BAO CAO CHỈNH BS

Text TextText * Mục đích nghiên cứu: + Nghiên cứu sự dịch chuyển của các nguyên tố hợp kim phổ biến Mn và Si từ fero hợp kim: Fe-Mn, Fe-Si trong thành phần thuốc hàn vào kim loại mối

Trang 1

Tác giả luân văn:

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hướng dẫn Khoa học

Phan Văn Chỉnh

TS Vũ Huy Lân

Trang 2

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1 Lý do chọn đề tài

rất rộng rãi đặc biệt là trong lĩnh vực đóng tàu và chế tạo kết cấu thép,

 Việc sản xuất thuốc hàn trong nước như Công ty Cổ phần Que hàn điện Việt Đức, công ty sản xuất vật liệu hàn Nam Triệu, đã nghiên cứu và chế tạo thử Chưa đáp ứng về số lượng, chất lượng, còn phải nhập khẩu nhiều

 Còn hạn chế, do chưa nghiên cứu đầy đủ các chỉ tiêu cơ bản cần thiết để nâng cao chất lượng thuốc hàn Một trong số các chỉ tiêu quan trọng này là các nguyên tố hợp kim Mn và Si có trong mối hàn

trong thành phần thuốc hàn thiêu kết tương đương với loại F7A(P)2 theo AWS A5.17-80

Trang 3

Text

TextText

* Mục đích nghiên cứu:

+ Nghiên cứu sự dịch chuyển của các nguyên tố hợp kim phổ biến Mn và Si (từ fero hợp kim: Fe-Mn, Fe-Si) trong

thành phần thuốc hàn vào kim loại mối hàn khi chế tạo

thuốc hàn thiêu kết tương đương với loại F7A(P)2 theo

AWS A5.17-80.

+ Xác định được hàm lượng các fero hợp kim (Mn, Si) trong thành phần thuốc hàn thiêu kết tương đương với loại F7A(P)2 theo AWS A5.17-80.

Fe-2 Mục đích nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Trang 4

Text

TextText

* Đối tượng nghiên cứu của đề tài là:

+ Phân tích, lựa chọn các nguyên tố hợp kim phổ biến từ fero hợp kim dùng trong thành phần thuốc hàn khi chế tạo thuốc hàn thiêu kết tương đương với loại F7A(P)2 theo AWS A5.17-80.

+ Nghiên cứu sự dịch chuyển của các nguyên tố hợp kim phổ biến Mn và Si trong thuốc hàn vào kim loại mối hàn khi chế tạo thuốc hàn thiêu kết tương đương với loại F7A(P)2 theo AWS A5.17-80

+ Xác định được hàm lượng các nguyên tố hợp kim thông qua các fero hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si) đưa vào thành phần thuốc hàn thiêu kết tương đương với loại F7A(P)2 theo AWS A5.17-80 đảm bảo thành phần hóa học kim loại mối hàn.

2 Mục đích nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Trang 5

3 Phương pháp nghiên cứu.

- Phân tích, lựa chọn các nguyên tố hợp kim phổ biến dùng trong thành phần mẻ liệu thuốc hàn khi chế tạo thuốc hàn thiêu kết tương đương với loại F7A(P)2 theo AWS A5.17-80.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các fero hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si) trong mẻ liệu thuốc hàn đến thành phần hóa học kim loại mối hàn của thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ tương đương với loại F7A(P)2 theo AWS A5.17-80

- Xác định hàm lượng các nguyên tố hợp kim thông qua các fero hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si) đưa vào thành phần thuốc hàn thiêu kết tương đương loại F7A(P)2 theo AWS A5.17-80 đảm bảo thành phần hóa học và cơ tính kim loại mối hàn.

