệtsau khi hàn) chế độ nhiệt luyện là 610 – 635 0C/1h Chữ X thứ 3 có thể là chữ Z hoặccác số (xem bảng 2.3) cho biết nhiệt độ quy ước thử độ dai va đập với giá trị tương ứngở cột bên phải.

Theo tiêu chuẩn AWS A5.17 – 80 phân loại dây hàn thép cacbon thành 8 loạitrong 3 nhóm có hàm lượng mangan thấp, trung bình và cao ( (Kí hiệu là L, M và H).Trong phần kí hiệu dây hàn EXXX – HX, chữ E là ký hiệu điện cực (dây hàn) và tiếptheo là chữ C có thể không có, Còn chữ X đầu tiên là một trong 3 chữ L, M hoặc H;chữ X thứ 2 là một hoặc 2 chữ số (8; 12; 13; 14; 15) chỉ hàm lượng cacbon danh nghĩa(qui ước); còn nếu có chữ K ở cuối là dây hàn được chế tạo từ thép khử bằng silic.Trong trường hợp dây hàn kí hiệu EG (hoặc ECG), ở đây chữ G là “general” có nghĩa

là kim loại đắp theo phân loại chung, không qui định về thành phần hoá học Các chỉtiêu của dây hàn và kim loại mối hàn tham khảo bảng 2.4

Bảng 2.2 Yêu cầu về cơ tính kim loại mối hàn theo AWS A5.17 – 80

Chỉ tiêu về cơ tính Độ bền kéo tối thiểu Giới hạn chảy

Tối thiểu, MPa

Độ giãn dài tương đối,%

Bảng 2.3 Công thử độ dai va đập của kim loại mối hàn

Công thử độ dai va đập kim loại mối hàn theo AWS A5.17 - 80

Chữ số Nhiệt độ thử mẫu,oC Công phá huỷ tối thiểu thử mẫu, J

Trang 31

8 -68 27

Bảng 2.4 Thành phần hoá học và một số thông số chủ yếu của dây hàn

tự động dưới lớp thuốc theo AWS A5.17 – 80

Dây có hàm lượng mangan caoEH10K 0,07÷0,15 1,30÷1,70 0,05÷0,25 0,025 0,025 0,35

EH11K 0,07÷0,15 1,40÷1,85 0,80÷1,15 0,030 0,030 0,35

EH12K 0,06÷0,15 1,50÷2,00 0,25÷0,65 0,025 0,025 0,35

EH14 0,10÷0,20 1,70÷2,20 0,10 0,030 0,030 0,35

Đường kính dây hàn Loại bao gói Khối lượng,(kg)

Trang 32

2.3 Sơ lược về xỉ hàn

2.3.1 Khái niệm về xỉ hàn

Khái niệm: Xỉ hàn là những hợp chất phi kim nóng chảy, bao gồm các ôxít, các

florua, clorua, sunfat, … ở dạng đơn chất hay phức chất

Đặc điểm: xỉ hàn không hoà tan trong kim loại (trừ trường hợp bị lẫn vào kim

loại như tạp chất) Cho nên ở trạng thái nóng chảy, kim loại và xỉ hàn là những phalỏng không hoà tan lẫn nhau, do sự khác nhau về cấu trúc,trọng lượng riêng và sứccăng bề mặt,…

2.3.2 Các tính chất của xỉ hàn

- Tính axit (bazơ) của xỉ hàn.

Tính axit của xỉ hàn có thể được đánh giá theo hệ số axit A và xác định theocông thức sau (G.L.Petrov)

2

RO O R

RO

A (2.1)

ở đây ∑RO2 – Tổng số các phân tử của các ôxit, axit trong xỉ hàn, mol;

∑(R2O + RO) – Tương tự của các ôxit bazơ, mol

Còn hệ số bazơ B là tỷ số nghịch đảo của hệ số axit (B= ,1-/A.)