Trang 6

Text

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THUỐC HÀN THIÊU KẾT

1 Sơ lược về hàn tự động dưới lớp thuốc hàn

1.1 Sơ đồ nguyên lý hàn tự động dưới lớp thuốc

4 Tóm tắt nội dung chính của luận văn

Trang 7

Text

Hình 1.6 Dạng thuốc hàn

1.3 Phân loại thuốc hàn

-F (fused): loại nung chảy

- B (bonded): loại liên kết, tức là thuốc hàn gốm và thiêu kết

1.2 Vai trò công dụng của thuốc hàn

Trang 8

Text

2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn

-Nghiên cứu sản xuất thuốc hàn trên thế giới

- Nghiên cứu sản xuất thuốc hàn ở Việt Nam.

-Nguồn nguyên liệu để sản xuất thuốc hàn ở Việt Nam

( liệt kê ở bảng 1.1 trang 21)

3 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

(đã trình bày ở phía trên)

Trang 9

Chương 2 GIỚI THIỆU VỀ THUỐC HÀN VÀ LỰA

CHỌN XỈ HÀN

2.1 Các chi tiêu cơ bản của thuốc hàn

2.2 Thàn phần, phân loại và ký hiệu thuốc hàn

- Nhóm tạo khí, Nhóm tạo xi, Nhóm ổn định hồ quang,

nhóm chất khử và hợp kim hóa, nhóm chất khử tạp chất

- Phân loại: Thuốc hàn nung, thuốc hàn gốm nói chung

(thuốc hàn gốm, thuốc hàn thiêu kết), thuốc hàn nung chảy+bột hợp kim hoặc fero hợp kim ….

Trang 10

- Ký hiệu thuốc hàn: Ký hiệu thuốc hàn của Việt Nam chưa được chuẩn

hóa Tham khảo ký hiệu của AWS theo tiêu chuẩn AWS A5.17-80 (Sơ

đồ hình 2.1 trang 32)

2.3 Sơ lược về xỉ hàn

- Khái niệm về xỉ hàn: Khái niệm, đặc điểm, các tính chất của xỉ hàn

- Độ nhớt của xỉ hàn: một trong những tính chất quan trọng của xỉ hàn là

độ nhớt của nó ở trạng thái nóng chảy

+ Độ nhớt của xỉ hàn chứa cao lanh (ôxit nhôm) tăng khi có các chất kiềm + Độ nhớt của xỉ hàn giảm khi bổ xung CaF2

- Một số khái niệm có liên quan đến độ nhớt của xỉ hàn, đó là nhiệt độ

nóng chảy của thuốc – xỉ hàn …

+ Xỉ ngắn: là loại xỉ hàn có sự thay đổi độ nhớt sảy ra trong khoảng nhiệt độ hẹp

+ Xỉ dài: là loại xỉ có sự thay đổi của độ nhớt xảy ra trong khoản nhiệt độ

rộng và từ từ

Trang 11

+ Phân loại theo tính axit hay bazơ:

+ Phân loại teo độ hoạt tính:

+ Phân lọa theo nền tạo xỉ:

2.4 Lựa chọn nền tạo xỉ hàn và tính toán sơ bộ thành phần mẻ liệu thuốc hàn

-Lựa chọ nền tạo xỉ: phải thỏa mãn các tiêu chí: (6 tiêu chí)

Giới thiệu một số nền tạo xỉ thông dụng:

MnO – SiO2 – FeO Giảm chất lượng mối hàn (dạng hòa tan FeO) lớn

CaO – CaF2 – TiO2 Hàn thép không gỉ, thép cac bon kết cấu độ bền cao.

CaO – CaF2 – Al2O 3 hàn đắp thép hợp kim trung bình và hợp kim cao.

Trang 12

Từ những phân tích và yêu cầu về nền tạo xỉ của thuốc hàn thép các bon độ bền cao.

Phù hợp với điều kiện Việt Nam chọn nền tạo xỉ dưới đây:

(CaO + MgO) – Al2O3 – CaF2 – TiO2 Để đảm bảo được nền tạo xỉ có các tính chất vật lý cần thiết như nhiệt độ nòng chảy, độ nhớt, tỷ trọng riêng, sức căng

bề mặt, góc thấm, … thì nguyên tắc chọn tỉ lệ các cấu tử cần dựa vào giản đồ trạng thái 3 nguyên, xem hình 2.5; hình 2.6 và hinh 2.7

-Xác định thành phần sơ bộ mẻ liệu thuốc hàn

+ Nguyên tắc chọn sơ bộ nền tạo xỉ:

Dựa vào hàm lượng của các chất (Ca + MgO), CaF2, Al2O3,TiO2 có trong

thành phần nguyên liệu chứa chúng.

Dựa vào đặc điểm và yêu cầu của thuốc hàn hệ bazơ loại F7A(P)2 theo AWS A5.17-80.

Dựa vào tỷ lệ hệ xỉ đã chọn ở trên

+ Xác định sơ bộ hàm lượng các chất tạo xỉ: …

Trang 13

Vậy, ta có hàm lượng của các chất trong thành mẻ liệu của thuốc hàn F7A2 để thí nghiệm với các chất tạo xỉ hàn tìm được của Đề tài

nhánh trước có hàm lượng như sau:

Bảng 2.6: Thành phần sơ bộ mẻ liệu thuốc hàn (mẻ liệu khô)

Thuốc

hàn

Hàm lượng các chất trong mẻ liệu thuốc hàn, %

TiO2 CaCO3 Trường thạch lanh Cao Fe- Mn Fe-Si

Trang 14

Text

TextText

2.5 Xác định nội dung nghiên cứu

- Sơ đồ nghiên cứu tổng quát:

, độ dãn dài, độ dai

va đập

Tính bong xỉ

Hình dạng mối hàn

Độ ổn định

hồ quang

Trang 15

- Sơ đồ nghiên cứu của đề tài:

Trong số nhiều chỉ tiêu cơ bản ở sơ đồ nghiên cứu tổng quát, do nội dung chung rất lớn Do vậy, nhiệm vụ cụ thể của đề tài chỉ giới hạn nghiên cứu chuyên sâu một trong số các tiêu chí quan trọng là thành phần hoá học của kim loại mối hàn (Mn, Si, …) được hợp kim hóa bằng các Ferô hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si) từ mẻ liệu thuốc hàn Sau khi đã xác định được hàm lượng các Ferô hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si) phù hợp, sẽ kiểm tra cơ tính kim loại mối hàn

Sơ đồ nghiên cứu được thể hiện trên so đồ Hình 2.9 trang 53

Để đạt được các mục tiêu này, trên cơ sở lựa chọn thành phần hoá học kim loại mối hàn, kết quả nghiên cứu từ phần lựa chọn nền tạo xỉ

và chọn được thành phần thuốc hàn đáp ứng các tiêu chí về tính công nghệ hàn của nhóm tham gia thực hiện Đề tài ở phần trước Nội dung của đề tài này sẽ tiếp tục thực hiên các nhiệm vụ dưới đây:

Trang 16

 Tính toán sơ bộ các ferô hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si) đóng vai trò các chất khử và chất hợp kim hoá trong mẻ liệu thuốc hàn

 Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm nghiên cứu sự dịch chuyển của Mn và Si từ các Fe-Mn và Fe-Si trong mẻ liệu thuốc hàn vào kim loại mối hàn.

 Xác định được hàm lượng các fero hợp kim cần thiết đưa vào mẻ liệu thuốc hàn một cách hợp lý đảm bảo thành phần hóa học và cơ tính kim loại mối hàn

Trang 17

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁ NGHIÊN CỨU 3.1 Ảnh hưởng của Mn và Si trong thuốc hàn đến chất lượng kim loại mối hàn

Trang 18

Text

Khử lưu huỳnh (S): [FeS] + (MnO) → (MnS) + [FeO] MnS tạo thành ít

hoà tan trong sắt và nhiệt độ nóng chảy của nó là 1883oC sẽ chuyển vào xỉ.

Để phòng ngừa nứt nóng, hàm lượng mangan tối thiểu trong kim loại mối hàn phải thoả mãn tỉ số sau đây

Trang 19

Mn, Si trong vai trò hợp kim hóa: Hàm lượng các nguyên tố hợp kim trong kim loại mối hàn ảnh hưởng trực tiếp tới tính công nghệ hàn và các chỉ tiêu cơ tính, kỹ thuật của kim loại mối hàn như sau: Cacbon, Mangan, Silic, Crôm, Niken, Molybden, Vanadi, Vonfram.