Trong số các công thức của nhóm này phổ biến nhất là công thức của Viện hàn Quốc tế[10]:

) (

5 , 0

) (

5 0

F2

2 2

2

ZrO TiO

O Al SiO

FeO MnO Ca

O Li O K BaO O Na BaO MgO

CaO

Trang 33

Trong đó: CaO, MgO, Al2O3, Li2O,… - hàm lượng của các cấu tử trong xỉ hàn, %

 Độ nhớt (độ sệt) của xỉ hàn:

Ta sẽ khảo sát quan hệ giữa độ nhớt, nhiệt độ kết tinh và cấu trúc của thuốc xỉ hàn Một trong những tính chất quan trọng của xỉ hàn đó là độ nhớt của nó ở trạngthái nóng chảy Khi ở nhiết độ cao xỉ hàn ở trạng thái lỏng và có kực tương tác tĩnhđiện giữa các phần tử ở gần nhau yếu đi rõ rệt, tính dẫn điện tăng, lúc đó độ nhớt của xỉlỏng chủ yếu được xác định bởi kích thước của các nhóm anion lớn nhất

hàn-Một khái niệm có lien quan với độ nhớt của xỉ hàn, đó là nhiệt độ nóng chảy củathuốc – xỉ hàn Đối với xỉ hàn khái niệm nhiệt độ nóng chảy chỉ là quy ước Bởi vì độnhớt của xỉ hàn thay đổi từ lớn đến bé trong một khoảng nhiệt độ nào đó

Xỉ ngắn: là loại xỉ hàn có sự thay đổi độ nhớt sảy ra trong khoảng nhiệt độ hẹpXỉ dài: Là loại xỉ hàn có sự thay đổi của độ nhớt xảy ra trong khoảng nhiệt độrộng và từ từ

Đường đặc trưng định tính về sự thay đổi độ nhớt của hai loại xỉ này được dẫn

ra trên hình 2.2

0

4 3 5

2 1

Trang 34

Hình 2.2 Sự thay đổi độ nhớt của xỉ phụ thuộc vào nhiệt độ

1-xỉ dài; 2- xỉ ngắn

Các xỉ ngắn thường là xỉ bazơ Chúng chuyển đổi từ trạng thái đông đặc sangtrang thái đông đặc rất nhanh Đặc điểm công nghệ này cho phép hàn những mối hànleo, hàn đứng

Các xỉ hàn dài thường là xỉ axit Chúng đông đặc từ từ và nhận được trạng thái

vô định hình khác nhau (thuỷ tinh thể)

Để nhận được các tính chất kim loại mối hàn cần thiết và đảm bảo tạo dáng mốihàn, các tính chất của xỉ hàn đóng vai trò rất quan trọng

Để đảm bảo sự tương tác của kim loại và xỉ hàn ở trạng thái nóng chảy và xỉ hànphủ kín toàn bộ bề mặt vũng hàn thì nhiệt độ nóng chảy của xỉ Tnc xỉ phải thấp hơn mộtít hoặc gần bằng nhiệt độ nống chảy của kim loại Tnc kim loại

Nếu Tnc xỉ<< Tnc kim loại thì xỉ sẽ bị quá nhiệt mạnh, sẽ chảy loang xa mép hàn, ngoài giớihạn vũng hàn chỉ còn lại một lớp mỏng trên bề mặt vũng hàn có thể bị sôi Tất cảnhững điều này sẽ làm hạn chế tác dụng bảo vệ của nó Khi hàn thép như thực tế chothấy , hợp lý nhất là dung các loại xỉ hàn có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiệt độ nóngchảy của kim loại khoảng từ 200÷ 3500C[8]

Giá trị độ nhớt của xỉ hàn trong vùng nhiệt độ vũng hàn và sự kết tinh của nó làmột đặc tính rất quan trọng Độ nhớt bình thường của kim loại nóng chảy là

ηkl=0,01÷0,02n3, xỉ hàn cần phải có độ nhớt lớn hơn đáng kể đọ nhớt của kim loạinóng chảy Đối với hàn thép độ nhớt của xỉ thích hợp là ηxỉ=0,8÷0,3n3 Nếu xỉ có độnhớt quá cao cũng không có lợi đối với mục đích hàn Chế độ hàn sẽ ảnh hưởng nhiềuđến độ nhớt và tiếp theo là sự hình thành mối hàn