Ảnh hưởng đáng kể của V như là một nguyên tố hợp kim cho kim loại đắp khi hàm lượng V trong vật liệu dây hàn là 0,15%- 0,25% và cao hơn Khi tạo thành các hợp chất nitrit và các

cacbit khó nóng chảy, V có tác dụng làm mịn các cấu trúc hạt cấp1 và cấp 2, tăng độ cứng và độ bền mòn của thép Trong vật liệu hàn, V thường được sử dụng trong các tổ hợp các nguyên

tố hợp kim khác như : Ni, Cr, Mo, W….

Tổ chức tế vi của kim loại lớp đắp có vai trò rất quan trọng,

ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kỹ thuật của lớp đắp

Khử phốt pho:

Trang 20

Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng của Mn, Si trong thành phần thuốc hàn

Kiểm tra cơ tính kim loại mối

Trang 21

- Tính toán sơ bộ lượng Mn và Si đưa vào thành phần mẻ liệu (trang 63,64)

3.2 Phương pháp nghiên cứu

- Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu…

Vật liệu mẫu hàn (kim loại cơ bản) mác thép SM400B…

3.3 Mô tả phương pháp các thí nghiệm

- Điều kiện vật liệu mẫu, thiết bị và chế độ hàn thí nghiệm: trong khuôn khổ luận văn, tác giả nghiên cứu ở vị trí mối hàn điển hình 1G, chọn chế độ hàn tính toán

sơ bộ ở vị trí hàn bằng theo tiêu chuẩn AWS, với đường kính dây hàn là 4.0mm

lanh Fe-Mn Fe-SiF7A2 16 23,6 8,4 30 9 2 1 6 4

Trang 22

TIẾNHỰC HÀNH THÍ NGHIỆM

Trang 23

- Mô tả thí nghiệm xác định thành phần hóa học kim loại mối hàn

Kích thước mẫu thử phân tích thành phần hóa học

- Phôi mẫu

Trang 24

- Dùng máy phân tích quang phổ để phân tích thành phần %Mn và %Si trong

mối hàn

- Mô tả thí nghiệm xác định cơ tính kim loại mối hàn

Mẫu thử độ bền kéo và độ dãn dài

Trang 25

- Mẫu thử dai va đập

- Máy thử va đập và vị trí búa đập

Trang 26

Chương 4: TIẾNHỰC HÀNH THÍ NGHIỆM NGHIÊN CỨU SỰ DỊCH CHUYỂN

CỦA Mn, Si TỪ THUỐC HÀN VÀO KIM LoẠI MỐI HÀN

4.1 Tiến hành thí nghiệm: Sau khi chọn được giá trị và khoảng biến của Fe-Mn, Fe-Si

4.2 Hàn, cắt mẫu thử

Kết quả thí nghiệm (Bảng 4.4 trang 92)

Trang 27

Chương 5: XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CÁC Fe-Mn, Fe-Si

CHO MẺ LIỆU THUỐC HÀN

5.1 Kết quả sử lý số liệu Ứng dụng phần mềm xác định các hệ số của phương trình hồi quy bằng phần mềm MODDE 5.0

 Mn = Y1 = 0,9758 + 0,2571x1 + 0,0929x2 – 0,0185x1x2 + 0,0129x12 – 0,0257x22

Hệ số tương quan R 2 = 0,974.

 Si = Y 2 = 0,8487 + 0,1027x 1 + 0,2941x 2 + 0,0294x 1 x 2 + 0,0382x 12 + 0,0526x 22

Hệ số tương quan R = 0,940.