 Một số đặc tính khác của xỉ hàn:

+ Sức căng bề mặt phân pha kimloại nóng chảy- xỉ hàn nóng chảy là một đặctính quan trọng của xỉ hàn, giúp ích cho việc tạo dáng bề mặt mối hàn ở các tư thế

Trang 35

không gian hàn khác nhau, ảnh hưởng đến sự phân pha của xỉ với kim loại - tránh lộnxỉ trong kim loại nóng chảy.

Sự phân pha của xỉ hàn và kim loại nóng chảy phụ thuộc nhiều vào tỷ trọngcũải, hay nói chính xác hơn phụ thuộc vào sự khác nhau giữa tỷ trọng của xỉ nóng chảy

và tỷ trọng của kim loại lỏng Khi tăng sự khác nhau này (tức là khi tỷ trọng của xỉthấp) xỉ dễ nổi lên khỏi vũng hàn

+ Độ thẩm thấu khí của xỉ hàn: đây cũng là một đặc tính quan trọng, tuy nhiênnó ít được nghiên cứu Một trong những nhiệm vụ của xỉ là bảo vệ kim loại vũng hànkhỏi sụ tác dụng có hại của môi trường không khí, trong đó hyđro có khả năng xâmnhập qua xỉ mạnh nhất, rồi đến ôxi và nitơ Do vậy, sự thay đổi của chế độ hàn có ảnhhưởng rất rõ đến sự hình thành mối hàn và khả năng xuất hiện các khuyết tật hàn (rỗ xỉ,

rỗ khí, cháy cạnh,…)

2.3.3 Phân loại xỉ hàn

Có nhiều cách phân loại xỉ hàn, sau đây sẽ giới thiệu những cách phổ biến nhất: Phân loại theo tính axit hay bazơ:

Căn cứ theo các giá trị tính độ axit hay bazơ theo các công thức (2.1), (2.2), cóthể chia xỉ hàn thành các lọai chủ yếy sau đây:

+ Xỉ axit với B < 1

+ Xỉ bazơ với B > 1

+ Xỉ trung tính với B = 1 Nhưng điều này chỉ có tính chất quy ước, bởi vì theonhững phân tích ở trên, trong môi trường hợp cụ thể phân loại này chỉ còn phụ thuộcvào các ôxit tự do hay lượng ôxi tự do

Ngoài ra có thể phân loại theo chỉ số bazơ chi tiết hơn như sau:

 Xỉ axit (acid) với B < 0,9;

 Xỉ bazơ thấp (Neutral) với 0,9 ≤ B ≤ 1,2;

 Xỉ bazơ trung bình (Basic) với 1,2 ≤ B ≤ 2;

 Xỉ bazơ cao (High Basic) với B > 2

Trang 36

Phạm vi ứng dụng của các loại xỉ hàn – thuốc hàn có liên quan đến độ dai vađập như sau:

a) Phân loại theo độ hoạt tính:

Theo các giá trị tính toán độ hoạt tính hoá học của xỉ hàn, xỉ hàn được chia ra:+ Xỉ hoạt tính cao khi H ≥ 0,6

+ Xỉ hoạt tính khi H=0,6÷0,3

+ Xỉ hoạt tính thấp khi H = 0,3÷0,1

+ Xỉ trung tính khi H ≤ 0,1

Phân loại theo sự thayđổi độ nhớt:

+ Xỉ ngắn: Là lọai xỉ hàn có sự thay đổi độ nhớt sảy ra trong khoảng nhiệt độhẹp

+ Xỉ dài: Là loại xỉ hàn có sự thay đổi độ nhớt sảy ra trong khoảng nhiệt độ rộng

và từ từ

b) Phân loại theo nền tạo xỉ:

Theo phân loại và ký hiệu của Viện Hàn quốc tế và cũng như một số tài liệu phổbiến, có thể chia nền tạo xỉ thành một số nhóm sau đây:

Bảng 2.5 Các loại xỉ hàn theo thành phần hoá học và các chất chính theo IIW

Hệ

xỉ

Thành phần hoá học nền tạo xỉ

Ký hiệu

Ứng dụng hàn chủ yếu

Các chất chủ

yếu

Các chất khác

Tổng hàm lượng,%

Trang 37

AB Thép C độ bền

caoThép hợp kim

CaF2≥15

FB

Thép hợp kim cao (Cr,Ni)CaF2 -Al2O3-

CaF2 -NaCl-KCl AlF3, BaF2

2.4 Xác định hàm nội dung nghiên cứu

Trang 38

2.4.1 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát

Các tiêu chí đánh giá về chất lượng thuốc hàn thường căn cứ vào các chỉ tiêuchung cơ bản như nêu trên:

 Đảm bảo về cơ tính của kim loại mối hàn

 Đảm bảo thành phần hóa học cần thiết cho kim loại mối hàn

 Đảm bảo hàm lượng hiđrô trong kim loại mối hàn và VAHN theo yêu cầu

 Đảm bảo tính công nghệ hàn theo yêu cầu

 Giá thành sản phẩm hạ

Vì vậy, ta có sơ đồ nghiên cứu tổng quát sau:

hàn

Hàm lượng hiđrô

Giá thànhThành phần

Trang 39

Hình 2.3 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát thuốc hàn

Sau khi nghiên cứu thành phần mẻ liệu thuốc hàn đạt các chỉ tiêu trên Việc sửdụng chế độ hàn phù hợp với thuốc hàn nghiên cứu được và nghiên cứu các đặc trưngvề sự hình thành mối hàn và lượng thuốc nóng chảy phụ thuộc vào chế độ hàn có ýnghĩa rất quan trọng

2.4.2 Sơ đồ nghiên cứu của đề tài

Trong số nhiều chỉ tiêu cơ bản ở sơ đồ nghiên cứu tổng quát, có nội dung vềtính công nghệ hàn Trong đó bao gồm cả tiêu chí hình dạng và kích thước mối hàn.Tuy nhiên, để đảm bảo các chỉ tiêu trên việc sử dụng thuốc hàn nghiên cứu được cầnthực hiện với chế độ hàn hợp lý Do vậy, nhiệm vụ cụ thể của đề tài sẽ nghiên cứu ảnhhưởng của các thông số chế độ hàn đến sự hình thành mối hàn và lượng thuốc nóngchảy trên dây hàn và xây dựng bản hưởng dẫn sử dụng thuốc hàn

Sơ đồ nghiên cứu được thể hiện trên sơ đồ dưới đây

Trang 40

Hình 2.4 Sơ đồ nghiên cứu của đề tài

Để tiến hành nghiên cứu, đề tài sẽ sử dụng thuốc hàn F7A4 của nhóm tham giathực hiện Đề tài ở phần trước Nội dung của đề tài này sẽ tiếp tục thực hiện các nhiệmvụ chủ yếu dưới đây:

 Nghiên cứu tổng quan ảnh hưởng của thông số chế độ hàn đến sự hình thànhmối hàn và lượng thuốc nóng chảy trên dây hàn

 Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của thông số chế

độ hàn đến sự hình thành mối hàn và lượng thuốc nóng chảy trên dây hàn

 Xác định miền giá trị hợp lý của các thông số chế độ hàn đảm bảo sự hìnhthành mối hàn và lượng thuốc nóng chảy Xây dựng bản hướng dẫn sử dụng thuốc hàn

Lượng thuốc hàn nóng chảy Chiều rộng mối hàn

Chiều cao mối hàn Chiều sâu ngấu mối hàn Hệ số hình dạng mối hàn

Hình dạng và kích thước mối hàn

1.Thuốc hàn F7A4-Dây hàn EM12K

Quá trình hàn SAW Hàm mục tiêu

Định dạng
Số trang	103
Dung lượng	20,53 MB