Sự phụ thuộc của hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn vào

hàm lượng Fe-Mn trong mẻ liệu thuốc hàn

Trang 28

Chương 5: X Ử LÝ SỐ LIỆU VÀ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CÁC Fe-Mn, Fe-Si

CHO MẺ LIỆU THUỐC HÀN

5.1 Kết quả sử lý số liệu Ứng dụng phần mềm xác định các hệ số của phương trình hồi quy

bằng phần mềm MODDE 5.0

5.2 Biểu diễn các đường đặc trưng và các kết luận khoa học

Sự phụ thuộc của hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn vào

hàm lượng Fe-Mn trong mẻ liệu thuốc hàn

0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30

Fe-Mn

Trang 29

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

Biểu diễn các đường đặc trưng

Mn

Trang 30

Sự phụ thuộc của hàm lượng Si trong kim loại mối hàn vào

hàm lượng Fe-Si trong mẻ liệu thuốc hàn

Trang 31

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 33

5.3 Xác định hàm lượng Fe-Mn, Fe- Si hợp lý trong mẻ liệu thuốc hàn

Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn và thành phần hóa học của kim loại mối hàn theo tính toán:

Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn và thành phần hóa học của kim loại mối hàn theo kết quả kiểm tra

Trang 34

5.3 Xác định hàm lượng Fe-Mn, Fe- Si hợp lý trong mẻ liệu thuốc hàn

Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn và thành phần hóa học của kim loại mối hàn theo kết quả kiểm tra

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Trang 35

Kiểm tra cơ tính kim loại mối hàn

Chuẩn bị mẫu thử cơ tính kim loại mối hàn

Trang 36

5.4 Kiểm tra cơ tính

Kết quả thử cơ tính: Thử kéo

Thử va đập

Tiết diện (mm 2 )

Giới hạn chảy (MPa)

Giới hạn bền (MPa)

Độ giãn dài (%)

176.714 441.390 530.183 23.750

ST

Nhiệt độ thử ( o C)

Công va đập (J)

1 Mẫu F23-1 -29 o C 174

2 Mẫu F23-2 -29 o C 105

3 Mẫu F23-3 -29 o C 129

Trang 37

Text

TextText

Đề tài đã nghiên cứu sự dịch chuyển của Mn và Si từ các ferô Fe-Mn và Fe-Si trong mẻ liệu thuốc hàn vào kim loại mối hàn Kết quả nghiên cứu chủ yếu và ý nghĩa 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 F7A2 vào kim loại mối hàn Qua đó cho thấy vai trò chất khử và hợp kim hóa của các nguyên tố hợp kim phổ biến là Mn và Si, cũng như mức độ ôxi hóa 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 toán học mô tả định lượng mối quan hệ giữa hàm lượng các nguyên tố hợp kim Mn và Si trong kim loại mối hàn phụ thuộc vào hàm lượng các ferô Fe-Mn và Fe-Si trong mẻ liệu thuốc hàn F7A2

Các đường đặc trưng mô tả dạng 2D và 3D các quan hệ toán học nghiên cứu được phản ánh trực quan các kết quả nghiên cứu và cho thấy sự phù hợp cao với lý thuyết

Các kết quả nghiên cứu là cơ sở để xác định hàm lượng các ferô Fe-Mn và Fe-Si đưa vào

mẻ liệu thuốc hàn F7A2 để đạt được hàm lượng các nguyên tố hợp kim 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 giá trị thực tiễn cao đối với việc ngiên cứu sản xuất thuốc hàn bazơ thấp

5 Kết luận

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Trang 38

TextText

Nếu có điều kiện nên nghiên cứu ảnh hưởng của các ferô Fe-Mn và Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A2 đến hàm lượng ôxi trong kim loại mối hàn Bởi chức năng khử tạp chất trong đó nhiệm vụ khử ôxi của các nguyên tố hợp kim là nhiệm vụ hàng đầu, tuy nhiên mức độ tồn tại của nó trong kim loại mối hàn ở dạng các ôxit cũng ảnh hưởng xấu đến chất lượng và cơ tính kim loại mối hàn Do vậy, nếu có điều kiện nên nghiên cứu bổ sung chỉ tiêu về hàm lượng

ôxi trong kim loại mối hàn, giúp đánh giá toàn diện hơn về hiệu quả hợp kim hóa

6 Kiến nghị

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Định dạng
Số trang	39
Dung lượng	4,81 MB